关键词；钢筋混凝土桥梁病害分析维护
路桥的兴建与畅通，促进了人类社会的文化和经济生活的繁荣与发展。但是桥梁一旦发生倒塌事故，就会带来巨大的损失和灾难。近些年，人们已经开始注意到了各种因不同病害造成的桥梁困扰原因。在桥梁工程中，混凝土作为主要的建筑材料而被广泛使用，它一直被认为是非常耐久的材料。近几年来，才逐渐发现它也会像天然石材在一定的条件下被风化变质一样，丧失原有强度而过早损坏，影响其正常使用。遭受病害的桥梁其使用寿命将大大缩短，严重的在建成几年就会出现混凝土保护层剥落、钢筋锈蚀的现象，需要进行病害整治和加固维修。
1、钢筋混凝土桥梁的病害及分析
钢筋混凝土桥梁的常见病害主要有；裂缝、剥离、剥落、蜂窝、漏水、钢筋外露、钢筋锈蚀、承载力不足等。
(1)侵蚀性介质腐蚀侵蚀性介质腐蚀主要包括氯盐的腐蚀和硫酸盐腐蚀等。氯盐的腐蚀是破坏混凝土的重要因素，环境中游离的cl_(包括海水、海风、化冰盐、保温车盐水滴漏等)一旦渗入，将和混凝土中得3caO・2Al2O・33H2O等起反应，生成易溶的Cacl2和大量的结晶水，使体积膨胀好几倍，造成混凝土的破坏，当cl-与钢筋接触，含量达到一定程度时，使该处的PH值迅速下降，钢筋的钝化膜发生破坏，使与完好的钝化膜区域之间构成了电位差，同时，Cl-且有导电作用，可以和Fe2+发生反应生成FeCl2，加速了钢筋的腐蚀。硫酸盐的腐蚀可以出现钙钒石破坏和石膏膨胀破坏。
(2)冻融破坏主要表现在混凝土中存在大量的孔隙和裂缝，水份通过毛细作用进入，当温度降至冰点以下时，孔隙中的水冻结膨胀，使孔壁受压变形，当温度升高冰融化后，使孔壁产生拉力，经过持续的反复冻融，使混凝土发生开裂，裂缝随着冻融次数的增多而增加，并逐渐扩展连接，以致逐渐降低混凝土的强度。
(3)混凝土的碳化在大气环境下，桥梁结构的破坏主要是钢筋的混凝土保护层碳化，碱性降低，混凝土出现裂缝，大气中的氧气和水深入混凝土中到达钢筋表面，并发生化学反应，引起体积膨胀，使混凝土的裂缝加大，最终引起保护层的开裂、剥落。
(4)钢筋的锈蚀钢筋的锈蚀是电化学过程，除受其自身性能影响外，与混凝土的性能和外界环境有着密切的关系，在大气区当裂缝达到0.3mm时，钢筋已经开始腐蚀。钢筋生锈后，使其本身有效截面缩小，生成的氧化铁体积比原来膨胀好几倍，使保护层的混凝土开裂，使有害物质更容易进入混凝土内部，加速对钢筋混凝土的腐蚀。
2、有效的防控措施
(1)混凝土。1)选用适当的补强混凝土或砂浆。被侵蚀松动的混凝土，胶结结构已经遭到破坏，丧失了原有的强度和承载能力。2)提高混凝土的密实度。对于贯通的毛细孔，可以采用新型的渗透结晶型材料通过毛细孔进入混凝土内部，与混凝土本身的某些物质发生反应，生成凝胶，堵塞毛细孔，提高混凝土的密实度，增加抗渗性，从而提高混凝土的抗侵蚀能力和使用寿命。3)适当增加混凝土保护层的厚度。在混凝土耐久性规范中，规定了最小保护层厚度，较原来的钢筋混凝土规范有了很大的提高，这是一条防止混凝土被侵蚀的重要手段，可以将延长有害物质到达钢筋的时间，延缓了钢筋的腐蚀，使钢筋混凝土的有效寿命得到提高。
(2)钢筋尽管混凝土具有较好的抗渗性，但由于施工条件、施工质量的不同以及在运营过程中养护的问题，难以避免存在微小的孔隙和裂缝，使有害物质容易侵入，造成钢筋的腐蚀。对于侵蚀轻微的钢筋混凝土结构，在混凝土基面涂刷阻锈剂，通过渗透进入混凝土中，同时不妨碍混凝土的透气性及水分散发，保护混凝土中的钢筋，防止其进一步锈蚀。阻锈剂的掺入量与有害物质的渗入总量有关，使结构在设计使用寿命内不会因钢筋锈蚀而发生破坏。对于侵蚀严重的钢筋混凝土结构，应该在剔除松动的混凝土后，检查钢筋的锈蚀情况，如钢筋只是表面锈蚀，应作除锈处理后，在钢筋表面涂刷阻锈剂，如果钢筋的有效面积明显减小，应该采用同型号的钢筋进行绑焊。在混凝土补强后，在结构表面再喷涂阻锈剂。
