鋼筋混凝土作為一種經(jīng)濟實用的建筑材料在橋梁工程中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用, 但是由于鋼筋銹蝕而導(dǎo)致的耐久性不足也給橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用帶來了嚴(yán)重的危害。西方一些發(fā)達(dá)國家建造鋼筋混凝土橋梁時間長, 出現(xiàn)的問題也比較顯著。據(jù)統(tǒng)計, 早在1992 年, 美國因撒除冰鹽引起鋼筋腐蝕破壞而限載通車的公路橋梁約占1?4, 每年的維修費用高達(dá)5 千萬至2 億美元。英國、挪威、日本、加拿大和澳大利亞等一些國家在20 世紀(jì)60、70 年代建造的鋼筋混凝土橋梁現(xiàn)在大部分都已經(jīng)或輕或重地出現(xiàn)鋼筋銹蝕現(xiàn)象。我國鋼筋混凝土橋梁的建設(shè)高潮開始僅10 年左右, 鋼筋銹蝕帶來的危害尚沒有全面暴露出來, 但部分橋梁鋼筋銹蝕破壞現(xiàn)象已經(jīng)初露端倪, 有些甚至非常嚴(yán)重, 如北京的西直門橋, 使用不到20 年就因鋼筋銹蝕而不得不報廢重建。鋼筋腐蝕已經(jīng)成為鋼筋混凝土橋梁破壞的首要原因。

鋼筋混凝土橋梁, 尤其是大中型橋梁, 設(shè)計壽命一般在80 年左右, 有些甚至100 年、120 年。保障橋梁結(jié)構(gòu)如此耐久的壽命, 除了正常維護(hù)、周期性更換部分附屬構(gòu)件以外, 主體結(jié)構(gòu)的耐久性更是一個非常重要的環(huán)節(jié)。從現(xiàn)有公路工程結(jié)構(gòu)的鋼筋腐蝕速度來看, 若不采取任何防腐蝕措施, 在南方高溫地區(qū), 3～ 4 年水泥混凝土保護(hù)層就會因為鋼筋腐蝕而開裂; 在北方低溫地區(qū), 4～ 5 年鋼筋就腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重。橋梁結(jié)構(gòu)的這種老化速度, 很難滿足設(shè)計壽命的要求。一座大型橋梁, 造價動輒幾千萬元, 甚至上億元, 使用壽命與設(shè)計壽命如此大的差距, 本身就是一種巨大的經(jīng)濟和社會損失; 而且, 由于耐久性不足,橋梁結(jié)構(gòu)在正常使用期間的巨額維修費用也會帶來沉重的財政負(fù)擔(dān)。

鋼筋腐蝕破壞如此廣泛而嚴(yán)重, 已經(jīng)在世界各國引起了密切關(guān)注。美國從20 世紀(jì)50 年代就開始了氯鹽環(huán)境下鋼筋腐蝕的研究, 在80 年代中期專門針對公路工程在全國范圍內(nèi)實施了“戰(zhàn)略公路研究計劃”, 研究公路橋梁的鋼筋腐蝕問題; 英國于20 世紀(jì)70 年代啟動“海洋研究計劃”, 針對海洋環(huán)境中鋼筋混凝土的腐蝕進(jìn)行研究。我國工程界也越來越清醒地認(rèn)識到氯鹽環(huán)境引起的鋼筋腐蝕的嚴(yán)重性。在2002 年12 月中國工程院主持的水泥混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及耐久性會議上, 許多院士、專家也大力呼吁重視鋼筋銹蝕、尤其是氯鹽環(huán)境下的鋼筋腐蝕給國家、社會造成的危害。

鋼筋腐蝕的原因錯綜復(fù)雜, 腐蝕機理主要可以分為兩種: 化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。在氯鹽環(huán)境中的鋼筋腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕, 這種腐蝕的發(fā)生時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于水泥混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕, 早期的鋼筋銹蝕破壞一般是由于氯離子的侵蝕引起的。這種腐蝕速度快且產(chǎn)生點腐蝕, 不僅嚴(yán)重削弱鋼筋截面, 而且容易導(dǎo)致應(yīng)力集中, 尤其對于以承受疲勞和沖擊荷載為主的橋梁結(jié)構(gòu), 這種腐蝕的危害更為嚴(yán)重[。

怎樣才能避免或延緩水泥混凝土橋梁中鋼筋腐蝕破壞, 關(guān)鍵在于預(yù)防。之所以許多鋼筋混凝土橋梁銹蝕破壞如此嚴(yán)重, 沒有采取有效的防銹措施是最主要的原因之一。目前的防銹措施主要有防銹涂層法、陰極保護(hù)法、惰化鋼筋法和防銹水泥混凝土等方法。涂層法主要包括水泥混凝土表面涂層、水泥混凝土表面聚合物浸漬、鋼筋表面涂層等, 這類方法主要通過設(shè)置致密層切斷氯離子或其他侵蝕介質(zhì)到達(dá)鋼筋表面的路徑從而達(dá)到防止鋼筋腐蝕的目的; 陰極保護(hù)法主要有犧牲陽極、外加電流等方法, 這類方法主要通過補償鐵原子失去的電子而達(dá)到防止鋼筋銹蝕的目的; 惰化鋼筋法主要通過采用不銹鋼筋、碳纖維棒等活性低的金屬或惰性材料部分或全部取代鋼筋。這些方法施工技術(shù)要求高, 工藝比較復(fù)雜, 后期維護(hù)費用高, 目前大多應(yīng)用于大型復(fù)雜鋼筋混凝土橋梁的重點部位或構(gòu)件的輔助防腐, 普遍推廣還需要做許多工作。

防銹混凝土是通過在混凝土拌和物中摻加一定量的抑制鋼筋銹蝕的阻銹劑制作而成的, 這種混凝土通過調(diào)整阻銹劑的摻量可以滿足結(jié)構(gòu)在設(shè)計壽命期內(nèi)的防止或延緩鋼筋銹蝕的要求。防銹水泥混凝土從根本上增強了鋼筋水泥混凝土橋梁防止銹蝕的能力, 正如人類抵御疾病一樣, 打針吃藥是一種外在的補救措施, 增強體質(zhì)才是保持身體健康、延長壽命的最根本途徑。實踐證明, 防銹水泥混凝土施工工藝簡單、經(jīng)濟有效, 是應(yīng)用前景比較廣闊的一種阻銹方法, 近年來得到了廣泛的應(yīng)用。

阻銹劑是防銹水泥混凝土中發(fā)揮防銹作用的主劑, 其研究與工程應(yīng)用發(fā)展得非常迅速。目前, 市場上阻銹劑種類繁多, 效果各異。為便于廣大公路工程技術(shù)人員掌握阻銹劑的技術(shù)內(nèi)容和使用要求, 規(guī)范阻銹劑在公路橋梁工程中的合理應(yīng)用, 達(dá)到改善水泥混凝土橋梁耐久性能的預(yù)期效果, 本文結(jié)合交通部2006 年發(fā)布的《公路工程水泥混凝土外加劑與摻合料應(yīng)用技術(shù)指南》中有關(guān)阻銹劑的內(nèi)容, 對應(yīng)用于公路橋梁工程的阻銹劑的適用范圍、性能要求、用量以及施工技術(shù)控制指標(biāo)進(jìn)行了簡要介紹。

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