【水淬渣橋梁的病害特征探析5500字（論文）】

水淬渣橋梁的病害特征分析目錄摘要 1一、水淬渣概述 4（1）水淬渣定義 4（2）水淬渣在道路工程中的應(yīng)用理論 4二、水淬渣橋梁的病害表現(xiàn) 4（1）水淬渣的分層剝離與主梁鋼筋露筋銹蝕 4（2）主梁豎向裂縫 5（3）主梁水平裂縫 5（4）水淬渣發(fā)酥 5（5）主梁支點(diǎn)斜裂縫 6三、病害產(chǎn)生的原因分析 6（1）水淬渣的碳化導(dǎo)致鋼筋銹蝕與保護(hù)層剝離 6（2）預(yù)應(yīng)力損失引起板梁梁底裂縫 7（3）抗主拉應(yīng)力強(qiáng)度不足引起端部斜裂縫 8（4）水淬渣的活性導(dǎo)致起酥 8四、銅渣在建筑工程中的應(yīng)用注意事項(xiàng) 9（1）材料管理 9（2）銅渣代砂的使用注意事項(xiàng) 9總結(jié) 10參考文獻(xiàn)： 10

隨著社會的不斷發(fā)展，人們的生活水平在不斷上升，建筑業(yè)也在蓬勃地發(fā)展，但是隨之而來的問題就是在建筑工程中廣泛使用的砂的減少。因此，迫切需要找到一種新型的原料來代替砂在混凝土中的重要地位。用工業(yè)廢渣代替砂在工程建設(shè)中的應(yīng)用成為一種趨勢，這不僅可以使工業(yè)廢渣得到很好的再次利用，從而也使環(huán)境得到了更好地保護(hù)，并且也取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。橋梁中應(yīng)用的是濕碾水渣混凝土——是將潮濕狀態(tài)的水渣摻加一定量的激發(fā)劑,置于輪碾機(jī)中碾磨而成的一種混合料,通過輪碾機(jī)的破碎、摩擦、擠壓及拌和等機(jī)械作用,形成具有一定級配的密致的膠凝材料。水淬渣主要用于上部結(jié)構(gòu),因此,這里所說的水淬渣橋梁均指上部結(jié)構(gòu)為水淬渣梁的橋梁,這里敘述的橋梁病害特征是指水淬渣橋梁。一、水淬渣概述（1）水淬渣定義粒料高爐礦渣是在高爐中熔煉生鐵時所產(chǎn)生的浮在鐵水表面的熔融物,經(jīng)過水淬急冷處理,成為顆粒狀態(tài),質(zhì)地疏松多孔。也叫水淬渣。（2）水淬渣在道路工程中的應(yīng)用理論水淬渣活性的大小,除取決于化學(xué)成份外,還取決于結(jié)構(gòu)形態(tài)。經(jīng)過急冷處理后的粒狀礦渣來不及形成結(jié)晶,處于不穩(wěn)定狀態(tài)。它儲有大量的化學(xué)內(nèi)能,遇水和堿性物質(zhì)(如石灰、水泥等)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣,表現(xiàn)出較強(qiáng)的水硬性。水淬渣中含有大量的活性氧化硅和活性氧化鋁,遇水和堿性的物質(zhì)Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,即水泥的主要水化產(chǎn)物。因此可利用水泥或石灰水化的另一產(chǎn)物——Ca(OH)2作堿性激發(fā)劑,與水淬渣中的活性氧化物進(jìn)一步水化,從而減少水泥或石灰用量,提高其混合料的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性,降低工程造價。二、水淬渣橋梁的病害表現(xiàn)（1）水淬渣的分層剝離與主梁鋼筋露筋銹蝕對所調(diào)查的水淬渣混凝土橋梁,無一例外地都發(fā)現(xiàn)水淬渣的分層剝離與主梁鋼筋露筋銹蝕現(xiàn)象。水淬渣的分層剝離是由于鋼筋銹蝕,兩者密切相關(guān),由于鋼銹蝕后產(chǎn)生鐵銹的體積約為鋼體積的2.5倍,因此包裹在鋼筋外面的保護(hù)層由于鋼筋體積(鋼筋+銹的體積)的膨脹而開裂。圖1、圖2分別為工字梁、空心板露筋情況。圖1工字梁露筋與水淬渣分層圖2空心板梁梁底露筋從現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)無論是工字梁還是空心板梁,橋梁兩側(cè)邊梁露筋現(xiàn)象都比較嚴(yán)重,不僅側(cè)面露筋,而且梁底也露筋。