浅谈海洋环境中钢筋混凝土桥梁的防腐技术

摘要：社会发展的需求与技术的进步，使得公路桥梁的建设由内陆水环境延伸为沿海甚至跨海环境，在新环境的要求下，钢筋混凝土桥梁的防腐技术日趋重要。本文准备探讨海洋环境中钢筋混凝土桥梁的防腐技术。

关键词：海洋环境；钢筋混凝土；桥梁；防腐；

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

在沿海地区，钢筋混凝土桥梁长期处于海水、海风等自然环境的影响中，遭受腐蚀破坏的程度特别严重。据工业发达国家报道，钢筋混凝土在海洋环境中的浪溅区及海洋大气区内，使用寿命大幅缩短，结构大量返修，造成的损失往往能达到总投资的40％。所以，海洋环境中钢筋混凝土的耐久性问题引人注目，越来越得到工程界的重视。以下将探讨海洋环境中钢筋混凝土的老化和相对应的防护机理及防腐技术。

一、钢筋混凝土桥梁性能老化

钢筋混凝土结构是一种钢筋和混凝土复合的材料结构，结构的各项性能不仅取决于钢筋和混凝土各自的物理力学性能，也与钢筋与混凝土的协调工作能力有关。一般而言，钢筋混凝土结构中，钢筋的腐蚀机理主要分为化学腐蚀和电化学腐蚀，混凝土的腐蚀机理主要为碳化。在海水中，甚至在海潮影响区域的大气环境中，都存在着大量的氯离子，氯离子极易诱发钢筋混凝土中的钢筋发生电化学腐蚀，而且发生腐蚀的时间远远早于混凝土碳化引起的钢筋锈蚀。这种电化学腐蚀的速度快且易产生点腐蚀，不仅严重削弱钢筋截面，而且容易导致应力集中，尤其对于以承受疲劳和冲击荷载为主的桥梁结构，危害更为严重，主要表现在两个方面。

（一）结构承载力降低

钢筋混凝土结构材料的劣化是一个缓慢的、渐进的过程，但最后造成的结构破坏形式却可能是突然的和脆性的。对于钢筋混凝土梁而言，一般将其设计为具有一定延性的适筋梁，钢筋与混凝土之间具有有效的粘结作用，二者协调变形。但是，对于腐蚀后的钢筋混凝土结构，当钢筋锈蚀到一定程度，混凝土保护层开裂甚至脱落以及钢筋与混凝土界面上生成的疏松的锈蚀层都会影响钢筋与混凝土之间的粘结性能。当锈蚀量较大时，粘结性能的退化已不能在钢筋与混凝土之间建立起足够的粘结应力，钢筋的强度得不到充分发挥，承载能力下降。

（二）结构破坏形式改变

粘结性能的破坏导致钢筋不能发挥其塑性性能，结构的破坏形式从延性破坏转变为脆性破坏。对于点腐蚀，由于存在初始缺陷和应力集中，桥梁的寿命将会大幅度降低。更为重要的也是容易忽视的是，钢筋锈蚀不仅会导致结构性能发生改变，还会造成结构的不对称损伤，比如，在海岸和近海工程中，迎海面损伤通常大于背海面，浪溅区和水变区的损伤通常大于大气区和水下区；钢筋锈蚀差别很大，也有可能造成结构的不对称损伤。这种不对称的损伤可能引起结构实际的受力状态改变，如由延性破坏转变为脆性破坏、弯曲破坏转变为扭转破坏等等，导致不可预料的结果。通过对钢筋混凝土桥墩立柱非均匀锈蚀后结构可靠度的分析发现，结构的实际可靠指标通常更低，如果仍按通常截面缺损的分析方法评估非均匀锈蚀结构的承载力和可靠度，则会使结构处于更加不安全状态。某地一座桥梁的主梁，迎海面钢筋锈蚀非常严重，而背海面则相对轻微很多，在车辆作用下突然发生破坏，破坏的形式已经不是弯曲破坏，而是侧向失稳破坏，这种破坏形式的转化主要是因为一侧的钢筋锈蚀量太大，几乎已经锈断。

二、防护机理及防腐技术

（一）防护机理

由上述腐蚀机理可知，处于海水环境中的钢筋混凝土结构发生钢筋腐蚀是由于海水中的氯离子渗入到钢筋周围，当其浓度达到临界值时就会破坏钢筋表面的钝化膜从而发生电化学反应，导致钢筋腐蚀。因此，从防护机理来说就是采取有效措施阻止或延缓钢筋周围发生阴极或阳极反应，这样就能有效地阻止或延缓钢筋混凝土结构出现钢筋腐蚀破坏。

