铁路混凝土桥梁病害的原因及防治对策分析
2015-07-20
铁路桥梁的兴建与畅通是确保铁路正常运行的咽喉地带,更是沟通全国铁路交通网的关键。由于历史原因,在建设桥梁的当时技术力量缺乏,设计、施工管理的不完善,设备水平落后等,加之近几年的风化作用，使桥梁丧失原有的强度，桥梁的使用寿命大大缩短。所以为了维护桥梁的正常使用，需要工作人员对桥梁出现钢筋锈蚀、混凝土保护层剥落等现象进行病害整治和加固维修。
一、铁路混凝土桥梁病害类型
如何延长铁路混凝土桥的使用寿命，是铁建工作人员一直在努力探索的问题。混凝土桥梁在营运使用的过程中，要经受外界坏境的侵蚀和内部钢筋锈蚀的影响,造成混凝土桥梁不同程度的损伤。一般而言,建成的时间越长，其损伤就越严重。
混凝土桥梁损伤的主要形态包括: 剥落、裂缝、钢筋外露、剥离、漏水、蜂窝等现象；引起混凝土桥梁产生病害的主要原因可以归纳为六点：①建设时内部的缺陷；②超荷载承载；③钢筋锈蚀；④霜冻、风化等坏境问题；⑤列车机械作用；⑥高温和火灾意外原因。
二、铁路混凝土桥梁病害及分析
1.化学侵蚀引起的腐蚀
化学侵蚀介质主要包括碳化腐蚀、氯盐腐蚀和硫酸盐腐蚀等。混凝土主要是由氢氧化钙化合物晶体与集料固化而成,由于空气中二氧化碳气体渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低。同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。
2.物理作用引起的腐蚀
物理作用引起的腐蚀最具有代表性的是反复冻融循环,冻融破坏的原理是空气中的水份通过毛细作用进入混凝土中的裂缝和孔隙，当气温降至零度以下时，裂缝中的水雾冻结膨胀，导致孔壁受力扩张；当温度回升的时候冰开始融化，使孔壁产生拉力。经过长时间的持续反复冻融，使混凝土裂缝越来越大，数量也不断增加，并不断扩展连接，最终导致混凝土的强度逐渐降低。
3.裂缝形成原因
一般铁路混凝土桥梁出现裂缝有七种成因:①混凝土由于天气干燥萎缩造成的裂缝;②建设构造不合理引起的裂缝;③由于碱硅反应引起的裂缝;④负荷载重列车引起的裂缝;⑤钢筋锈蚀造成的裂缝;⑥太阳辐射、暴晒引起的裂缝；⑦外界环境因素造成的裂缝。
4.钢筋的锈蚀
混凝土结构中钢筋的锈蚀是电化过程。在氧和水同时存在的情况下,生成的氧化铁体积越来越大，钢筋开始腐蚀。混凝土中的钢筋发生锈蚀使得钢筋有效截面积减小、体积增大，从而导致混凝土膨胀、剥落、钢筋与混凝土的握裹力及承载力降低，直接影响到混凝土结构的安全性及耐久性。
三、防控病害的措施
1.混凝土
①由于侵蚀混凝土松动，粘度已经遭到不同程度的破坏，丧失了原有的承载能力和强度，应选用适当强度的混凝土或砂浆进行修复。
②病害处理要通过两个方面考虑，一个是增强结构材料的防水性能，另一个是提高混凝土的密度。可以通过埋设注浆嘴高压注浆的方法对结构混凝土的裂缝进行填塞封堵；对于贯通的毛细孔，可以通过毛细孔把渗透结晶型材料注入混凝土内部，与混凝土内部的特有物质发生反应，形成凝胶提高混凝土的密度，从而增强混凝土的强度和抗侵蚀能力。
2.钢筋的腐蚀
