温带地区环境对混凝土梁桥的退化机理研究

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本文针对北京高速公路混凝土桥梁耐久性病害问题,采用实验研究方法,研究北京地区(温带地区)环境因素变化(温度、降雨(雪)、氯离子侵蚀)对混凝土桥梁耐久性的影响,模拟桥梁服役期内冻融循环、氯离子侵蚀和钢筋锈蚀、混凝土胀裂的退化机理与规律。依据混凝土桥梁耐久性退化规律,确定桥梁采取最佳维修养护时机与养护策略。取得以下主要研究成果:(1)北京地区(京平高速,京哈高速(北京段))桥梁病害以耐久性病害为主,表现为:混凝土表面水渍泛碱、蜂窝麻面、剥落、钢筋锈蚀、钢筋锈蚀引起的混凝土胀裂。主要影响因素为:温度、降雨(雪)量、离子浓度等气候环境因素。在调查、统计、分析北京地区环境因素变化规律的基础上,采用当量冻融循环计算方法,确定了年平均冻融循环次数为2次。(2)混凝土试件经过冻融循环与氯离子侵蚀耦合作用其表观劣化表现为:耦合作用1~10次(服役期1~5年)范围内,部分试件表面出现斑点状的混凝土剥落情况,在剥落部位处会有肉眼可见的局部水渍侵蚀现象,未形成蜂窝麻面。耦合作用10~25次(服役期5~13年)范围内,试件表面的斑点状剥落逐渐发展成层片状的剥落形态,部分试件可见内部粗骨料,裂缝扩展明显。耦合作用25~50次(服役期13~25年)范围内,混凝土试件表面出现严重蜂窝麻面、部落,内部粗细骨料的外露,裂缝长度、宽度发展迅速。(3)混凝土试件经过冻融循环与氯离子侵蚀耦合作用其裂缝表现为:耦合作用4~8次(服役期2-4年),裂缝扩展程度变化较小,裂缝宽度平均每年增加1~3%。耦合作用20~50次(服役期10~25年),裂缝宽度每年均以>3%的速度增长。特别是服役期11~13年裂缝宽度大幅增加,扩展速率急剧增长,达到3.2~3.4%。(4)混凝土试件经过冻融循环与氯离子侵蚀耦合作用后,钢筋锈蚀速率普遍达到50%锈蚀程度。50次冻融循环后钢筋锈蚀速率最高,大于50次冻融循环后钢筋锈蚀速率呈明显增大。(5)经过冻融循环与氯离子侵蚀耦合作用,混凝土抗压强度值以每年0.34~0.42%的速率下降,25年后的抗压强度值下降了5~7%。以此退化速率发展,其抗压强度在未达到使用年限时桥梁承载能力已严重不足。因此,在桥梁服役期内,根据混凝土桥梁劣化现象与程度,选择适当时间节点制定桥梁维护策略,开展桥梁耐久性损伤的维护,可有效保持桥梁技术状态,保证桥梁运营安全,延长桥梁使用寿命。
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