芻議化學(xué)工程在防護(hù)橋梁鋼筋銹蝕中的作用

劉 娟，蔡潯泉

(江西省九江市公路管理局)

1 銹蝕現(xiàn)象及其原因

1.1 鋼筋銹蝕的機(jī)理分析

對(duì)于橋梁鋼筋它處于較為潮濕的環(huán)境當(dāng)中，混凝土中的水分存在形式為飽和的氫氧化鈣溶液，里面也會(huì)含有氫氧化鈉和氫氧化鈣，它的PH 值為12.5，屬于強(qiáng)堿，鋼筋在這種強(qiáng)堿的環(huán)境中表面會(huì)生成鈍化膜，它是水化氧化物，化學(xué)式為nFe3O3·mH2O，這種鈍化膜可以保護(hù)鋼筋不被進(jìn)一步腐蝕，但是由于混凝土在多種因素作用下(比如碳化、氯離子侵蝕等)，混凝土的堿度會(huì)大大降低，當(dāng)它的PH 值小于9 時(shí)，鋼筋的鈍化膜就會(huì)遭到破壞，呈活化態(tài)時(shí)，鋼筋就容易腐蝕，它的腐蝕反應(yīng)電化學(xué)機(jī)理是水分子存在時(shí)，鐵電離子的陽(yáng)極反應(yīng)和溶液態(tài)氧還原的陰極反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)式如下。

陽(yáng)極反應(yīng):2Fe－4e →－2Fe2+

陰極反應(yīng):O2+2H2O+4e →－4OH－

另外，在銹蝕過(guò)程中電子會(huì)不斷的從陽(yáng)極向陰極流動(dòng)，并產(chǎn)生銹蝕電流在鋼筋表面生成一層較薄的經(jīng)氧化亞鐵薄膜，同時(shí)并和氧氣、水相互作用生成鐵銹，即經(jīng)氧化鐵。其過(guò)程用方程式表示如下。

1.2 鋼筋銹蝕的自然因素與工藝因素

(1)氣候因素

我國(guó)領(lǐng)土幅員遼闊，沿海省市有十多個(gè)，這些省市受到較強(qiáng)的季風(fēng)氣候影響，自南向北依次劃分為熱帶季風(fēng)氣候、亞熱帶季風(fēng)氣候、溫帶季風(fēng)氣候。不僅如此，由于我國(guó)大部分沿海地區(qū)都處于中緯度地帶，氣候文化，因此在春冬兩季其冷暖空氣的交替活動(dòng)較為活躍，尤其是在夏季梅雨之后，此類地區(qū)往往會(huì)有較長(zhǎng)時(shí)間的伏旱天氣，秋冬兩季也會(huì)出現(xiàn)連續(xù)陰雨的氣候與天氣，這類天氣將會(huì)對(duì)防護(hù)橋梁鋼筋產(chǎn)生極為不良的影響，造成防護(hù)橋梁鋼筋銹蝕。

(2)鋼筋銹蝕的工藝因素分析

①混凝土密實(shí)度不足

混凝土孔隙率高是導(dǎo)致混凝土密實(shí)度不足的主要原因，橋梁一般處于較為潮濕的環(huán)境當(dāng)中，如果混凝土密實(shí)度較低，那么在空氣中存在的大量氧氣、水分、二氧化碳必然會(huì)通過(guò)混凝土空隙深入到混凝土內(nèi)部，降低混凝土堿性，從而使得鋼筋銹蝕問(wèn)題的出現(xiàn)。

②保護(hù)層較薄

橋梁鋼筋保護(hù)層厚度不夠，一旦混凝土在外界因素影響下發(fā)生碳化，那么必然會(huì)深入到鋼筋范圍內(nèi)，使得鋼筋堿性大量丟失，不利于鋼筋保護(hù)作用的保持，銹蝕問(wèn)題也更加容易出現(xiàn)。