有的縱向鋼筋已經(jīng)銹斷,嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的安全性能。從照片中可以看出不僅箍筋外露銹蝕,而且縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋也外露銹蝕,經(jīng)測試梁底主筋銹蝕面積最嚴(yán)重的已達(dá)30%～40%。由于鋼筋保護(hù)層的剝落,預(yù)應(yīng)力筋銹蝕,這樣預(yù)應(yīng)力筋將失去與水淬渣的握固,這對預(yù)應(yīng)力梁來講,意味著這根預(yù)應(yīng)力筋失效,或者預(yù)應(yīng)力筋成為無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋,從而影響主梁的承載能力,造成主梁的承載能力下降和破壞形式的改變。若預(yù)應(yīng)力筋的永存應(yīng)力不變,由于預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕,預(yù)應(yīng)力筋的實(shí)際面積縮小,預(yù)應(yīng)力筋內(nèi)的應(yīng)力將增加,導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋崩斷。（2）主梁豎向裂縫根據(jù)對6座主梁為工字梁的水淬渣橋的調(diào)查發(fā)現(xiàn),主梁的豎向裂縫主要發(fā)生在工字梁的上翼緣,裂縫由上緣向下沿腹板發(fā)展,見圖3。裂縫間距大部分在20cm左右,大部分梁的裂縫主要分布在1/4～3/4跨范圍,也有幾座橋幾乎全跨分布,裂縫寬度大部分在0.15mm左右,個別裂縫寬度達(dá)0.32mm。由于梁高不同,裂縫的長度也差別較大,最長的裂縫已達(dá)腹板與下緣翼板的交界處。這些裂縫的產(chǎn)生主要是由于預(yù)制工字梁是預(yù)應(yīng)力構(gòu)件,梁底預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的預(yù)彎矩使得預(yù)制梁的上緣受拉,產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了水淬渣的抗拉強(qiáng)度。圖3梁上緣豎向裂縫對3座主梁為空心板梁的水淬渣橋的調(diào)查發(fā)現(xiàn),主梁的底面有貫穿梁底的裂縫,梁底有漏水,說明裂縫深度已貫穿底板。最大裂縫寬度達(dá)0.26mm,已超出規(guī)范規(guī)定的極限寬度。對預(yù)應(yīng)力梁,按規(guī)范是不能出現(xiàn)裂縫的,這些主梁梁底出現(xiàn)裂縫,說明空心板梁的預(yù)應(yīng)力嚴(yán)重不足,這會導(dǎo)致板梁工作狀態(tài)的改變與耐久性的下降。（3）主梁水平裂縫水平裂縫主要發(fā)生在工字梁腹板與上緣的交界處。水平裂縫長度110～560cm不等,裂縫寬度在0.09～1.25mm不等,大部分梁上緣水平裂縫分布在1/4～3/4跨范圍之內(nèi)。水平裂縫產(chǎn)生的原因主要是由于收縮引起。（4）水淬渣發(fā)酥這次調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多主梁的水淬渣有起酥現(xiàn)象,所謂起酥就是水淬渣變成粉末狀,用手指可以摳下來,嚴(yán)重的只要用手抹一下水淬渣就掉下來。起酥現(xiàn)象在橋梁的兩側(cè)邊梁特別嚴(yán)重,這與兩側(cè)邊梁所處的環(huán)境比較惡劣有關(guān)。（5）主梁支點(diǎn)斜裂縫斜裂縫主要發(fā)生在工字梁梁端。端部斜裂縫自腹板與下翼緣的交界處沿跨徑方向斜向向上延伸到工字梁上緣,約呈40°～60°角。斜裂縫寬度約為0.10～0.20mm,斜裂縫的間距10～35cm左右。很明顯斜裂縫的產(chǎn)生是主梁抗主拉應(yīng)力強(qiáng)度不足引起的。三、病害產(chǎn)生的原因分析（1）水淬渣的碳化導(dǎo)致鋼筋銹蝕與保護(hù)層剝離引起鋼筋銹蝕的一個主要原因是水淬渣的碳化。