（二）防护措施

目前国内外常用的措施有基本措施和补充措施(特殊防腐蚀措施)两类。

1.基本措施又称为第一类措施

它的基本内容是通过设计、施工，最大限度的提高混凝土本身的抗氯离子渗透性以限制环境侵蚀介质(氯化物、氧和水等)渗透混凝土，从而预防钢筋腐蚀。

（1）选用抗海水侵蚀性能好的水泥品种

抗硫酸盐水泥:它的熟料成份主要限制铝酸三钙的含量不大于5％、硅酸三钙的含量不大于50％，铝酸三钙与铁铝酸四钙含量之和不大于22％。这种水泥抗硫酸盐侵蚀的能力很强，且水化热低，由于不掺混合材料，所以抗冻性也较强。

普通硅酸盐水泥:掺有活性混合材料，所以氢氧化钙的含量比较少，对抗溶出性和抗硫酸盐侵蚀能力比硅酸盐水泥要强，其它与硅酸盐水泥相同。

（2）提高混凝土的密实度

密实度高的混凝土孔隙率低，抗海水渗入的能力强，使用寿命也就长。当混凝土材料的配比确定后，水灰比小和施工质量好的混凝土密实度就高，因此，混凝土浇筑时要严格控制水灰比并认真施工。

（3）适当提高混凝土强度和水泥用量

混凝土抗压强度越高，混凝土的抗渗性能就越好，耐腐蚀性也越好。另外，适当提高混凝土强度和水泥用量也能提高混凝土的抗碳化能力，混凝土强度高，密实性好，水泥用量多，则碱度高，碳化速度就慢，可以长期保证钢筋表面的碱度，对防止钢筋过早的电化学腐蚀十分有利。对同龄期的混凝土进行碳化检测，发现水泥用量439kg/m3的C30混凝土，其碳化深度只有0～0.5mm，而水泥用量 297kg/m3的C20，碳化深度就有2.0～3.0mm。

（4）增加钢筋保护层厚度

根据结构情况，适当增加钢筋保护层厚度，以延缓氯化物到达钢筋表面的时间。

（5）防止混凝土开裂或严格控制裂缝的宽度

钢筋腐蚀产物——铁锈的体积约为原先铁体积的2.5倍，所产生的膨胀压力会造成混凝土的开裂、剥落，裂缝的产生又会招致更严重的腐蚀。实验表明：许多情况下，先是由于结构裂缝引起钢筋腐蚀，腐蚀的结果使得裂缝扩大、混凝土剥落。因此在结构设计和施工管理上，应尽量避免裂缝出现，或严格控制裂缝宽度。

2.特殊防腐蚀措施

（1）混凝土表面涂覆浸入型涂料

浸入型涂料是一种粘度很低的液体，将它涂(或喷)于风干的混凝土表面上、靠毛细孔的表面张力作用吸入深约数毫米的钢筋混凝土表层中，它与孔壁的氢氧化钙反应，以非极性基使毛细孔壁憎水化或者填充部分毛细孔使孔细化。目前使用的侵入型增水涂料属有机硅化合物，其中以异丁烯三乙氧基硅烷单体作为硅烷漫渍材料效果最好，保护期可长达15年，但材料费用较高，国内尚不能批量生产。

（2）钢筋阻锈剂

在混凝土拌合物中掺入少量外加剂，靠它来阻止或延缓金属和电解质界面的电化学反应来阻止金属腐蚀。目前，我国主要用于不得不使用海砂作为钢筋混凝土细骨科时而采取的一种防护措施。

（3）阴极防护

根据钢筋腐蚀的电化学原理，阳极反应(钢筋腐蚀)必须同时放出自由电子的电化学本质，采取措施使其电位等于或低于平衡电位，不让钢筋表面任何地方再放出自由电子，就可使钢筋不能再进行阳极反应(腐蚀)，阴极防护的方式有牺牲阳极和外加电流两种。阴极防护技术，在欧美等国家已经用于环境恶劣的重要工程上，我国目前尚处于开发阶段，由于成本和管理要求较高，在我国推广该项技术尚有一定阻力。

以上，是我对海洋环境中钢筋混凝土桥梁防腐技术的粗浅探讨，希望在国际、国内对海洋环境混凝土结构的耐久性已有较多认识和研究的情况下，正在建设的工程能够吸取国际、国内的大量惨痛教训，不要沿着老路重蹈覆辙。相信我们的明天会更好。

参考文献

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