③鋼筋保護(hù)層遭到破壞

一般而言，在混凝土的攪拌、澆筑、施工及養(yǎng)護(hù)過(guò)程當(dāng)中，表層存在問(wèn)題的現(xiàn)象屢見不鮮，如裂縫、開裂、掉角、露筋等問(wèn)題，如果這些問(wèn)題得不到恰當(dāng)處理，鋼筋處于外界環(huán)境下，在水分、氧氣、二氧化碳等因素的共同影響與作用下，防護(hù)橋梁鋼筋銹拙問(wèn)題勢(shì)必會(huì)難以控制。

2 橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕的預(yù)防和修復(fù)

2.1 預(yù)防混凝土鋼筋銹蝕

(1)混凝土材抖的選擇

在某種程度上來(lái)說(shuō)，化學(xué)工程在防護(hù)橋梁鋼筋銹拙的作用上主要體現(xiàn)在混凝土材料選擇上。通常，混凝土材料的劣化能與耐破壞能力是決定混凝土結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度的重要指標(biāo)，因此如何正確選用水泥品種對(duì)于保證工程質(zhì)量非常關(guān)鍵，同時(shí)正確選用混凝土也是進(jìn)行成本控制的關(guān)鍵點(diǎn)。另外，在混凝土材料的選用上，其粗細(xì)材料選擇也要以前你重視，由于集料反應(yīng)很容易導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問(wèn)題，因此混凝土材料的選擇必須要嚴(yán)加篩選與控制。

除此之外，混凝土骨料、砂石在選擇上也要盡量確保其質(zhì)量合格、技術(shù)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，科學(xué)、正確選用方能夠讓混凝土結(jié)構(gòu)耐久性得到提升。值得一提的是，混凝土拌合、用水、級(jí)配、養(yǎng)護(hù)、外加劑也至關(guān)重要，就混凝土外加劑來(lái)看，它本身應(yīng)用就較為廣泛，當(dāng)前混凝土外加劑品種有百余種，不同的外加劑適用于不同的混凝土材料，因此是否能夠合理選擇外加劑，將會(huì)直接影響到鋼筋防銹的水平與質(zhì)量。

(2)嚴(yán)控設(shè)計(jì)與質(zhì)量

從化學(xué)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，嚴(yán)格控制化學(xué)工程設(shè)計(jì)與質(zhì)量也能夠有效提高防護(hù)橋梁鋼筋的防銹能力。一般來(lái)說(shuō)，防護(hù)橋梁鋼筋耐久性設(shè)計(jì)的目的就在于提高混凝土的抗中性化能力、提高混凝土密實(shí)度，因此在選用混凝土?xí)r，級(jí)配以≥C25最佳。而一旦出現(xiàn)了氯離子腐蝕或大氣腐蝕的問(wèn)題，那么為確保鋼筋耐久性，最好應(yīng)在混凝土構(gòu)件當(dāng)中添加鋼筋阻銹劑，從而確保其耐久性達(dá)標(biāo)。不僅如此，如果混凝土結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度等級(jí)至少為C40，只有這樣方可確保防護(hù)橋梁鋼筋的質(zhì)量。

(3)納米防護(hù)液

一般混凝土在澆筑、施工、養(yǎng)護(hù)完畢之后，水分在充分發(fā)揮后呈現(xiàn)出多孔性的特征，其密實(shí)度主要結(jié)合所用水泥、砂漿、石子的不同配比，不過(guò)配比設(shè)置上稍有偏差，橋梁鋼筋暴露后便會(huì)受到較為嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

