钢筋混凝土桥梁维修与保护材料和方法

钢筋混凝土桥梁维修与保护材料和方法.txt你出生的时候，你哭着，周围的人笑着；你逝去的时候，你笑着，而周围的人在哭！喜欢某些人需要一小时,爱上某些人只需要一天,而忘记一个人得用一生本文由rising_gd贡献doc文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。钢筋混凝土桥梁维修与保护材料和方法埃文瑞泽博士(加)一、前言钢筋混凝土桥是一个耐久性结构，但是经验告诉我们即使是混凝土材料、设计和施工的质量都很好，随着服役时间的延长，桥梁结构还是会出现各种各样的病害。钢筋混凝土桥梁的耐久性与如下因素有关：混凝土的密实度；混凝土抗开裂能力；结构所处环境的潮湿度；结构所处环境的冻融循环情况；结构所处环境的二氧化碳浓度；结构所处环境的化冰盐使用情况等；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。另外，由于混凝土炭化反应或氯离子渗入会导致钢筋锈蚀，而钢筋锈蚀又会引起混凝土的分层与破碎。高质量的材料、施工和设计可以提高新桥梁的耐久性，但仍然有很多理由需要对这些新桥进行保护以便使其能达到或超过设计服役寿命。对已经服役一定时间的桥梁，更要进行经常性的保护和维修，以便使其经常处于良好的条件下，延长服役寿命。在本文中，首先我们对混凝土的病害做一简单介绍，接着就水泥基维修和保护材料的特点和使用方法进行了说明。另外对用于结构保护的密封剂和涂装材料的性能和作用也进行了介绍，最后对典型的维修步骤，包括表面准备、锈蚀钢筋的维修与保护和混凝土的维修与保护，进行了详细的介绍。密封剂和涂装材料的功能主要是减少钢筋混凝土结构中的电解液，从而减缓电化学锈蚀反应的进程。另外，密封剂和涂装材料还可以防止化冰盐、二氧化碳和氧气等对结构的侵入从而减缓钢筋的锈蚀，这类保护还可以降低冻融循环对结构的破坏，提高结构抗冻融循环的能力。二、混凝土病害混凝土病害是一个复杂的问题，与混凝土原来的质量和工作环境有很大关系。水泥胶浆的多孔性，它的化学与物理特性，低张力强度和脆性等是混凝土病害的关键因素。混凝土原料的质量、设计的不完善和浇筑及养护过程中出现的问题也是病害产生的重要原因。为了方便陈述，我们将混凝土的病害分成以下几类：钢筋锈蚀；碱骨料反应；冻融循环；1、钢筋锈蚀锈蚀是金属铁发生氧化的电化学过程，生成氧化铁。氧化铁的体积比金属铁大，因此钢筋锈蚀会导致混凝土开裂。而开裂又使得水、二氧化碳和盐更容易进入到混凝土结构内部，从而又加速了钢筋锈蚀的速度。钢筋锈蚀需要水和氧气同时存在。当混凝土结构内部的相对湿度达到40%时，锈蚀就开始了，相对湿度达到70-80%时，锈蚀速度达到最大。当相对湿度超过70-80%或整个混凝土结构完全浸没在水里时，由于氧的供应量不足，因此锈蚀速度反而下降了。另一方面，氯离子的存在会加速锈蚀速度。炭化反应主要是水泥中的石灰，大气中的二氧化碳和某些酸性物质，如二氧化硫和二氧化氮之间的反应。这个中性化反应的结果导致混凝土pH值的下降，使得钢筋表面的钝化膜逐步丧失而引发钢筋锈蚀。同时炭化反应也会加剧由于氯离子渗入而导致的锈蚀。2、冻融破坏冻融循环使混凝土中的水结冰膨胀而产生张力，从而导致结构开裂。通过加入引气剂，使得混凝土结构内部形成大小合适的气穴可以有效地减少冻融对混凝土的破坏。没有加入引气剂的混凝土常常需要维修与保护，防止冻融循环造成的破坏。3、碱骨料反应碱骨料反应是指水化水泥中的碱性物质与骨料中可反应化学成分之间发生化学反应。一般来说有两类碱骨料反应：碱-碳反应：碱性物质与含有碳酸盐类物质的骨料（如白云石等）发生化学反应；另一类是碱-硅反应：碱性物质与含硅酸盐类物质的骨料（如蛋白石和硅酸石灰石等）发生化学反应。碱骨料反应的结果是在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导致混凝土结构开裂。比起由于钢筋锈蚀而导致的病害和开裂，碱骨料反应的过程要慢的多。