(3)混凝土表面的防护层处于恶劣环境下的混凝土桥梁，应在混凝土表面增设防护层。在海洋及近海环境下，经过对多种混凝土表面防护层进行试验，表明采用防护层保护的混凝土试件在探测深度范围内氯离子的渗入量比无涂层的低7倍以上，氯离子的含量值基本接近混凝土原有的初始浓度。钢筋混凝土结构设计按允许有裂缝设计考虑的，在正常使用状态是存在微小裂缝的，所以表面防护层宜采用渗透结晶型混凝土防水材料，其具有遇湿固化能力，不仅可以在混凝土表面形成一道防水屏障，而且其对混凝土的渗透性强，渗入混凝土中后，其活性物质可与混凝土中的物质进一步反应生成凝胶，堵塞已存在于混凝土中的空隙、裂缝及毛细孔，以增加基层混凝土的密实度，阻止了水和各种侵蚀性介质的渗入。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。
钢筋混凝土结构裂缝是最常见的工程质量问题。分析了钢筋混凝土结构裂缝产生的原因；提出来钢筋混凝土结构裂缝的技术控制；论述了钢筋混凝土结构裂缝的技术处理。
【关键词】
钢筋混凝土结构；裂缝处理；技术控制；技术处理
本钢设计研究院有限责任公司（以下简称本钢铁设计院）是本钢改制子公司，先后承担了本钢马耳岭选矿厂工程、本钢南芬1500万吨扩产工程等本钢重点工程的施工图设计和本溪市一些高层民用建筑工程及城市建设工程。在工程建设过程中和工程交竣工使用后，钢筋混凝土结构裂缝是显而易见的。尽管工程设计人员和工程施工的技术人员都采取了一定的技术措施，但是，钢筋混凝土结构裂缝还是在建筑产品施工过程中或在使用过程中出现。笔者依据学习掌握的工民建专业知识和长期在施工技术岗位工作中的施工技术经验，撰写本文，对钢筋混凝土结构裂缝的原因进行分析。旨在探讨和研究防治与处理钢筋混凝土结构裂缝。
一、钢筋混凝土结构裂缝的原因分析
笔者在本钢重点工程建设过程中和本溪市一些高层和或市政重点工程建设过程中，发现钢筋混凝土结构产生裂缝是相当普遍的。将出现这些不同程度、不同形式的裂缝按其形状分为表面的、贯穿的、纵向的、横向的、上宽下窄、下窄上宽、枣核型、对角线型、斜向的等等。裂缝形状与结构受力状态有直接关系。钢筋混凝土常见裂缝原因大致有两种，一种是由于变形变化（温度、湿度收缩、不均匀沉降）作用引起的裂缝；另一种是承受荷载作用引起的裂缝，但是在两种出现裂缝的原因中往往是变形与荷载共同作用，而第一种裂缝是以变形变化为主引起的裂缝，在第二种裂缝中，是以荷载为主所引起的裂缝。认真进行技术分析，找出产生裂缝的原因，然后采取针对性的技术措施，进行施工技术防治。一是基础大体积混凝土裂缝产生的原因分析。基础大体积混凝土施工，由于混凝土内部与表面散热速率不一样，在其表面形成较大的温度梯度，从而引起较大的表面拉应力。同时，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，温差产生的表面拉应力超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。此种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天（升温阶段）。混凝土降温阶段，由于逐渐降温而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底和或结构本身的约束，也会产生很大的拉应力，直至出现收缩裂缝。二是地下室外墙混凝土裂缝产生的原因。地下室外墙混凝土裂缝主要是收缩裂缝。混凝土降温产生的收缩和硬化时的收缩，受到结构本身和基坑边壁等的约束，产生较大的拉应力，直至出现收缩裂缝。
二、钢筋混凝土结构裂缝的技术控制
（一）基础大体积混凝土裂缝技术控制
大体积混凝土的温差变化在1～72h内波动最大，因此在这段时间现场值班不间断测量，测试频率为每2h一次，测试时要求记录一下数据：混凝土入模温度；每次测温时间，各测点温度值；各部位保温材料的覆盖和去除时间；浇水养护或恢复保温时间。基础大体积混凝土施工控制表面温度裂缝的产生，应从选定混凝土配合比入手。只要对掺合料、缓凝减水剂的选择合适，通过试配完全可以大大降低每m3混凝土的水泥用量，降低混凝土的最高绝热温升，从根本上解决升温阶段的裂缝产生。对基础大体积混凝土而言，养护措施及为重要，应根据施工时的气温、测温情况，采取相应的养护方法。布置合理的测温手段是必不可少的，可以为养护提供调整依据。参加UEAH高效微膨胀剂对混凝土能起到补偿收缩作用，可有效的提高混凝土的抗裂缝抗渗能力。
