某沿海高速公路橋梁受鹽凍腐蝕混凝土質量檢測和處理技術方案研究

【摘 要】在我國的東部沿海地區，由于經濟基礎發達，交通基礎設施也是最完備的，高速公路大多集中于此。因為處于沿海地區，很多沿海高速公路橋梁都要經受鹽凍腐蝕，產生的安全隱患較大，所以必須要做好混凝土的質量監測和處理工作。本文即選取某沿海高速公路橋梁為例，就其在鹽凍腐蝕條件下混凝土質量檢測和處理技術方案進行了研究，希望可以為相關單位提供一些技術參考。

【關鍵詞】高速公路橋梁；混凝土；質量檢測

0.引言

隨著我國經濟的迅速發展，基礎設施建設不斷加強。在東部沿海地區，由于經濟相對比較發達，所以基礎設施的建設更為完備一些，在交通領域中，沿海的高速公路網是最發達的，從全中國的高速公路網絡來看，東部沿海地區占據了70%以上，由于所跨區域面積大，很多地區地質條件復雜，有的要經過山區，有的要跨過大海，各種立交橋、跨海大橋等的數量非常多。其中，跨海橋梁因為所處的環境比較惡劣，需要經受海水的腐蝕以及冰凍等惡劣條件，所以需要投入更多的力量用于維護。不加維護的話，一旦時間久了，安全隱患將會非常大，產生的后果將是非?？膳碌腫1]。那么如何確定沿海高速公路橋梁受鹽凍腐蝕程度呢，以及采用怎么的檢測和處理方法呢，本文就以某沿海高速公路大橋為例對該問題進行探討。

1.結構混凝土耐久性要求

根據《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》、《混凝土結構耐久性設計及施工指南》、《橋梁結構高耐久性混凝土設計及施工規程》、《公路工程鋼筋混凝土結構防腐蝕技術規范》等相關規范，結合國內外關于混凝土預防性保護的最新研究進展，并結合混凝土橋梁不同部位的工作環境進行耐久性設計。橋梁不同部位的環境侵蝕作用等級及相應的抗凍要求見表1和表2。

表1 混凝土抗氯離子侵蝕等級劃分[2]

表2 橋梁各部位環境作用等級劃分與混凝土抗凍要求[3]

2.工程概況

某沿海大橋始建于2000年，地處渤海，沿線地形平坦開闊、低洼，以山前沖海積平原為主。橋梁結構上部以現澆鋼筋混凝土連續箱梁和25m跨預應力混凝土空心板為主，下部結構為柱式墩，樁基礎。大橋自通車至今，為當地的經濟發展做出了重要貢獻。

2011年5月，開始發現橋梁工程中有腐蝕現象，主要集中在橋墩和部分梁板混凝土部分，表現為表面剝蝕，病害形態多呈魚鱗狀點蝕，剝蝕多發生在粗骨料表面。根據調查，目前已經發生腐蝕的混凝土墩柱已達60個左右。

根據統計分析發現，墩柱、蓋梁和個別梁板均是在面向北偏東方向一側出現了不同程度的混凝土剝落和腐蝕，嚴重的(主要是靠近海邊)北偏東向的混凝土表面已面目全非，而遠離海邊的橋墩北偏東向的混凝土表面僅有輕微剝蝕或有即將剝蝕現象。而除剝蝕面的其它位置，混凝土基本完好。

3.試驗準備工作

通過對癥狀的判斷，認為該橋梁是在海洋季風作用下發生了沿海地區比較常見的鹽凍腐蝕情況。一般來講，混凝土早期受凍會使混凝土表面爆裂，強度損失嚴重，對結構的承載力和耐久性影響很大。處于寒冷潮濕環境的混凝土在凍融循環的反復作用下，將引起混凝土表層剝落和開裂，對結構的耐久性危害很大[4]。渤海地處北方，冬季氣溫較低，在海水中除了鹽類的腐蝕之外，還經常會遭遇到冰凍，凍融破壞也是一種會對橋梁產生非常大損害的一種惡劣條件，相比與南方，北方的沿海大橋更容易發生安全隱患也就是這個原因。

3.1鹽凍破壞的主要特征

橋梁混凝土在遭受鹽凍破壞之后，有幾個典型特征，一是在沒有干擾的剝蝕表面或裂縫中可見到白色鹽結晶體(以氯鹽為主)；二是表面分層剝落，骨料暴露，但剝落層下面的混凝土完好，傳統的鉆芯取樣實測強度不低；三是破壞速率快，對未采用防鹽凍措施而使用除冰鹽者，少則一冬，多則數冬，即可產生嚴重鹽凍破壞。

3.2檢測內容

為了進一步了解該工程混凝土病害的數量和程度，探究發生腐蝕的原因，本單位主要進行了以下幾個方面的檢測:

(1)原材料質量檢測，主要包括細骨料質量檢驗和粗骨料的黏附性、剝離物的化學結晶檢驗，以及混凝土外加劑、混凝土拌和和養護用水的質量檢驗等。

(2)混凝土腐蝕情況現場普查。

(3)混凝土施工質量檢驗:主要包括混凝土內鋼筋分布、鋼筋保護層厚度檢驗，混凝土抗壓強度評定，混凝土密實性評定，混凝土配合比反演等內容。

(4)混凝土鹽凍實驗:主要包括剝離物化學結晶物檢驗，組合鹽凍試驗等內容。

(5)混凝土病害的危害評定及加固方案可行性研究。

4.主要試驗檢測結果

通過以上的試驗檢測，經分析論證，初步得出以下結果:

4.1混凝土腐蝕發展過程和病害程度

(1)2010年渤海地區經受了自1963年以來最為嚴重的嚴寒，渤海大面積發生了結冰現象，而該工程混凝土腐蝕也主要發生在這個時期，此次冰凍期較長，從2010年的冬季一直延伸至2011年春季，在經過整個的一個凍融期后，橋梁的病害至2011年5月已非常顯著。

(2)現場檢驗結果表明，病害率達到70%以上，各橋墩柱混凝土的腐蝕病害均發生在迎海的方向上(即北偏東方向)，病害沿墩身縱向分布，與未發生腐蝕部分的混凝土界限分明。

(3)目前腐蝕均發生在混凝土的表層區域，最大剝蝕深度為5mm，未見裂縫進一步擴展和鋼筋銹蝕。

(4)部分橋梁構件，尤其是靠海和海上的橋梁腐蝕最為嚴重，受腐蝕面積最大，橋墩、主梁靠海面有大量網狀裂紋，局部混凝土剝落，骨料暴露。

4.2原材料質量檢驗結果

經檢驗，混凝土原材料中的細骨料(砂子)、混凝土外加劑和拌和養護用水質量滿足有關質量要求，粗骨料符合要求，混凝土拌和物具有較好的粘聚性。

4.3混凝土施工質量檢驗成果

(1)經抽樣檢驗，結構中鋼筋用量、分布以及保護層厚度基本符合設計要求。

(2)通過采用回彈法檢測，部分橋墩身混凝土質量較差，強度不滿足強度要求，最低強度僅有21.5MPa。其余各墩強度基本滿足設計要求。

(3)經對本橋梁部分墩柱混凝土的氯離子滲透實驗表明，氯離子滲透性為中級，不適合于鹽害區環境。

(4)經混凝土配合比反演和混凝土內外質量對比評價，混凝土實際配合比與設計配合比基本一致，混凝土內外質量基本一致。

4.4混凝土鹽凍試驗結果

(1)通過在腐蝕的混凝土表面剝取剝蝕部分混凝土，并取內部未發生腐蝕的混凝土進行對比分析發現，鈉離子水平、氯離子水平和硫酸根離子水平明顯要高出很多，說明該工程混凝土表面受到了氯鹽和硫酸鹽的侵蝕，并遭受凍害影響，是比較典型的鹽凍破壞。

(2)通過室內的氯鹽凍融和硫酸鹽凍融試驗以及氯鹽和硫酸鹽混合鹽凍室內試驗，進一步證明了上述結論，其中尤其以氯鹽和硫酸鹽組合鹽凍的破壞程度為大。

(3)試驗同時考慮經環氧樹脂表面處理的混凝土芯樣的抗鹽凍能力，結果表明，利用環氧樹脂進行表面防腐的效果比較理想。

5.混凝土病害的初步處理方案

鑒于目前混凝土病害僅發生在混凝土表面，尚未危及內部混凝土，初步擬訂防腐處理措施如下:

(1)清除構件表面氯離子含量超限厚度范圍的混凝土及鹽凍破壞層，直到新鮮混凝土層再做涂層。

(2)用環氧調和膩子(厚1000～2000μm)對混凝土基面進行找平。

(3)采用環氧樹脂封閉漆作為底漆(30μm)，采用環氧樹脂漆作為中間漆(2道，每道厚150μm)，采用丙稀改性脂肪族聚胺脂作為面漆(2道，每道厚100μm)。

(4)對墩柱混凝土強度不足的，驗算承載力是否滿足要求，有問題的采用碳纖維套箍進行補強，并在碳纖維外層采用噴砂涂水泥漿以防纖維老化。

6.結束語

隨著國內經濟的進一步發展，由于所處的地緣優勢，沿海經濟的發展也將會比過去更快，這就對各種硬件設施提出了更高的要求。沿海大橋的數量必然也會越來越多，由于海水的腐蝕性較大，所以最好是做好足夠的預防與處理工作，定期對橋梁混凝土進行質量檢測，及時的采取種種措施確保橋梁的正常運轉，為當地經濟發展提供助力。 [科]

【參考文獻】

［１］梁定.跨海和沿海橋梁鋼筋砼腐蝕與防腐[J].公路與汽運.2003(05).

［２］吳壯佳，姚學昌.淺談沿海地區砼構造物腐蝕原因及防護措施[J].廣東公路交通.2002(03).

［３］聞寶聯，涂光備，劉凱立，王寶來，張鴻賓.鋼筋混凝土橋梁病害調查及維護研究[J].橋梁建設.2004(01).

［４］張春海.某沿海高速公路橋梁受鹽凍腐蝕混凝土質量檢測和處理技術方案[J].北方交通2011(07).