通常情況下由于混凝土中的水泥呈弱堿性,在鋼筋表面形成具有防銹作用的“鈍化膜”,即所謂對鋼筋的“堿性保護(hù)”,隨著橋梁使用年代的增加,由于混凝土存在毛細(xì)孔和微孔隙,空氣中的CO2和水分由毛細(xì)孔和微孔隙滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部與混凝土中的堿性成份發(fā)生化學(xué)反應(yīng),混凝土逐漸失去堿性成份。這個過程稱為混凝土的碳化。一旦碳化深度達(dá)到或超過鋼筋的保護(hù)層厚度,鋼筋表面就不能形成“鈍化膜”,混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用,當(dāng)外界的水分和腐蝕性物質(zhì)通過混凝土的毛細(xì)孔和微孔隙滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部到達(dá)鋼筋表面時,與鋼筋的主要成份鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成鐵銹,表現(xiàn)出來就是鋼筋銹蝕。同樣,水淬渣橋梁也存在碳化,而且碳化也是發(fā)生鋼筋銹蝕與分層剝離的主要原因。因此,碳化是影響橋梁耐久性的重要因素。為了研究水淬渣橋梁碳化嚴(yán)重的原因,對南匯區(qū)其中6座水淬渣橋梁進(jìn)行鉆心取樣,每座橋梁分別對邊梁和中梁進(jìn)行取樣,取樣位置在工字梁的腹板處。對所取芯樣進(jìn)行碳化深度測定,邊梁和中梁碳化深度見表1。從平均碳化深度可以看出六灶港橋的碳化深度最大達(dá)47.5mm。從橋梁碳化深度與使用年份的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行比較,看來兩者的關(guān)系不是非常直接。從總體情況分析,邊梁的碳化深度比中梁大,這與邊梁直接承受風(fēng)吹雨淋等惡劣氣候有關(guān)。水淬渣橋梁的碳化嚴(yán)重與水淬渣的抗?jié)B性能較差有密切關(guān)系,為了證明這一點(diǎn),我們對所取的芯樣進(jìn)行氯離子擴(kuò)散測定,對每個樣本分兩邊和當(dāng)中3段進(jìn)行測定,6組樣本的電量法氯離子擴(kuò)散測定結(jié)果見表2。電量越大說明混凝土的抗?jié)B性能越差,從測定的結(jié)果可以看出,六灶港橋、團(tuán)東港橋、內(nèi)港河橋等橋的抗?jié)B性能較差,碳化深度的測定結(jié)果也說明這一點(diǎn)。同時,可以發(fā)現(xiàn),同一芯樣中段的抗?jié)B性能比兩側(cè)的好。若認(rèn)為中段與兩側(cè)水淬渣混凝土的抗?jié)B性能在建造時是一樣的,那么,可以認(rèn)為水淬渣混凝土的碳化使得混凝土的抗?jié)B性能變差,抗?jié)B性能的變差又加速水淬渣混凝土的碳化。表1邊梁和中梁碳化深度(mm)表2電量法氯離子擴(kuò)散測定結(jié)果影響碳化深度的因素有多種,抗?jié)B性能僅僅是一個方面,其它如大氣成份、空氣濕度、溫度等都有關(guān)系。另外,這些橋梁的上部構(gòu)造不當(dāng)也加重了邊梁的碳化,由于橋面沒有設(shè)置泄水管和滴水沿,橋面雨水直接流向梁的側(cè)面,兩側(cè)邊梁直接遭受雨水的侵害,加劇了邊梁病害的發(fā)生。（2）預(yù)應(yīng)力損失引起板梁梁底裂縫對水淬渣空心板梁底面貫穿的橫向裂縫,是板梁受彎引起的,對全預(yù)應(yīng)力梁是不應(yīng)該出現(xiàn)裂縫的。裂縫的出現(xiàn)說明空心板梁的預(yù)應(yīng)力度不足,這直接導(dǎo)致板梁工作狀態(tài)的改變與耐久性的下降?？招陌辶侯A(yù)應(yīng)力不足與水淬渣的材料特性有關(guān),水淬渣的收縮與徐變比普通混凝土大,圖4為水淬渣混凝土與普通混凝土的徐變系數(shù)隨齡期增長的曲線圖。