沿海地区钢筋混凝土桥梁的腐蚀与防护设计

引言

钢筋混凝土桥梁一经投入使用，即处于各种复杂的自然和人为环境的包围之中，特别是北方沿海地区，在盐腐蚀、冻害、进出港的重载交通的综合作用下，桥梁会过早劣化，发生各种病害。

从设计之处，对桥梁进行科学的防腐蚀设计；对存在耐久性缺陷的既有桥梁，在健康状态诊断基础上进行合理的二次防腐蚀设计，是保障桥梁耐久性的必要措施。

1新建桥梁的防水、防腐设计

在很多专业文献中，都详细讲述了沿海环境钢筋与混凝土的劣化模式，诸如冻融、盐结晶、碳化、盐腐蚀、碱集料反应和因此而诱发的钢筋锈蚀等，此处不再赘述，但了解各种破坏的反应机理后，可以看出：水是引起一切破坏的元凶，没有水的存在，一切破坏便都不会发生，做好防水工作，也就做好了防腐蚀。

1.1结构的防水设计

1.1.1构件外形有利水的排除

结构的外形构造要尽量避免雨水、水气和有害物质在混凝土表面上的积聚。过去的桥梁设计对此考虑的不周，雨水通过栏杆外侧流向边梁，所以边梁外侧病害最严重。从防水角度，要求栏杆等外侧构造圆滑，并有滴水檐。墩台顶面设计成5%外向斜面，或斜面向内以便水汇集集中排除。

1.1.2墩柱防水设计

桥梁墩柱处于地表吸附区部分环境最为恶劣，承受着盐腐蚀、结晶腐蚀、冻融循环、碳化，因此，防护的重点是防止毛细管吸水。建议考虑硅烷浸渍保护，硅烷（或硅氧烷）特殊的小分子结构，使其沿毛细孔穿透混凝土的表面，与空气及基底中的水分产生化学反应，在毛细孔的内壁生成羟基团，从而在毛细孔壁上形成牢固的憎水屏障，使水分和水分所携带的盐份都难以沿毛细孔上升，大大提高了混凝土的防水性和综合性能。

1.1.3上部结构应尽量选用现浇形式

过去的桥梁预制安装的比较多，尤其焊接连接的预制梁之间，在使用过程中容易在连接处发生应力集中，过早出现病害。而现浇结构、先简支后连续结构、简支梁结构梁与梁之间现浇连接的病害相对较轻，应优先选用，如采用现浇的防撞墙，找平层与湿接头混凝土一起浇筑，使预制梁接缝和桥面找平层成为一体，共同参加工作，可以大大提高接缝处的抗拉强度。

1.1.4严重腐蚀环境应选用大跨径预应力粱

盐渍土或滨海地区，混凝土的腐蚀主要体现在桥梁的下部结构，大气中的盐分对上部结构的作用相对要弱得多。采用预应力技术加大粱体跨径，尽量减少下部桩基、墩台的数量，可在投资规模不变甚至更小的前提下，重点加大下部结构的防护力度。

1.1.5增加混凝土保护层厚度

混凝土保护层的主要作用是使梁板内钢筋免遭锈蚀。设计中宜使保护层适当加厚，以延缓因碳化引起的钢筋锈蚀，从而延缓钢筋锈蚀的发生时间，纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度，应根据环境类别及混凝土强度来确定。

1.1.6桥梁结构细部防水设计

桥面设计良好畅通的排水系统，可保持桥梁结构不受或较少受水蚀。桥面的纵坡、横坡必须符合设计要求，泻水管的布置要合理，使桥面排水通畅，另外在桥面铺装层设计和泻水管的构造上应考虑沥青混凝土层间水的排放。

将防水层的设计在全桥范围内进行整体考虑．特别是在伸缩缝处、泄水管处、防撞墙与分隔带边缘，等特殊部位做到防水层的连续性，使其防水层的设置更趋于合理。

1.1.7重要部位预留阴极保护措施

阴极保护是被广泛采用的有效措施，在海工结构中应用比较广泛。桥梁设计中，在一些重要的部位，应预留保护节点，一旦发现锈蚀可以迅速启动保护系统。

1.1.8预设钢筋工作状态实时监测系统

结合周边环境，在最易出现安全性、耐久性隐患的部位，埋入钢筋混凝土监测系统进行桥梁的健康检测与监测，可及时发现桥梁的某些缺陷，实时跟踪缺陷的发展，适当时候采取必要的技术措施，可在最合适的时间采取经济的方案，以保障桥梁的安全性，同时为后续的桥梁设计提供参考依据。