對(duì)此，可以通過(guò)涂刷納米防護(hù)液的方式來(lái)對(duì)鋼筋進(jìn)行保護(hù)，將納米防護(hù)液涂抹在鋼筋表面，然后通過(guò)自組裝能夠形成一種納米級(jí)的球狀結(jié)晶養(yǎng)護(hù)層，對(duì)鋼筋起到防蝕、防銹作用。不僅如此，納米防護(hù)液還具有較強(qiáng)的滲透效果，一般能夠滲入混凝土內(nèi)部達(dá)8 mm。在經(jīng)過(guò)光化學(xué)反應(yīng)后，能夠形成凝性膠狀體封堵住混凝土結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)孔、縫隙等。此外，納米防護(hù)液所形成的膠體經(jīng)水分發(fā)揮后能夠同混凝土何為一體，從整體上迅速提升混凝土表面結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，混凝土不會(huì)再出現(xiàn)風(fēng)化、縫隙等問(wèn)題，并變得更加密實(shí)、堅(jiān)硬，這對(duì)于提高鋼筋的使用壽命、防止銹蝕等問(wèn)題具有良好的效果。

2.2 處理修復(fù)混凝土鋼筋銹蝕

(1)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理銹蝕問(wèn)題

通過(guò)大量實(shí)際調(diào)查，發(fā)現(xiàn)幾乎在橋梁的各個(gè)部位均會(huì)不同程度的出現(xiàn)鋼筋銹拙現(xiàn)象，尤其是在一些鋼筋暴露、同水接觸較為頻繁的部位，例如橋面、伸縮縫、開裂部位等其銹拙現(xiàn)象更為嚴(yán)重。鑒于這一問(wèn)題，在對(duì)混凝土鋼筋進(jìn)行修復(fù)時(shí)必須要首先清除其外部混凝土，然后再對(duì)鋼筋進(jìn)行防銹處理。較為常用的方法有高壓水槍噴射法除銹、噴砂法除銹等，待除銹防銹工作完成之后然后才能夠進(jìn)行混凝土澆筑施工。需要注意的是，混凝土鋼筋銹蝕修復(fù)由于外層較薄而無(wú)法立模時(shí)，可以通過(guò)噴射澆筑的方式提高其強(qiáng)度。

(2)處理銹蝕要按照一定的步驟進(jìn)行

修復(fù)防護(hù)橋梁鋼筋銹拙，首先要徹底清除損壞、脫落、剝裂的鋼筋及銹蝕物，當(dāng)鋼筋全部暴露出來(lái)之后利用各種工具，如噴砂槍進(jìn)行清除、處理。然后，當(dāng)鋼筋除銹工作完成之后利用環(huán)氧膠液等粘結(jié)噴涂至鋼筋表面，最后再澆筑混凝土，條件允許的情況下還可以利用環(huán)氧砂漿、混凝土等防腐材料加以處理，確保鋼筋良好的耐久性。

3 結(jié) 語(yǔ)

總而言之，鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有眾多優(yōu)點(diǎn)，投資小、強(qiáng)度高、觀賞性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，隨著我國(guó)近年來(lái)橋梁工程的不斷增多，鋼結(jié)構(gòu)在橋梁上的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。橋梁是關(guān)系到我國(guó)社會(huì)民生的重要基礎(chǔ)交通設(shè)施，它不僅要具有良好的耐久性，同時(shí)城市化發(fā)展進(jìn)程下，鋼結(jié)構(gòu)橋梁也必須要具有一定的美觀性。正因如此，我們?cè)趯?duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工、保養(yǎng)等各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中都應(yīng)該認(rèn)真考慮、重視每一個(gè)細(xì)節(jié)，防止橋梁鋼筋銹拙問(wèn)題的出現(xiàn)。這對(duì)于完善我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極為重要的意義。

［1］陳達(dá). 海洋環(huán)境中受腐蝕混凝土的力學(xué)研究現(xiàn)狀和展望［J］.腐蝕與防護(hù)，2007，(12).

［2］張學(xué)輝. FRP 材料在海港工程中的應(yīng)用［J］. 現(xiàn)代交通技術(shù)，2007，(2).

［3］高欣欣. 多功能混凝土耐腐蝕劑試驗(yàn)研究［J］. 新型建筑材料，2011，(7).