公路工程钢筋混凝土阻锈剂应用技术

钢筋混凝土作为一种经济实用的建筑材料在桥梁工程中已经得到广泛的应用, 但是由于钢筋锈蚀而导致的耐久性不足也给桥梁结构的正常使用带来了严重的危害。西方一些发达国家建造钢筋混凝土桥梁时间长, 出现的问题也比较显著。据统计, 早在1992 年, 美国因撒除冰盐引起钢筋腐蚀破坏而限载通车的公路桥梁约占1ö4, 每年的维修费用高达5 千万至2 亿美元。英国、挪威、日本、加拿大和澳大利亚等一些国家在20 世纪60、70 年代建造的钢筋混凝土桥梁现在大部分都已经或轻或重地出现钢筋锈蚀现象。我国钢筋混凝土桥梁的建设高潮开始仅10 年左右, 钢筋锈蚀带来的危害尚没有全面暴露出来, 但部分桥梁钢筋锈蚀破坏现象已经初露端倪, 有些甚至非常严重, 如北京的西直门桥, 使用不到20 年就因钢筋锈蚀而不得不报废重建。钢筋腐蚀已经成为钢筋混凝土桥梁破坏的首要原因。

钢筋混凝土桥梁, 尤其是大中型桥梁, 设计寿命一般在80 年左右, 有些甚至100 年、120 年。保障桥梁结构如此耐久的寿命, 除了正常维护、周期性更换部分附属构件以外, 主体结构的耐久性更是一个非常重要的环节。从现有公路工程结构的钢筋腐蚀速度来看, 若不采取任何防腐蚀措施, 在南方高温地区, 3～ 4 年水泥混凝土保护层就会因为钢筋腐蚀而开裂; 在北方低温地区, 4～ 5 年钢筋就腐蚀相当严重。桥梁结构的这种老化速度, 很难满足设计寿命的要求。一座大型桥梁, 造价动辄几千万元, 甚至上亿元, 使用寿命与设计寿命如此大的差距, 本身就是一种巨大的经济和社会损失; 而且, 由于耐久性不足,桥梁结构在正常使用期间的巨额维修费用也会带来沉重的财政负担。

钢筋腐蚀破坏如此广泛而严重, 已经在世界各国引起了密切关注。美国从20 世纪50 年代就开始了氯盐环境下钢筋腐蚀的研究, 在80 年代中期专门针对公路工程在全国范围内实施了“战略公路研究计划”, 研究公路桥梁的钢筋腐蚀问题; 英国于20 世纪70 年代启动“海洋研究计划”, 针对海洋环境中钢筋混凝土的腐蚀进行研究。我国工程界也越来越清醒地认识到氯盐环境引起的钢筋腐蚀的严重性。在2002 年12 月中国工程院主持的水泥混凝土结构耐久性及耐久性会议上, 许多院士、专家也大力呼吁重视钢筋锈蚀、尤其是氯盐环境下的钢筋腐蚀给国家、社会造成的危害。

钢筋腐蚀的原因错综复杂, 腐蚀机理主要可以分为两种: 化学腐蚀和电化学腐蚀。在氯盐环境中的钢筋腐蚀主要是电化学腐蚀, 这种腐蚀的发生时间远远早于水泥混凝土碳化引起的钢筋锈蚀, 早期的钢筋锈蚀破坏一般是由于氯离子的侵蚀引起的。这种腐蚀速度快且产生点腐蚀, 不仅严重削弱钢筋截面, 而且容易导致应力集中, 尤其对于以承受疲劳和冲击荷载为主的桥梁结构, 这种腐蚀的危害更为严重[。

怎样才能避免或延缓水泥混凝土桥梁中钢筋腐蚀破坏, 关键在于预防。之所以许多钢筋混凝土桥梁锈蚀破坏如此严重, 没有采取有效的防锈措施是主要的原因之一。目前的防锈措施主要有防锈涂层法、阴极保护法、惰化钢筋法和防锈水泥混凝土等方法。涂层法主要包括水泥混凝土表面涂层、水泥混凝土表面聚合物浸渍、钢筋表面涂层等, 这类方法主要通过设置致密层切断氯离子或其他侵蚀介质到达钢筋表面的路径从而达到防止钢筋腐蚀的目的; 阴极保护法主要有牺牲阳极、外加电流等方法, 这类方法主要通过补偿铁原子失去的电子而达到防止钢筋锈蚀的目的; 惰化钢筋法主要通过采用不锈钢筋、碳纤维棒等活性低的金属或惰性材料部分或全部取代钢筋。这些方法施工技术要求高, 工艺比较复杂, 后期维护费用高, 目前大多应用于大型复杂钢筋混凝土桥梁的重点部位或构件的辅助防腐, 普遍推广还需要做许多工作。

防锈混凝土是通过在混凝土拌和物中掺加一定量的抑制钢筋锈蚀的阻锈剂制作而成的, 这种混凝土通过调整阻锈剂的掺量可以满足结构在设计寿命期内的防止或延缓钢筋锈蚀的要求。防锈水泥混凝土从根本上增强了钢筋水泥混凝土桥梁防止锈蚀的能力, 正如人类抵御疾病一样, 打针吃药是一种外在的补救措施, 增强体质才是保持身体健康、延长寿命的根本途径。实践证明, 防锈水泥混凝土施工工艺简单、经济有效, 是应用前景比较广阔的一种阻锈方法, 近年来得到了广泛的应用。

阻锈剂是防锈水泥混凝土中发挥防锈作用的主剂, 其研究与工程应用发展得非常迅速。目前, 市场上阻锈剂种类繁多, 效果各异。为便于广大公路工程技术人员掌握阻锈剂的技术内容和使用要求, 规范阻锈剂在公路桥梁工程中的合理应用, 达到改善水泥混凝土桥梁耐久性能的预期效果, 本文结合交通部2006 年发布的《公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术指南》中有关阻锈剂的内容, 对应用于公路桥梁工程的阻锈剂的适用范围、性能要求、用量以及施工技术控制指标进行了简要介绍。