1.2材料的防腐蚀设计

1.2.1普通混凝土的高性能化

以前的设计规范中，主要考虑混凝土的强度。随着耐久性意识的提高，普通混凝土逐步向高性能方向发展。通过加入比水泥颗粒更细小的掺加料如微硅粉、优质粉煤灰、矿渣，并采用高效减水剂使混凝土可以采用较低的水灰比、较小的用水量的手段，混凝土的整体性能得到大幅度提高，在有抗冻要求的环境下还应掺用引气剂，密实度增加，混凝土自身抗渗性提高，大大提高混凝土的耐久性。

1.2.2应用钢筋阻锈剂

对于钢筋防护而言，在任何情况下混凝土质量都是最重要的。如果混凝土材料或施工质量不好，或设计有缺陷等都会加速病害的发生和发展速度。在高质量混凝土的基础上掺加钢筋阻锈剂，被认为是长期保护钢筋延缓腐蚀破坏、实现设计寿命的最简单、最经济和有效的技术措施1。加入钢筋阻锈剂能起到两方面的作用：一方面推迟了钢筋开始生锈的时间，另一方面，减缓了钢筋腐蚀发展的速度。

1.2.3桥面防水层

桥梁因为承受振动荷载，桥面防水层宜采用柔性的涂料与卷材，防水涂料与防水卷材，应根据结构形式、施工环境等综合因素来考虑。设计人员应高度关注国内外新型防水材料和施工工艺的发展，在充分了解防水材料性能的基础上，根据结构受力特性和桥面铺装材料性能及施工特点来确定防水设置方案，在设计图纸上体现细化的防水设计、选材说明，不能由施工人员或业主方确定材料的选用与施工工艺。

2既有桥梁的二次防水、防腐设计

随着时间的推移，桥梁迟早会发生腐蚀、性能退化，适时二次防水防腐设计，可保证桥梁继续健康服役，二次设计包括材料、工艺、维修效果评估，对于维修材料，要与基层粘合强度高，弹性模量与基层基本相同，干缩率小，温变系数与基层基本一致，施工和养护过程发热量低。维修后的效果要达到从安全性、耐久性、适用性以及美学角度等满足要求，维修后的部分要与周围色调一致，

结合我们的工作，总结一些桥梁病害发生后的补救措施。

2.1 T型梁接缝处防水处理

由于桥面两片梁纵向接缝处渗水，或雨水沿T型梁外侧流淌，渗入混凝土结构内引起钢筋锈蚀，导致混凝土结构开裂、破碎，钢筋外露。开裂后雨水和化冰盐更容易进入结构内，反过来加快了钢筋的锈蚀过程，使得病害更加严重，造成翼板下缘大面积破损。

T型梁间接缝处的裂缝应采取防治结合的原则进行治理，根据桥面铺装层破损情况选择修复方法：

2.1.1全面修复

全面清理T型梁接缝处的铺装层，清洗干净按如下做法修补。

（1）T型梁间的缝隙用快硬水泥封堵；

（2）在缝隙上涂刷两道宽度为20cm柔性优止水(一种聚合物改型的水泥基渗透结晶防水材料)，并加设增强纤维网，涂层总厚度应不小于1.6mm；

（3）在其它结构层表面按1.5Kg/m2的用量分两遍刚性涂刷优止水并养护24小时；

（4）在刚性优止水涂层表面按4 m2/L的用量涂刷水盾防水胶底漆（一种改型沥青防水材料）；

按1m²/L的量分两道涂刷水盾防水胶面漆，然后用细沙作保护层，进行桥面铺装。

桥面下缝隙修补见下述局部修复。

2.1.2局部修复

将T梁伸缩缝隙处破损的混凝土彻底凿除，露出混凝土新鲜表面。钢筋锈蚀处用钢刷除锈后涂刷两道FP阻锈剂。在新鲜的混凝土表面用UP2000（一种聚合物改型修补水泥）进行修补。

边梁外侧及梁体破损的修补方法：解决排水以疏通为主，使桥面排水通畅，采取相应的构造修补措施。

图1局部维修示意

2.2伸缩缝的防水处理

由于填缝材料老化或建桥时使用填缝材料不当，使雨水渗漏导致钢筋锈蚀后体积膨胀，对钢筋周围混凝土结构产生张力导致开裂破损，开裂后雨水和化冰盐更容易进入混凝土裂缝，从而加快了钢筋的锈蚀过程和受冻融破坏的程度，使得病害更加严重。另外，由于梁与梁之间有一定的空隙，坚硬的石子可能落入缝内，夏天混凝土受热膨胀空隙变小，石子易将梁端挤碎，也会造成局部破损。