其中普通混凝土徐變系數(shù)的計算方法按現(xiàn)行《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》的公式,構(gòu)件的尺寸與水淬渣混凝土的試件相同,養(yǎng)護(hù)條件及加載齡期也一樣。從實(shí)測的結(jié)果與理論計算的比較可以發(fā)現(xiàn),水淬渣混凝土的徐變系數(shù)比我們現(xiàn)在所用的普通混凝土徐變系數(shù)大。圖4水淬渣混凝土與普通混凝土徐變系數(shù)曲線由此而引起的預(yù)應(yīng)力損失約為控制張拉應(yīng)力的19%左右。比相同截面尺寸的普通混凝土預(yù)應(yīng)力梁由收縮徐變所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失大約28%。由此而引起的問題是,若水淬渣混凝土預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)按普通混凝土預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計,會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失估計不足,使得結(jié)構(gòu)的實(shí)際預(yù)應(yīng)力度比設(shè)計的小,或者說理論上是全預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)而實(shí)際上可能是部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),這一點(diǎn)在許多水淬渣混凝土預(yù)應(yīng)力梁所發(fā)現(xiàn)的橫向裂縫中得到了印證。（3）抗主拉應(yīng)力強(qiáng)度不足引起端部斜裂縫工字梁梁端斜裂縫很明顯是抗主拉應(yīng)力強(qiáng)度不足引起的。這與工字梁的設(shè)計不合理有關(guān),查閱了有關(guān)的設(shè)計圖,發(fā)現(xiàn)在梁的端部既沒有彎起的預(yù)應(yīng)力筋,也沒有彎起的普通鋼筋,預(yù)應(yīng)力筋提供的縱向壓應(yīng)力,由于預(yù)應(yīng)力損失較大在端部可以忽略不計,而在腹板處只有箍筋和2根縱向鋼筋,主拉應(yīng)力的承擔(dān)全依賴數(shù)量不多的非預(yù)應(yīng)力筋和水淬渣來承擔(dān)。加上工字梁與橋面是組合結(jié)構(gòu),當(dāng)與橋面結(jié)合不好時就成了疊合結(jié)構(gòu),降低了梁的抗剪性能。這樣工字梁在端部出現(xiàn)較多的斜裂縫也就不足為奇了。（4）水淬渣的活性導(dǎo)致起酥水渣和激發(fā)劑通過輪碾機(jī)的破碎、摩擦、擠壓及拌和等機(jī)械作用,比表面積大大增加,水渣表面活化膜不斷剝落,并生成新的活化膜,增加了膠凝物質(zhì);同時顆粒級配得到改善,在激發(fā)劑與水的作用下,水渣的活性得以充分發(fā)揮,形成具有一定級配的密致的膠凝材料。一旦包裹在水淬渣顆粒表面的活化膜遭到破壞就失去膠凝作用,這就使得原來的膠凝狀態(tài)變?yōu)殡x散狀態(tài),即水淬渣的起酥現(xiàn)象,由于橋梁邊梁遭受的環(huán)境比較惡劣,所以邊梁起酥現(xiàn)象也比較嚴(yán)重。四、銅渣在建筑工程中的應(yīng)用注意事項(xiàng)（1）材料管理1)水淬渣被運(yùn)入到施工場地之后，必須進(jìn)行見證取樣，當(dāng)運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過檢驗(yàn)合格之后，就可以投入使用中。2)在對內(nèi)外墻進(jìn)行抹灰的過程中，所使用的砂子、水泥的質(zhì)量必須保證其合格性，并反復(fù)送入到相關(guān)的檢測部門進(jìn)行及時的檢測，當(dāng)檢測的結(jié)果符合抹灰砂漿施工要求之后，方可進(jìn)行使用。3)水淬渣與砂在使用過程中的配比要經(jīng)過準(zhǔn)確地計算，并根據(jù)當(dāng)時施工過程中的抹灰工作量進(jìn)行水淬渣與砂之間的調(diào)配。