由于施工质量、条件的不同以及在运营过程中养护不到位的因素，很难避免桥梁出现细小的孔隙和裂缝，导致有害物的侵入，造成钢筋腐蚀。在有轻微侵蚀现象的钢筋混凝土基面上涂阻锈剂，使其渗透到混凝土中的钢筋上面，同时增强混凝土的透气性，有效的让水分散发，从而保护钢筋，防止锈蚀；在有侵蚀现象严重的钢筋混凝土中，应该先剔除松动的混凝土，然后检查钢筋的锈蚀具体情况，如果钢筋只是表面锈蚀，应把锈做剔除处理，在钢筋表面涂刷阻锈剂，如果钢筋的腐蚀现象比较严重，在原有的钢筋体上进行绑焊。最后把混凝土补实，在其表面喷涂阻锈剂。
3.混凝土表面的防护层
混凝土桥梁处于恶劣的环境下，应在混凝土表面增设防护层。混凝土的防护分很多种类，如防炭化、防化学腐蚀、防风沙等物理损蚀、防风化、防氯离子对钢筋混凝土的破坏等，不同的防护要求要用不同的防护材料进行保护，没有哪个最佳的，只有针对某一情况选择相对比较合适的材料。在防水方面，可以使用水泥渗透结晶防水材料，其材料的研究开发起衷是混凝土防护，他通过催化反应生成不溶物封闭混凝土毛细孔的方法，使混凝土表面致密（一定深度内），从而达到防水、抗氯离子渗透、防风化、增加表面机械强度、提高抗炭化能力都有一定的作用。当混凝土出现新的裂缝有水渗入时，在混凝土内部未反应的涂层颗粒还可与混凝土中的物质继续反应生成新的凝胶，对较小的裂缝可实现自身修复。
四、桥梁的加固和处理病害的技术
1.桥梁裂缝加固
桥梁裂缝的处理和加固相结合同时进行。为了减小裂缝的产生和进一步的发展，采用两项加固方法：纵向加固的目的是为了恢复或提高梁体的承载能力；横向加固是提高桥梁的横向刚度。其中常用的桥梁纵向加固方法：桥梁上面部分的加固时可采用粘贴钢板法、桥面补强层加固法、体外预应力法、改变结构受力体系加固法、增大截面和配筋法等；桥梁下部的加固可采用增补桩基加固法、扩大基础加固法、桥台新建挡土墙加固法、混凝土套箍法、墩台拓宽法等；桥梁横向加固方法有：提高桥梁的横向刚度、增设预应力横隔板。
2.桥梁裂缝病害的处理
修补材料的质量与相应的施工工艺水平对桥梁裂缝病害的处理效果有很大的影响，早期的桥梁裂缝修补方法是对不同部位的裂缝，采用不同的材料和施工方法，对桥柱和桥的纵、横梁的裂缝进行修补时，普通采用钢板加固方法，这种方法和使用的材料的缺点是增加桥梁的负载，施工有很大的难度，优点是有效的增加桥梁牢固可靠性；桥面则采用沥青浇灌方法，这种方法和使用的材料的缺点是沥青容易产生老化现象，修补不久后又产生新的裂缝，只能堵漏，不会补强，优点是施工方便快捷。
混凝土的裂缝导致水分渗入促使钢筋锈蚀的重要原因。钢筋锈蚀损坏的传统修复是采取"打补丁"的方法，即凿除局部的松动混凝土，露出锈蚀钢筋，除锈后抹上水泥砂浆。通过实践证明这种效果不佳，同时还会给受补部分的钢筋周围带来更严重的锈蚀问题。近年来，国外研发了一种新的修复技术，即在混凝土表面涂上一种迁移型有机阻锈剂，它可以通过混凝土渗入到钢筋表面，有效阻止钢筋锈蚀。
结束语：
钢筋混凝土是人类使用的最大宗建筑结构材料。然而，钢筋混凝土结构由于受到各种环境条件的侵蚀，往往在服役寿命期间而破坏。纵观钢筋混凝土的各类破坏机理，钢筋锈蚀、冻融循环、碱集料反应、硫酸盐侵蚀和收缩开裂等是钢筋混凝土劣化的主要原因。为提高其耐久性和使用寿命，做好铁路钢筋混凝土桥梁病害的防治工作，保证其使用的安全性，应建立定期的检测、维修机制是十分必要的。