以上对混凝土病害的分类只是很多种混凝土病害分类方法的一种。然而，对各种分类方式都有一个共同的标准。当混凝土结构处在极端的工作环境中时，其微观结构特征对混凝土病害而言是至关重要的，著名混凝土专家Mehta先生对微观结构与混凝土耐久性之间的关系有如下论述：从长远角度看，混凝土的可穿透性或可渗水性是唯一与耐久性直接相关的特性。有大量的事实证明，如果混凝土结构完全不可穿透或完全不渗水，则那些病害，包括钢筋锈蚀、碱骨料反应和冻融破坏根本就不会发生。三、混凝土维修-保护系统混凝土维修如果我们接受全面的方法，可以使我们获得耐久性更好的混凝土，同样的概念可以为我们提供耐久性更好的混凝土维修方法。由于有证据表明大量的维修在很短地时间内就失效了，因此寿命更长的维修方法具有很大的吸引力。混凝土专家Emmons和Vaysburd就混凝土维修的系统概念做过如下阐述：为了理解那些影响设计和选择维修方法的因素，需要将整个混凝土维修工作作为一个整体的系统进行考虑。例如，维修材料的选择仅仅是获得长期维修寿命的一个步骤，而施工方法、表面准备和检测方法等同样重要。1、引起混凝土病害的原因是什么？彻底弄清楚混凝土病害的原因是制定和实施正确维修方案的基础，如下这些检测和评估方法对于进行病害诊断很有帮助：现场目测、分层检测、电压法检测、氯离子含量分析、炭化深度分析、岩石记述学分析、气穴分布检测、结构分析。2、结构有哪些损坏？有碍观瞻：颜色斑驳，表面开裂；开裂、分层、锈蚀；危及公众安全：破碎、脱落；渗漏；耐久性差；3、结构的剩余服役期还由多长？4、结构目前的承载能力是多少？5、此次维修对整个系统会有哪些影响？6、什麽材料和方法最适合此次维修？四、钢筋混凝土桥梁的维修：材料与方法钢筋混凝土桥梁的维修：1、清除松动、破碎的混凝土彻底清除松动、破碎的混凝土并充分进行表面准备是进行钢筋混凝土桥梁维修最基本的步骤。电锤和高压水枪是进行表面清理常用的工具，而后者要优于前者，因为它给混凝土结构造成的损害很小，但是成本较高且在某些施工现场很难实施。当在立面、平面或顶面进行薄层（几毫米）表面准备时，典型的手段是高压水、干喷砂和湿喷砂。如果主要是在平面上进行表面准备，可以使用刮、凿、磨和喷丸等手段。在平面上，一般需要将表层混凝土清除掉6-12mm以获得所谓的清洁、坚固的混凝土，因此打磨和喷丸比较合适。当用湿或干喷丸方法清理水平面时，必须在整个区域内进行完全彻底地清理。对分层的地方，强烈建议将其周围5厘米范围内的混凝土全部清除，以确保将钢筋周围已发生炭化的混凝土彻底清除。如果可能，最好将钢筋下面的混凝土也清除掉，以便在钢筋下面填充修补材料。清除钢筋表面所有的锈迹。高质量的表面准备是维修材料与原有结构良好粘结的重要条件。2、防锈涂层：保护暴露的钢筋聚合物基防锈涂料（典型材料有丙烯酸类和环氧类）被用来进行锈蚀钢筋的表面防锈。这类材料有很多致命的弱点，例如，它们一般都对表面清理要求很高，甚至要求清理达到白色金属表面的水平，而这在现场往往是不可能的。另外是严格要求施工是涂层表面不能有针孔，如果涂层表面有针孔，在针孔附近将形成阳极，这样不但失去了防锈的意义，而且还会极大地加快锈蚀速度。水泥基防锈材料由于其本身是碱性的，同时具有一定的迁移能力，因此可以克服这些弱点。而且水泥基材料在修补区域周围不会形成高阳极效果，不会由于施工不慎而导致的加速锈蚀速度的现象发生。3、修补砂浆和混凝土：性能与应用病害混凝土的维修可能会用到几种材料：薄层修补砂浆（0-12mm）厚层修补砂浆（6-100mm）干喷或湿喷混凝土所有这些修补材料应具备以下重要特性：塑性收缩率低；干收缩率低；黏结性良好；宜使用；抗干收缩裂缝；耐久性好（抗冻融能力强）；薄层修补砂浆一般是经聚合物改性的，比如丙烯酸乳液、丁二烯、苯乙烯或苯乙烯改性的丙烯酸等。以往这类修补砂浆都是双组分的，这样在施工现场混合时可能会出现比例上的失误。但最近我们推出了经干聚合物改性的单组分薄层修补砂浆，这类单组分的修补砂浆在现场只加水就可以了。经乳液聚合物或干聚合物改性的砂浆具有良好的粘结性和耐久性。