沿海地区保障钢筋混凝土桥梁耐久性技术措施
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摘要文章根据沿海地区的环境特点及桥梁出现的腐蚀现象，分析并介绍了保障沿海地区桥梁耐久性技术措施。
关键字钢筋混凝土桥梁 腐蚀类型 保障措施
前言
沿海地区处于海水、海风等恶劣的自然环境下，桥梁遭受破坏的程度特别严重，有其特殊性，因此其耐久性问题更引人关注。沿海地区建有大量桥梁，大部分为钢筋混凝土桥梁。因此提高桥梁耐久性，增加桥梁的使用寿命是极为重要的。根据沿海地区的环境特点，提出了几点对保障沿海地区桥梁耐久性技术措施。
1 沿海地区环境对钢筋混凝土桥梁桥梁侵蚀的影响因素
海水中含有大量的各种盐类，其中NaCl含量最高，它是侵蚀混凝土结构的祸根。氯化钠在海水中以离子状态处在，活泼的Cl-使钢筋表面以钝化的氧化铁受损失，钢筋开始生锈、增厚、膨胀，当胀应力超过混凝土的抗拉强度时，保护层微裂，从而使更多的Cl-进入钢筋进一步锈蚀，锈层再加厚再膨胀，导致混凝土保护层剥落，钢筋外露，这是沿海地区混凝土结构损坏的主要成因。虽然海水中MgSO4的含量较少，但却极易与水泥水化产物生成钙矾石，体积大幅增大，使混凝土胀裂。钙矾石被国际上公认为“水泥杆菌”，对混凝土有强烈的侵蚀作用。
海水中的盐类造成混凝土的侵蚀破坏，当干湿循环交替的状态下将加快其破坏。因此，对于高低潮位之间的建筑应受到特别重视。
此外，空气中所含CO2的平均值约为0.03%，但越接近海区CO2和水泥中的Ca(OH)2反应生成中性CaCO3，通常称之为“碳化”。但沿海地区潮湿环境中CO2浓度高且持久作用时，碳化会继续进行而直到钢筋的表面，使钢筋附近的混凝土的碱度大幅度下降，从而加速了钢筋的腐蚀速度。
2钢筋混凝土桥梁耐久性技术的几点措施
2.1 增加钢筋的混凝土保护层的厚度
针对溶解氧腐蚀和氯盐腐蚀，增加钢筋的保护层厚度显然是非常有效的。一般情况下，炭化的深度、氯离子渗透的深度和时间的平方根成正比，所以增加保护层的厚度将大大延长钢筋脱钝和氯离子渗透至钢筋表面的时间。但增大保护层厚度将增加结构的自重，对于结构恒载占有较大比例的桥梁工程而言，这是显见不利之处。
2.2 使用混凝土外涂覆层
采用混凝土外涂覆层可以隔离腐蚀性离子和混凝土的接触，显然是非常有效的。外涂覆层有水泥基涂层（如水泥砂浆层、聚合物砂浆等），渗透性涂层（如有机硅类材料），浸渍性涂层，以及各种涂料、沥青焦油、油漆、树脂等。
水泥基涂层适应于具有轻微腐蚀的情况，该种涂层具有和混凝土相似的性能，相近的颜色，适应于潮湿环境作业等优点，但和基层的粘结力较差。目前发展较快的是聚合物水泥砂浆修补材料，具有相对较好的粘结力，在大量工程中得到应用。
渗透性涂层多用于轻腐蚀环境情况下。含有机硅树脂的稀溶液具有较强的渗透性和憎水性，并能和混凝土组分起作用，堵塞孔隙并形成憎水膜。这种材料的主要功能是防炭化，对氯盐腐蚀也有一定的防护作用，有效期一般为5~10年。
浸渍性涂层的作法是将聚合物单体以浸渍的方式渗入混凝土中后再在一定的条件下使其发生聚合，在表面形成不透水的保护层。浸渍性涂层的防护效果非常好，但工艺复杂，费用较高，只适合小型预制构件如铁道轨枕的防护。
沥青类防护材料价格低廉，有较好的防水、防腐性能，但其颜色显然不适用于外露构件。其他类型的油漆树脂类材料性能差异较大，不能一概而论。但大都存在易老化、不耐久等缺点，且只能适应于干燥环境下作业。
2.3 使用环氧涂层钢筋
环氧涂层钢筋是采用静电粉末喷涂的方法对钢筋表面进行加工制作的，能保证涂层与基体钢筋的良好粘结，使钢筋具备较好的耐碱性、耐化学腐蚀性。使用环氧涂层钢筋是提高钢筋混凝土结构耐久性的重要措施之一。
环氧钢筋的保护机理完全建立在隔离钢筋和腐蚀性介质的基础之上，因此，保护膜层的完整性成为保证环氧涂层钢筋有效性的关键。生产厂家保证环氧涂层的质量非常重要，但这并不够，还要从出厂运输到工程使用操作的各个环节都要避免环氧涂层的损伤，因此，使用环氧涂层钢筋对管理和施工水平都有非常高的要求。但即便如此，损坏和擦伤还是难以避免的，而一旦发生这种情况，由于局部损伤造成的腐蚀可能会比使用普通钢筋更加严重，因为损伤处和未损伤处间具有更高的电势差。在美国等使用环氧涂层钢筋较早的国家，对于长期处于潮湿和强腐蚀的环境，为了更加保险和提高效能，一般都倡导在使用环氧涂层钢筋的同时，掺入一定量的钢筋阻锈剂。环氧涂层钢筋价格昂贵也是不利于大规模推广应用的一个重要因素。