（二）地下室外墙裂缝技术控制
在设计方面，高层建筑设计时，一般柱混凝土强度设计较大，考虑到施工的因素，往往地下室板墙混凝土强度等同于柱混凝土强度。由于设计的混凝土强度较高，为保证质量，施工时其实际浇筑的混凝土强度往往比设计强度要高得多。这样就很容易导致混凝土因强度偏高而产生收缩裂缝。地下室外墙混凝土易出现收缩裂缝，除在配合比上选定上采取积极的预防措施，在施工中采取外侧加密横向钢筋、严格控制坍落度等措施外，后期的养护也至关重要。通常可采取以下措施：长期的带模养护。浇水养护基本上采取连续循环的方式，浇水面为外墙的内外侧面。在混凝土获得一定强度后，松开对销螺栓，使得模板与与混凝土界面可以蓄水，带模养护，规定20d拆模。模板拆除后，继续对外墙混凝土浇水养护15d。泵送商品混凝土施工的地下室外墙易出现收缩裂缝，但只要措施得当，还是可以避免或得以控制的。关键在于在保证混凝土强度的前提下，尽可能降低每m3混凝土的水泥用量。尽可能将墙板的水平钢筋置于混凝土外侧，控制混凝土保护层厚度不得超厚，水平钢筋的间距尽可能小于150mm。严格控制混凝土坍落度，决不允许现场加水。
[关键词]钢筋；混凝土结构；耐久性；钢筋混凝土耐久性改善措施
中图分类号：TU375文献标识号：A文章编号：2306-1499（2014）08-0063-01
1.前言
任何结构的兴建都是为了使用，也就是使已建结构完成其预定的功能。而结构预定的功能能否实现，则主要取决于它在整个设计服役期内的表现。大量混凝土工程实例表明，很多结构在服役期内总的维修费用远大于它的初始造价。因此减少结构在服役期内的总维修费用在目前是更现实、更迫切的任务。混凝土结构一直被认为是一种节能、经济、用途极为广泛的人工耐久性材料，是目前应用较为广泛的结构形式之一。随着结构物的老化和环境污染的加剧，混凝土结构的耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注。当今世界，混凝土结构破坏的原因，按重要性递降顺序排列是：钢筋锈蚀、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境的物理化学作用。而我国混凝土结构破坏的原因主要是“南锈北冻“。然而长期以来，人们对混凝土结构的耐久性问题一直未能给予足够的重视。由于勘探、设计、施工及使用过程中的多种因素，使结构不可避免的出现各种不同程度的隐患、缺陷或损伤，进而导致结构的失效，造成资金的巨大浪费。
2.混凝土结构耐久性概念
所谓混凝土结构的耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。
影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂，主要有内外两方面的因素作用，其中混凝土材料的物理和化学作用，如混凝土的碳化、钢筋的锈蚀等是决定其耐久性的内因；混凝土结构所处的环境条件和防护措施，是影响混凝土结构耐久性的外因。
3.钢筋混凝土结构腐蚀基本机理
在腐蚀环境下，环境中有害介质、离子将会对混凝土结构进行侵蚀，造成钢筋截面损失、表面污染、混凝土开裂或脱落等，结构的安全性和可靠性将会大幅度降低，并导致结构在达到其预期的设计使用寿命之前就已经破坏，影响结构的正常使用。
3.1钢筋腐蚀的基本机理
钢筋的腐蚀是一种电化学的过程，在坚实的混凝土内部，由于其孔隙液体中含有易溶性的氢氧化钾和氢氧化钠以及大量的微溶氢氧化钙，因此形成PH值为13或更高的碱性环境。在这种环境中，在钢筋表面形成的钝化膜，将阻止钢筋锈蚀的发生。
在此，阳极反应产生的多余电子通过钢筋输送往阴极，阴极产生的氢氧化根离子通过混凝土的孔隙以及钢筋表面与混凝土空隙的电解质被送往阳极，从而形成一个腐蚀电流的闭合回路，使电化学过程得以实现。
