濱海地區(qū)鋼筋混凝土橋梁耐久性研究

濱海地區(qū)鋼筋混凝土橋梁耐久性研究

0城市濱水景觀中的公路、公路建設(shè)和城市環(huán)境分析未來的15年內(nèi)，天津?qū)⒅攸c(diǎn)加強(qiáng)港口、機(jī)場(chǎng)和內(nèi)河運(yùn)輸?shù)慕ㄔO(shè)，重點(diǎn)建設(shè)海洋和空中兩個(gè)港口，加強(qiáng)鐵路和公路建設(shè)，建設(shè)區(qū)域一體化的現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)。規(guī)劃建設(shè)大量道路和橋梁。沿海地區(qū)的區(qū)域環(huán)境、氣候和區(qū)域經(jīng)濟(jì)定位對(duì)混凝土橋梁的耐用性提出了質(zhì)疑。調(diào)查現(xiàn)有橋梁的不足，分析病因，為橋梁結(jié)構(gòu)的耐用性設(shè)計(jì)提供依據(jù)，具有重要意義。為此,進(jìn)行了濱海地區(qū)橋梁調(diào)查工作。1分析了沿海地區(qū)混凝土橋梁的負(fù)面影響根據(jù)調(diào)研、分析,濱海地區(qū)的橋梁劣化模式如下所述。1.1混凝土的膨脹由于毛細(xì)作用,混凝土孔隙中充滿了液體,當(dāng)水位及環(huán)境溫度變化時(shí),液相中的鹽份析出,在一定溫度和濕度下轉(zhuǎn)化為體積膨脹的結(jié)晶水化物,使混凝土結(jié)構(gòu)脹裂,進(jìn)而導(dǎo)致鋼筋銹蝕,體積膨脹,加重了混凝土的開裂,造成惡性循環(huán),這種病害主要發(fā)生在橋墩的地表吸附區(qū)(見圖1)。1.2反復(fù)凍融法凝土增長(zhǎng)過快水在負(fù)溫下發(fā)生相變,轉(zhuǎn)化成冰,體積膨脹9%左右。當(dāng)混凝土處于飽水狀態(tài),因溫度的降低,毛細(xì)孔中的水結(jié)成冰,對(duì)周圍造成擠壓,反復(fù)的結(jié)冰、融化,長(zhǎng)此以往,混凝土結(jié)構(gòu)疏松,失去強(qiáng)度,橋梁陽面法經(jīng)反復(fù)凍融后的劣化情形見圖2。1.3混凝土的膨脹破壞調(diào)查發(fā)現(xiàn),使用10～20a左右的橋梁,除冰鹽對(duì)鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的鋼筋產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕;使用不到10a的橋梁,在氯離子影響范圍,鋼筋也處于銹蝕狀態(tài)。由于濱海地區(qū)冬季氣候非常干燥,使用除冰鹽后,鹽水很容易進(jìn)入結(jié)構(gòu)混凝土,在干濕條件下,高濃度化冰鹽能產(chǎn)生足夠高的鹽結(jié)晶壓和滲透壓,造成混凝土膨脹破壞。由此引起的鹽凍剝蝕危害比水凍剝蝕更為嚴(yán)重。鹽凍融引起的腐蝕見圖3。1.4鋼筋腐蝕形成惡果當(dāng)存在混凝土保護(hù)層偏薄、有裂縫、抗摻性能差、氯鹽侵入等原因,鋼筋與滲入的水份、無機(jī)鹽、氧氣等反應(yīng)引起鋼筋銹蝕,銹后體積膨脹,使混凝土開裂并與鋼筋剝離。甚至引起混凝土大面積疏松、脫離?；炷疗茐挠诌M(jìn)一步加劇鋼筋的銹蝕,形成惡性循環(huán)。碳化、氯離子引起的鋼筋銹蝕見圖4、圖5。1.5結(jié)構(gòu)混凝土開裂鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中,不可避免地由于溫度應(yīng)力、收縮徐變、荷載作用、地基不均勻沉降等原因造成結(jié)構(gòu)混凝土開裂,開裂部位受到滲漏水等的侵蝕,引起裂縫迅速開展。并向結(jié)構(gòu)內(nèi)部延伸,直接侵蝕鋼筋。鋼筋的銹蝕又加劇了混凝土裂縫開展,導(dǎo)致混凝土大面積松散以致脫落(見圖6)。1.6膨脹開裂生反應(yīng)導(dǎo)致混凝土膨脹開裂堿—骨科反應(yīng)是指骨料中活性組分與混凝土中的堿發(fā)生反應(yīng)并導(dǎo)致混凝土膨脹開裂。堿骨料反應(yīng)主要分為兩類:堿一硅酸反應(yīng)和堿一碳酸鹽反應(yīng),京津地區(qū)骨料多具有一定堿活性,這類破壞時(shí)有發(fā)生(見圖7)。