厚层修补砂浆一般含有纤维以减少干收缩开裂现象的发生，而纤维的选择十分重要。低弹性模量的纤维，如聚苯烯、尼龙或特种聚酯等纤维只能控制塑性收缩开裂，而高弹性模量纤维，如特种玻璃纤维等既可以控制塑性收缩开裂，也可以控制干收缩开裂。在顶板上使用厚层修补砂浆时，其快干特性就显得十分重要。骨料和外加剂的选择对于在立面和顶板上的施工的简便和快速影响很大。???对大体积维修应该使用喷射混凝土方式进行。喷射混凝土分干喷和湿喷两种，干喷是将水泥、骨料和外加剂事先进行干混，并在喷嘴处加水并以高速喷射到修补面上。湿喷是将修补砂浆预先与水调和好，然后用喷枪喷射到修补面上。干喷和湿喷都可以获得理想的修补效果，但干喷的回弹很高，一般可能达到25%左右，同时施工质量与操作人员的操作水平有很大的关系。与干喷相比，湿喷的回弹率小，同时由于在湿喷过程中会捕获一些空气，在混凝土内部形成气穴，因此其抗冻融破坏的能力更强。另外湿喷对操作人员的技术水平要求不像干喷那样高。喷射混凝土的最新技术发展是微硅粉的使用。微硅粉是一种非晶态的二氧化硅，是铁合金工业的副产品。微硅粉颗粒的粒度非常小，一般是水泥水化反应生成的颗粒的百分之一或更小。因此加入微硅粉后可以提高混凝土的抗压强度，提高抗渗能力和抗化学腐蚀物的能力。同时，加入微硅粉后，还可以降低干喷或湿喷混凝土的回弹率，特别是在湿喷时，可以使湿喷的回弹率减少到可以忽略不计的程度。还有，微硅粉可以提高混凝土内部的粘合能力，缩短混凝土浇筑好后不能马上浸水的等待时间。另外，从经济角度看，微硅粉的成本比聚合物的成本要低很多。微硅粉的缺点是比较容易产生塑性开裂，这一点可以通过恰当的养护，特别是早期养护来解决。纤维增强是另一项喷射混凝土新技术，通过在混凝土中加入纤维可以提高抗弯、抗张和抗开裂能力。纤维的增强效果与所使用纤维的弹性模量有直接的关系。弹性模量越高，效果越好。钢纤维对混凝土的增强效果非常明显，目前在干喷和湿喷中都得到了广泛的使用。钢纤维增强喷射混凝土目前在隧道的建设与维修、港口混凝土设施的建设与维修中用的很多，其维修厚度可达5-15cm，在薄层修补中不宜使用。经耐碱处理的玻璃纤维具有较高的弹性模量，而且很容易与修补砂浆混合，另外玻璃纤维增强喷射混凝土的终饰性非常好。玻璃纤维一般用在湿喷混凝土中，但也可以用在干喷混凝土中。其主要用途是用来进行混凝土结构的维修，包括天花，墙体，结构墚，混凝土桥梁以及工业混凝土结构维修等。另外，玻璃纤维增强混凝土可以进行从薄层到后达几英寸的厚层修补。聚合物纤维，如聚丙烯纤维等也被用在干喷和湿喷混凝土中，单纤维聚丙烯纤维可以用在干喷或湿喷混凝土中，但小纤维据苯烯纤维主要用在湿喷混凝土中。聚合物纤维的最大弱点是其弹性模量较低，因此主要用于控制塑性开裂和在一定范围内的干缩开裂。其主要优点是成本较低，同时在碱性的修补砂浆和混凝土中化学性能不活跃。五、钢筋混凝土保护密封剂和涂装材料在整个桥梁表面使用防水密封剂和涂装材料有很多意义，可以减少混凝土中电解液的含量，减少被修补区域（阴极）和未修补区域（阳极）间的电位差，从而降低锈蚀速度。事实证明，影响桥梁混凝土结构的水主要来源于降雨，因此对钢筋混凝土桥梁进行防水是降低钢筋锈蚀速度的基本手段。另外，保护密封剂和涂装材料还可以减少氧气的渗透，减缓混凝土炭化反应的进程。为了方便讨论，本文将涂装材料分成两大类：渗透型密封剂；成膜型密封剂；按照所用粘合剂的化学成分，也可以进行如下分类：有机类：各种聚合物涂装系统；无机类：硅酸盐水泥，有机与无机混合类：聚合物与硅酸盐水泥混合；如下指标对涂装材料是关键性指标：耐久性水汽透过性抗水和盐的渗透性抗二氧化碳渗透性桥联裂缝的能力以上这些指标并不是按重要性大小的顺序排列的，对这些指标的要求和重要程度与涂装材料功能和使用目的有密切的关系。例如，如果涂装的目的是防止水和二氧化碳的渗透从而起到保护混凝土作用，则水汽透过性，抗二氧化碳渗透性和桥联裂缝的能力是最重要的指标。1、耐久性所谓耐久性，这里指的是涂装材料或密封剂涂刷后，可以在多长时间内对混凝