浅析混凝土梁中性化及碱集料反应的病害治理
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[摘要] 本文从中性化和碱集料反应产生的原理入手，分析归纳出产生其病害的影响因素，进一步提出混凝土梁的设计、施工和养护等方面的预防解决措施。
[关键词] 混凝土梁 中性化 碱骨料反应 防治
中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编 号：
引言：桥梁是复杂的永久性结构，其使用期长达百年或更久。在运营期间，此类结构受到列车高速度、高密度、重载的外力作用和各种自然因素影响，加之梁体本身构成材料的劣化，致使桥梁产生各种病害，为保证桥梁安全使用，必须对桥梁进行养护维修，对各种病害进行整治。各种病害中，以结构本身材料劣化的病害，对梁体承载力和耐久性影响最大。提到混凝土梁材料劣化，就不得不提混凝土中性化及碱骨料反应病害。
钢筋混凝土结构是以水泥作为胶结材料，并结合一定级配的骨料和钢筋制成的复合材料。在这一结构中，钢筋提供了结构的抗拉强度，而混凝土则提供了结构抗压强度和对钢筋的保护作用。所以钢筋混凝土材料性能劣化也包括混凝土的性能劣化和混凝土中钢筋的锈蚀两个方面。
一、混凝土中性化：
1.1定义：
混凝土中性化又称为混凝土碳化，它是混凝土钢筋锈蚀的主要原因之一。混凝土中性化是指大气中的二氧化碳（CO2）不断向混凝土孔隙中渗透，并与孔隙中碱性物质氢氧化钙[Ca（OH）2 ]发生中和反应，生成碳酸钙（CaCO3），使混凝土孔隙内碱性（PH值）降低的现象。SO2，H2S也能与混凝土中的碱性物质发生类似反应，使碱度下降。中性化对混凝土本身是无害的，可使混凝土变得更加坚硬，但对钢筋是不利的。
1.2混凝土对钢筋的保护体现在两个方面：
混凝土对钢筋的保护体现在两个方面：即物理保护和化学保护。物理保护是指阻断保护，即混凝土保护层阻断了钢筋与空气、水和腐蚀环境的直接接触；化学保护是指钝化保护，水泥在水化过程中，产生了大量的氢氧化钙，使混凝土内部空隙充满了饱和的氢氧化钙溶液，其PH值为12-13，在这样高的碱性环境中，混凝土内部埋置的钢筋容易发生钝化作用，在钢筋表面生成一层难溶的氧化膜，通常称为钝化膜，能够阻止混凝土中钢筋的腐蚀。
1.3主要原因：
混凝土孔隙中存在碱性溶液，钢筋在这种碱性介质条件下，生成一层厚度很薄的氧化膜，牢固吸附在钢筋的表面，氧化膜是稳定的，它保护钢筋不锈蚀。
1.4中性化深度测量：
采用电钻，在混凝土表面钻成直径为15mm的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度。孔洞中的粉沫和碎屑应除净（用小皮老虎吹净），注意不得用水擦洗。同时，采用浓度为1%的酚酞（弱酸）酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，当已碳化与未碳化界线清楚时，再用深度测量工具（游标卡尺）测量已碳化与未碳化混凝土交界面到混凝土表面的垂直距离，测量不少于3次，取其平均值。每次读数精确至0.5mm。混凝土中性化深度普遍超过25mm或达钢筋表面，为A1级病害；混凝土中性化深度超过20mm且未达钢筋表面，为B级病害。
富嫩111.704桥中性化2孔左片梁内侧深度14.5毫米
1.5中性化的防治措施：
1.5.1设计时，采用合理的混凝土配合比，限制水泥的最低用量，采用合理的掺合料。
1.5.2施工时保证混凝土保护层最小厚度，加强振捣，防止离析，控制收缩裂纹产生，提高养生质量，以增强其抗渗性提高混凝土的密实度。
1.5.3养护时要尽量隔绝水和湿气来源，形不成中性化反应条件。
1.5.4使用外加剂、防水胶或防水涂料等材料对混凝土进行罩面封闭处理。
2.1定义：
所谓碱集料反应，就是水泥（或混凝土）中的碱与某些骨料发生化学反应，引起膨胀开裂，甚至破坏，称之为碱集（骨）料反应。含有碱活性矿物的集（骨）料，且砂浆试体膨胀率大于0.1%，亦称为碱集（骨）料。
2.1碱集料反应的分类：
2.1.1碱硅酸反应：水泥中的碱与骨料中的活性二氧化硅SiO2成份反应产生碱硅凝胶，碱硅凝胶固相体积大于反应前的体积，而且有强烈的吸水性，吸水后膨胀引起混凝土内部膨胀应力，而且碱硅凝胶吸水后进一步促进碱骨料反应的发展，使混凝土内部膨胀应力进一步增大，导致混凝土开裂，发展严重的会使混凝土结构崩溃。碱骨料反应绝大多数为碱硅酸反应。
2.1.2碱碳酸盐反应：碱碳酸盐反应的基理与碱硅酸反应完全不同，在泥质石灰质白云石中，含粘土和方解石较多，碱与这种碳酸钙镁反应时，将其中的白云石（MgCO3）转化为水镁石[Mg（OH）2]，水镁石晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起混凝土内部应力，导致混凝土开裂。
2.1.3碱硅酸盐反应：主要指水泥（或混凝土）中碱与某些层状硅酸盐集料反应，并导致砂浆或混凝土产生异常膨胀，这一类反应亦可归为碱硅酸反应。
2.2发生条件：
碱骨料反应需要具有三个条件。首先是混凝土的原材料如水泥、混和材、外加剂和水中含碱量高；其次是骨料中有相当数量的活性成份；第三是潮湿环境，有充分的水分或湿空气供应。
2.3碱集料反应裂缝破坏特征：
出现裂缝的时间比较滞后，短至2-3年，长至40-50年。裂缝在无条件约束时也呈网状，但由于膨胀裂缝，往往裂缝两侧的混凝土不平，有一面拱起，在有钢筋约束时呈顺束开裂。
裂缝在潮湿部位首先开裂，干燥部位可能不裂。最常见的碱硅酸反应一般均从裂缝溢出碱硅凝胶，时间长了，凝胶变成深色，但在裂缝两边仍遗留有凝胶痕迹。
出现顺筋裂缝，即使裂缝很大，在钢筋没有锈蚀前，敲击时是没有空鼓声的。如不及时进行封缝处理，则氧气和水沿裂缝直接接触钢筋，钢筋很快会在裂缝部位锈蚀。
齐北线82公里桥碱集料反应病害
2.4碱集料反应的防治措施：
2.4.1控制水泥含碱量，即尽量采用含碱量低于0.6%的水泥。
2.4.2控制混凝土中含碱量。即配制混凝土时控制活性骨料数量和含碱量。
2.4.3对集料选择使用。尽量选用碱活性较低的集料。同时，还要加强对集料的清洗。集料界面的疏松层，会加剧碱集料反应的速度。
2.4.4合理掺混合材料。
掺某些活性材料可减少用水量，提高和易性，缓解、抑制碱集料反应。如掺硅灰，粉煤灰、高炉矿碴和沸石粉。
2.4.5施工中合理选用混凝土级配，降低骨料含泥量，在保证和易性的前提下，尽量降低水灰比。
2.4.6运营养护中要尽量隔绝水和潮湿空气来源。
参考文献：
1、 中国铁道出版社出版 2010年《铁路桥隧建筑物修理规则》
2、 TB/T 3054-2002《铁路混凝土工程预防碱-骨料反应技术条件》
3、 TB 10005-2010《铁路混凝土结构耐久性设计规范》