4)在雨季進(jìn)行施工的時候，要提前準(zhǔn)備好所需要的材料，并及時過篩備用。（2）銅渣代砂的使用注意事項(xiàng)銅渣代砂混凝土在使用的過程中，要適當(dāng)?shù)匮娱L攪拌的時間，這樣做是為了更好地改善銅渣代砂混凝土的和易性，從而也是為了提高保水性以及粘聚性。在銅渣代砂進(jìn)行振搗的過程中，要適當(dāng)?shù)乜s短振搗的時間，一般就是縮短為普通水泥的1/3，以防銅渣代砂混凝土的泌水離析。銅渣砂漿在保水性方面是一種比較差的材料，因此，在使用的過程中就要求砌筑的浸水程度要比普通砂的浸水程度要大，以防在使用的過程中砂漿水分流失太嚴(yán)重，從而在一定程度上影響砂漿的使用強(qiáng)度。銅渣砂漿在使用之后要注意其養(yǎng)護(hù)，否則在使用的過程中隨著強(qiáng)度的增大幅度變化會較大。銅渣的吸水率是比較低的，水泥漿的黏稠度比較大的時候，銅渣代砂表面就不容易掛住漿，容易呈現(xiàn)出高度泌水的現(xiàn)象，漿液就會在銅渣代砂的表面迅速流逝，會發(fā)生輕微幅度的坍塌，不能進(jìn)行施工。因此，在施工的過程中水泥漿的稠度要調(diào)配合適，使銅渣的表面殘存一部分的漿體，從而起到一定程度的潤滑作用?？偨Y(jié)銅渣是工業(yè)上使用范圍最廣的一種廢渣，銅渣砂漿主要是在建筑工程上使用，銅渣砂漿的使用不僅可以解決砂源不充足的問題，并且在某些程度上也比河砂的性能要高，在使用的過程中其經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。但水淬渣橋梁會產(chǎn)生病害，這些病害很大程度上是由其內(nèi)在因素所致。通過上述分析,水淬渣橋梁的病害特征可以歸納為以下幾點(diǎn):(1)水淬渣橋梁的碳化程度相當(dāng)嚴(yán)重,碳化深度最深達(dá)50mm,所有橋梁的碳化深度均超過主筋保護(hù)層,嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的耐久性。(2)水淬渣混凝土的抗?jié)B性能差是水淬渣碳化嚴(yán)重的一個主要原因。(3)主梁的預(yù)應(yīng)力筋銹蝕相當(dāng)嚴(yán)重,尤其是橋梁兩側(cè)的邊梁更加嚴(yán)重,水淬渣混凝土的碳化是導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋銹蝕的直接原因。預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕意味著主梁預(yù)應(yīng)力的喪失,這會導(dǎo)致主梁承載能力的嚴(yán)重下降甚至完全喪失,從而發(fā)生突然塌橋事故。(4)構(gòu)造設(shè)計的缺陷也加重了橋梁病害的發(fā)展。通過上述分析,根據(jù)水淬渣橋梁目前的使用狀況,為了避免橋梁安全事故的發(fā)生,應(yīng)加強(qiáng)日常巡查,并根據(jù)病害的輕重緩急著手安排改造或新建計劃。對內(nèi)梁尚無重大損壞而僅僅邊梁損壞嚴(yán)重的橋梁可更換邊梁,若邊梁僅有局部損壞,則進(jìn)行修補(bǔ)養(yǎng)護(hù)可繼續(xù)使用。參考文獻(xiàn)：[1]付忠田,莊曉虹.高爐礦渣在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2013,02:23-25.[2]李曉峰.?；郀t礦渣粉在混凝土中的應(yīng)用[J].山西建筑,2014,10:99-100.[3]張愛軍.粒化高爐礦渣粉在高性能混凝土中的應(yīng)用[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2013,03:23-25.[4]王成啟,胡力平,時蓓玲.?；郀t礦渣粉在海工高性能混凝土中的應(yīng)用研究[J].粉煤灰綜合利用,2014,05:6-8.[5]蘭文德.高爐氯化礦渣作為復(fù)合細(xì)骨料在離心混凝土中的應(yīng)用[J].混凝土世界,2015,03:76-78.[6]馮