2. 4 使用钢筋阻锈剂
钢筋阻锈剂的研制已有几十年的历史，近年发展迅速并逐步得到认可，应用规模在逐年扩大。钢筋阻锈剂的作用原理是外掺的或涂覆的阻锈剂可以通过吸附作用吸附于钢筋的表面，形成100~1000Å厚度的隔离层，起到保护钢筋的作用。一是可以提高氯离子引起钢筋腐蚀的“临界值”，二是可以减缓钢筋腐蚀发展的速度。
按使用方式可将钢筋阻锈剂分成掺入型和渗透型两种。掺入型阻锈剂（Darex Corrosion Inhibitor，DCI）可直接掺入混凝土中使用，适用于新建工程和修复工程。渗透型阻锈剂（Migrating Corrosion Inhibitor，MCI）可涂刷于混凝土表面，通过渗透的方式到达钢筋表面形成保护，主要用于老工程的修复。除此之外，按形态还可将阻锈剂分成水剂型和粉剂型，按成分可分为无机型、有机型和混合型，按作用原理可分为阴极型、阳极型和混合型等。
钢筋阻锈剂的有效性与其在混凝土中的存在量有直接的关系，为了保护钢筋不被腐蚀必须对氯离子含量保持一定的数量比例。对钢筋阻锈剂的使用效果也存有争议，因为尚很难证实阻锈剂能均匀的被吸附于钢筋的表面，如不能达到这种效果，同样将会因此增大钢筋表面电位的不均匀性而造成不仅无利而且有害的效果，加速钢筋的腐蚀。使用钢筋阻锈剂被认为是一个相对低廉和简单的防腐措施。
2. 5 阴极保护的方法
阴极保护有两种方式，一是采用比铁更活泼的金属和钢筋相连，将钢筋由原先失电子的阳极变为阴极，从而达到保护钢筋，避免钢筋锈蚀的目的，二是应用外加电流的方法，将直流电源的负极和钢筋相连，迫使钢筋由阳极状态变为阴极状态。阴极保护的方法是十分有效的，尤其对于那些已经遭受氯盐腐蚀的结构，但工艺复杂，费用高昂，适合于重要设施的安全防护。
2.6 电除盐法
电除盐法是一种新型的钢筋混凝土防腐蚀技术，适用于已经发生较严重腐蚀的混凝土结构的保护。电除盐法的作用原理和应用外加电流的阴极保护法相似，但通过钢筋的电流要大于阴极保护法，且不同于阴极保护法通过长期的连续通电对钢筋不断补充电子使其由阳极变为阴极的方式，而是通过一次的高电压将钢筋周围聚集的氯离子除去。电除盐法的做法是在混凝土结构表面放置电解质，电解液中放置金属网，将混凝土中的钢筋和金属网相连并施加电压，阴极和钢筋相连，阳极和金属网相连。在外加的电压下，混凝土中负离子如氯离子流向阳极，而正离子在钢筋周围聚集。
在除盐过程中，钢筋周围会产生一些氢氧根离子，使钢筋重新获得钝化。
2. 7 对混凝土进行改性、增密的方法
混凝土的炭化和离子腐蚀都是通过对保护层混凝土的渗透、扩散实现的，混凝土越密实，渗透就越难以进行，腐蚀发生的速度就越慢。
在混凝土中掺入优质粉煤灰、磨细矿渣粉、硅粉、沸石粉等优质活性混合材都是增密的有效措施，增密的原理是：活性混合材和水泥的水化产物Ca(OH)2发生“火山灰反应”，也称“二次反应”，由于反应的时间滞后于水泥的水化反应，生成物填充于原水泥水化空间的空隙之中，以及水泥石和集料的界面空间之中，起到增密的作用。同时，由于“火山灰反应”大量消耗了水泥石中的Ca(OH)2，水泥石得到改性，避免了在有硫酸盐存在的条件下发生石膏反应，使混凝土抵抗硫酸盐腐蚀的能力也大幅提高。
对混凝土进行改性增密的方法具有成本低廉、操作简单、效果较好、适应面宽等优点，但在我国桥梁工程中尚没有成熟的研究成果和示范工程应用。对混凝土进行改性增密的方法正是制作高性能混凝土的一条有效技术途径。而关于高性能混凝土的研究近年来方兴未艾，被认为是21世纪混凝土科学技术发展的必然走向。
3小结
以上都是提高混凝土抗腐蚀能力的有效技术途径，就其对桥梁工程的适用性进行比较，可以认为采用对混凝土进行改性增密的措施比较适用于新建的桥梁工程，使用钢筋阻锈剂保护的措施对新建工程和老工程修复同样有效，而采用外涂覆层的方法主要适用于老工程的修复。
提高沿海地区钢筋混凝土桥梁耐久性技术有许多。我们要综合考虑，在实际工作中抓住主要矛盾，及采取一般措施，又采取针对性措施，肯定会较好的解决沿海地区钢筋混凝土桥梁耐久性问题。
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