3.2混凝土腐蚀的基本机理
混凝土腐蚀是一个很复杂的物理化学过程。混凝土的腐蚀按腐蚀过程分为三类：
第一类属溶蚀性的混凝土腐蚀，即当水渗透到混凝土内部，或是软水与水泥石作用时，将一部分水泥的水花产物溶解并流失，引起混凝土破坏。
第二类属某些盐酸溶液和镁盐对混凝土的腐蚀。这类腐蚀的主要生成物为不具有胶凝性的、易于被水溶蚀的松软物质。这类腐蚀不会使混凝土遭到彻底破坏。但若转化为第一类腐蚀，即其生成被渗透到混凝土内部的水所溶蚀，则将使混凝土中的水泥石完全遭到破坏。
第三类属结晶膨胀型腐蚀。它是混凝土受硫酸盐的作用，在其孔隙和毛细管中形成低溶解度的新产物，逐步积累，产生巨大的膨胀应力，而使混凝土遭受破坏。
因此，应着重从防止钢筋锈蚀和改善混凝土本身性能这两方面出发来提高钢筋混凝土结构的耐久性。
4.防止钢筋锈蚀的主要方法
4.1钢筋的混凝土保护层厚度
在我国的混凝土结构设计规范中，钢筋的混凝土保护层最小厚度一般均对纵向受力钢筋而言。从耐久性的角度看，最外层的箍筋或分布筋该最早受到侵蚀，普通钢筋（主筋、箍筋、分布筋）的混凝土保护层Cmin与保护层厚度施工负允差之和，即：
4.2控制混凝土拌合物中氯离子的含量
当由于某种原因，氯离子含量在钢筋周围达到某一临界值时，钢筋的钝化膜开始破坏，丧失对钢筋的保护作用，从而引起钢筋的锈蚀。
JTJ275-2000针对预应力混凝土和钢筋混凝土，分别规定了混凝土拌合物中氯离子含量的最高限值（以水泥质量百分率计）为0.06%和0.1%。
4.3采用钢筋防护材料
采用涂层钢筋、喷塑（树脂）钢筋、混凝土中加入钢筋阻锈剂、混凝土中掺加缓蚀剂、混凝土表面涂层（涂薄层、复合型涂层、渗透性涂层）等。
5.提高混凝土耐久性的几种方法
影响混凝土耐久性的一个重要因素是混凝土本身的质量。提高密实度而减少混凝土的渗透性可以减缓侵蚀性物质侵入混凝土内部的速度，而这又与混凝土的强度等级、水灰比等因素有关。当混凝土中含有碱活性骨料时，在露天和潮湿的环境中，碱和骨料内的活性颗粒产生碱-骨料反应造成混凝土表面产生裂缝，加速侵蚀性物质的破坏作用。
5.1采用高性能混凝土
高性能混凝土具有高耐久性、良好的工作性能和高抗氯离子渗透性。通过矿物细掺合料和高效减水剂等的使用，水泥颗粒之间及水泥与骨料的空隙得到了一定程度的填充，不仅使结构混凝土的强度得到提高，节约水泥材料用量，从而一定程度上提高了混凝土的抗渗性能，减弱了氯离子对混凝土的渗透作用，从而延长了结构腐蚀所需的初始时间t0。与传统的混凝土相比，高性能混凝土在原材料上有两点不同：低水胶比和多组分。其目的是为了增强混凝土的密实程度，改善骨料和水泥浆体之间的界面性能，从而达到良好的耐久性。混凝土的耐久性明显取决于微观结构，尤其是浆体的孔隙率。正由于高性能混凝土的空隙率很低，因此与浆体中水或侵蚀介质输送过程有关的物理和化学侵蚀作用便会削弱。
5.2提高混凝土的抗渗性
混凝土由水泥、粗细骨料和水拌制而成。为了获得必要的流动性，满足施工要求，常用较多的水。当混凝土硬化后，多余的水就被蒸发掉，形成毛细孔，用水量越大，水泥水化后留下的毛细孔越多，渗透系数也越大。所以在拌制混凝土时，在满足技术和施工要求的情况下，应尽量降低水灰比，减少用水量，增加密实度，以提高混凝土的抗渗性。
5.3预防碱-骨料反应
发生碱-骨料反应需要水、活性骨料、碱三个条件，缺一不可。所以只要去掉三个条件中的任何一个，即可预防碱-骨料反应的发生。
一般认为，若混凝土的构件四周平均湿度小于60%，则发生AAR的概率很小。从材料方面，采取的主要方法有：使用非活性骨料、使用低碱水泥、使用锂盐抑制剂、掺入矿物掺合料等。
6.结语
目前我国正处于大规模的基础建设时期，钢筋混凝土结构仍是主体。为增强我国钢筋混凝土结构安全性、耐久性，恳请参与此工作的同事和同行多多指正，以使我国有关钢筋混凝土结构耐久性的研究工作取得更大的进展。
参考文献
[1]建设部.钢筋混凝土结构设计规范大全[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.