拆除原有伸缩缝的填充材料，按图2的新构造详图进行施工。具体施工方法如下：

2.2.1基层处理

将伸缩缝两边各宽约40cm范围内的铺装层混凝土凿除并用高压水枪清洗干净，按1.5Kg/m的用量涂刷两遍优止水。

2.2.2伸缩缝的防水处理作法：

（1）用小扁凿凿除旧的填缝料，用钢丝刷清理两侧缝壁，清净缝内灰尘。

（2）用水盾防水胶底漆涂刷缝壁。

（3）在缝的两侧桥面上各撒一层石粉（或用石灰水涂刷），防止灌填接缝材料时污染路面。在伸缩缝两侧钻孔植筋。锚筋孔的直径应比锚筋大5mm，锚筋必须埋设牢固，在孔内灌注调和好的立止水，使其不易拔出。

（4）缝的下部可填　25mm－30mm高的泡沫塑料嵌条。

（5）用水盾防水胶面漆灌缝，缝顶部须留有5mm膨胀空间。

图2 伸缩缝构造图

2.2.3桥墩病害（裂缝及松散表面）治理

桥墩在水面涨落区间最易发生病害，必须进行治理。方案如下：

（1）凿除全部破损和松动的混凝土，将暴露锈蚀的受力钢筋用钢刷彻底清理干净，涂刷两道FP阻锈剂作除锈处理。

（2）用UP2000进行结构修补

（3）表面用柔性优止水进行封闭处理，根据情况考虑是否要增加纤维网。

图3 桥墩病害治理示意

2.2.4梁体病害治理

受力钢筋因雨水渗透、化冰盐侵入和空气中的二氧化碳和其它 有害化学物质的侵蚀等多种因素引起锈蚀，导致梁下部混凝土的钢筋保护层开裂破碎，钢筋暴露。混凝土受损后，雨水、化冰盐等更容易进入混凝土内部，进一步加重病害的发生。

维修方案

（1）凿除全部破损和松动的混凝土，将暴露锈蚀的受力钢筋用钢刷彻底清理干净，涂刷两道FP阻锈剂作除锈处理。

（2）用UP2000结构修补剂修补破损处

图4 T型梁纵向开裂修复示意

2.2.5地袱混凝土破损开裂，钢筋锈蚀

由于化冰盐侵入和空气中的二氧化碳和其它有害化学物质的侵蚀以及温胀挤压等多种因素引起锈蚀，开裂破碎，钢筋暴露。混凝土受损后，雨水、化冰盐等更容易进入混凝土内部，进一步加重病害的发生。

维修方案

（1）凿除全部破损和松动的混凝土，将暴露锈蚀的受力钢筋用钢刷彻底清理干净，涂刷两道FP阻锈剂作除锈处理。

（2）用UP2000结构修补剂修补破损处。

2.2.6主梁箍筋锈蚀，表皮混凝土破损脱落

由于混凝土保护层厚度不足，造成钢筋附近混凝土很快炭化，失去对钢筋的保护，钢筋锈蚀。

维修方案

（1）凿除全部破损和松动的混凝土，将暴露锈蚀的受力钢筋用钢刷彻底清理干净，涂刷两道FP阻锈剂作除锈处理。

（2）用UP2000结构修补材料修补破损处。

2.2.7钢筋混凝土表面封闭处理

对维修后的桥梁进行整体性的封闭处理是保障桥梁整体性能的有效手段，从系统论的观点出发，整体封闭后的结构处在同一个电化学环境下，最大程度避免了维修区域与原来区域能态的不均衡，隔绝了有害介质，从而起到保护钢筋，降低其锈蚀速度作用，提高结构的耐久性。

2.2.8维修后结构评估

对结构维修后的效果进行现场评价非常重要，最近英国研制出了可对现场钢筋混凝土结构进行无损检测或半损检测系列仪器，操作简单，方便可靠，国内多家科研院所都已引进。如PERMIT离子迁移仪，可对离子扩散的能力进行快速检测评定的，从而可用于预测结构物的使用寿命；Autoclam混凝土渗透性测试系统，可用于现场检测混凝土表层的水、气的渗透性；Limpet拔出测试仪可现场评价混凝土施工质量，用于新建和维修工程的强度检测、界面结合力检测。

３结论

提高沿海环境桥梁抗腐蚀性能是一项系统工程，新建桥梁和既有桥梁各有其特点。实际工程中要从结构设计、材料设计与工艺设计等各个环节着手，对既有桥梁，还应考虑维修后的整体性封闭，以保证结构整体的耐久性能。

编辑：小薇