1.7橋梁破壞原因分析當(dāng)存在多個(gè)因素造成混凝土破壞,而且主次不明顯,或者這些因素間存在明顯的協(xié)同效應(yīng),造成的混凝土耐久性急劇下降,稱為綜合破壞模式。一般說來,單一因素造成的破壞較少,以多種因素造成的綜合破壞為多。分析以上橋梁破壞模式,初步得出如下結(jié)論:(1)水凍融和鹽凍是引起某些鋼筋混凝土橋梁破壞的主要因素。(2)鋼筋銹蝕引起的混凝土破壞也很嚴(yán)重。鋼筋保護(hù)層較薄、各種因素造成混凝土開裂、流水侵蝕和Cl離子腐蝕是鋼筋銹蝕的主要原因。(3)混凝土選材、配合比和施工自身存在的質(zhì)量問題,是一些早期修建的立交橋耐久性不良的一個(gè)主要原因。而最基本的,橋梁防水的失效或根本就沒有防水措施,是所有病害發(fā)生的直接誘因。2強(qiáng)基固本防水防護(hù)手段在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行耐久性考慮,可取得事半功倍的效果。從材料上要提高混凝土的密實(shí)性,加大保護(hù)層厚度,進(jìn)行專門的橋梁防水設(shè)計(jì),在工作環(huán)境惡劣部位增加強(qiáng)化防腐措施是必要的手段,但對(duì)于具體部位,還要做針對(duì)性的研究。2.1化學(xué)腐蝕對(duì)離子的影響該類結(jié)構(gòu)主要面臨的腐蝕是地下水中硫酸根離子、鎂離子、氯離子的化學(xué)腐蝕,主要通過提高混凝土的密實(shí)性來解決,提高混凝土的密實(shí)性主要通過使用高效減水劑,摻加礦粉、粉煤灰等活性粉末,另外,摻加引氣劑也是提高抗腐蝕的重要手段。2.2地表周邊的墩臺(tái)受凍害的破壞濱海地區(qū)地下水位較淺,部分地區(qū)的地下水位還會(huì)隨著潮汐的變化而有規(guī)律的波動(dòng),在遷移的過程中發(fā)生結(jié)晶,同時(shí)地表附近的墩臺(tái)還會(huì)受到凍害的破壞。因此對(duì)于提高該類結(jié)構(gòu)耐久性的主要對(duì)策是:適當(dāng)?shù)奶岣呋炷恋拿軐?shí)性,合理地使用引氣成分,視情況可以考慮摻入混凝土防腐劑,同時(shí),在地表以下600mm和地面以上1500mm范圍內(nèi)應(yīng)進(jìn)行硅烷乳液浸漬處理,可有效降低混凝土毛細(xì)孔壁的表面張力,阻止水沿毛細(xì)孔上升。2.3離子破壞模式橋梁上部結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土梁體受到的腐蝕基本來源于兩個(gè)方面。一方面,潮濕海風(fēng)攜帶氯離子形成的氯離子破壞模式;另一方面,化冰鹽水的滲漏以及被鹽水濕潤(rùn)后的鹽凍破壞模式。針對(duì)上述原因,一方面,通過提高混凝土的密實(shí)性以及表層混凝土的質(zhì)量,抵抗空氣中氯離子的侵入;另一方面,適當(dāng)?shù)囊胍龤饨M分可為抵抗鹽水滲漏后可能形成的鹽凍做好準(zhǔn)備。在伸縮縫下部的墩柱、蓋梁,應(yīng)作硅烷乳液防水處理。2.4柏拉圖的處理防撞墻直接承受化冰鹽水的濺射,鹽凍破壞和鹽結(jié)晶腐蝕非常嚴(yán)重,同時(shí),二氧化碳、二氧化硫的濃度要遠(yuǎn)高于大氣,容易誘發(fā)混凝土的碳化,設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮使用阻銹劑,表面進(jìn)行硅烷浸漬處理。2.5卷材與涂料的搭配橋面防水的重點(diǎn)在于合理的選材和適當(dāng)?shù)氖┕すに?防水材料不外兩大類,即卷材、涂料。材料選用一定要結(jié)合橋梁的受力變形特點(diǎn),并綜合考慮當(dāng)?shù)氐臍夂?、施工管理水平與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。應(yīng)合理使用卷材與涂料的搭配,如結(jié)構(gòu)細(xì)部存在陰陽角用涂料類合適,而橋面出現(xiàn)負(fù)彎矩則用卷材更為合理。細(xì)部防水設(shè)計(jì)常常被忽略,而這正是許多橋梁耐久性不足的主要誘因,如伸縮縫、落水管等部位,必須從材料與施工工藝角度進(jìn)行重點(diǎn)研究。3混凝土橋梁結(jié)構(gòu)維護(hù)技術(shù)施工應(yīng)注意的