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摘要:钢筋混凝土桥梁在使用过程中受到各种内部和外部因素的影响,会产生很多病害,对钢筋混凝土桥梁的使用寿命产生很大的影响。笔者分析了钢筋混凝土桥梁的常见病害,并提出了防治措施,讨论了加固及修复措施,对桥梁养护和加固具有一定的参考作用。
关键词:钢筋混凝土;病害;处理;措施中图分类号:TU 文献标识码:A 文章编号:(2020)-08-345
近年来,我国对于桥梁工程等基础设施的建设越来越重视,钢筋混凝土桥梁的数量越来越多。由于受到设计、施工、维护等因素的影响,导致了桥梁工程经常存在相关的病害。这不仅会带来巨大的经济损失,同时也威胁到使用人员的生命与财产安全。因而,现阶段进行钢筋混凝土桥梁病害防治有着重要的意义。
1钢筋混凝土桥梁常见病害及其成因
1.1混凝土问题
1.1.1混凝土开裂。混凝土开裂是钢筋混凝土桥梁最常见的一种病害,且开裂程度不同,开裂的形式类型较多,不同类型的裂缝,对桥梁的破坏不同,对桥梁结构耐久性和安全性的影响也不同。钢筋混凝土桥梁的裂缝主要有以下几种形式:1)荷载裂缝。钢筋混凝土桥梁在静荷载和动荷载的作用下,其结构出现的开裂为荷载裂缝。2)收缩裂缝。在钢筋混凝土桥梁施工过程中,由于混凝土的体积收缩产生的开裂。水泥品种、水泥标号和用量、外加剂和养护方法等都会引起收缩裂缝。3)基础不均匀沉降引起的裂缝。由于钢筋混凝土桥梁的基础出现不均匀沉降和横向位移,在混凝土结构中产生附加应力,使混凝土结构出现开裂。通常,对地基的勘查设计不足、结构荷载和地基地质差异大、地基冻胀、桥梁基础位于滑坡体上等等原因,导致基础出现横向位移和不均匀沉降。4)温缩裂缝。混凝土在温度变化后,在热胀冷缩的作用下会使体积发生变化,并在混凝土结构内部产生温缩应力,导致产生温缩裂缝。5)施工中的不当操作引起的裂缝。在施工过程中,由于施工工艺不合理、施工质量差等原因导致混凝土开裂。
1.1.2混凝土表面缺陷。在钢筋混凝土基本構件上,由于桥梁施工环境、施工质量和结构形式不同,会在构件表面产生很多缺陷,主要有蜂窝、麻面、露筋、表面裂缝等病害。随着桥梁使用年限的增加,桥梁的表面缺陷会不断恶化,导致混凝土剥落、钢筋锈蚀,对桥梁造成严重破坏。每一个混凝土表面缺陷都是由于不同的原因造成的,必须找出缺陷产生的根源,有针对性的进行防治。
1.2钢筋锈蚀
钢筋是桥梁的骨架结构,由于混凝土表面开裂渗水或钢筋保护层太薄或露筋等原因,都会导致混凝土内部的钢筋锈蚀。大多数结构都是由于混凝土表面开裂渗水导致的,桥梁防撞墙等附属结构的钢筋容易出现第二种情况的锈蚀。钢筋锈蚀,会使桥梁结构表面的混凝土开裂甚至成块脱落,导致钢筋锈蚀进一步恶化。因此,钢筋锈蚀对钢筋混凝土桥梁的破坏极大,且呈现不断恶化的趋势。
1.3桥面系损坏
桥面铺装结构直接承受车辆荷载和自然条件的侵蚀,容易使桥面出现各种损坏。桥面铺装层直接承受来自车辆的荷载作用,容易使沥青面层出现各种破损。另外,由于环境温度和气候条件造成的水破坏、温缩开裂等破坏,也是导致桥面损坏的主要原因。同时,由于施工中对桥面铺装层的厚度控制不足,导致局部过薄区域首先出现破坏。另外,桥面铺装层清理不干净,导致沥青面层与钢筋混凝土铺装层结合不良;防水层施工不合格等都是造成桥面系损坏的诱因。
2有效的防控措施
2.1 混凝土质量控制
2.1.1选用适当的补强混凝土或砂浆。和易性好,具有较好的弹性和低收缩率,使补强的混凝土不开裂;与既有混凝土构件要有较高的粘接力,以及相一致的线膨胀系数,满足结构要求的抗弯强度或抗拉强度。要有较高的密实度以及抗化学侵蚀的性能,满足抗渗、抗冻要求;位于侵蚀环境水中的桥墩,应采用防水混凝土和适当的混合掺料或添加剂等功能。
2.1.2提高混凝土的密实度。一般病害的发生是以水为载体,通过裂缝或孔道到达混凝土内部和钢筋位置,而且裂缝越大,侵蚀的速度就越快,实验表明,桥梁结构要达到百年的使用寿命,裂缝宽度必须控制在0.15mm以内。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。
2.1.3适当增加混凝土保护层的厚度。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。
2.2 钢筋质量控制
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。
2.3混凝土表面增设防护层。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。
3病害加固方法及修复措施 3.1碳纤维加固法
碳纤维近年来常见于混凝土结构的桥梁加固,加固方法基于混凝土的结构原理,即钢筋与混凝土之间良好的协调性,以及钢筋在弹性模量与抗拉强度上的优越性。粘贴碳纤维法就是指利用碳纤维的高强度与相近的弹性模量,将粘结树脂涂布到混凝土上,使碳纤维与混凝土结合,提高混凝土强度的方法。采用这一方法时,要注意以下步骤,首先,利用环氧树脂对具有表面缺陷的混凝土进行填补,同时对表面进行清洗和打磨,使其露出完全清洁和光滑的表面,保证碳纤维处理的有效性。其次,在碳纤维的涂布之前,应先使用环氧树脂涂料进行基层加工,这一方法是为了提高混凝土与树枝的粘合力,对于涂布后仍显现出的表面孔隙,要使用腻子处理并再次打磨,避免粘贴时表面接触不充分。碳纤维片的粘贴前后都要用粘结剂进行处理,且贴片效果受操作人员技术水平影响很大,因此需要在严格的技术标准下进行。碳纤维粘贴完成后,还需要一段时间的维护,需考虑温度、天气及人为因素的影响,保证其稳定性。此外,对修补后的区域还可进行其他性能处理,以满足加固的额外要求。
3.2粘鋼加固法
所谓的粘钢加固方法。就是在钢筋混凝土结构构件承载力不足的区段表面粘贴一定数目的钢板这种方法能够很好地保护原混凝土构件,施工工艺简单,现场工作量小,而且在方案设计及结构计算方面都非常之简单。但实施过程中,由于钢板重量过大,在操作上有所限制,固化剂在结硬以后,表现出很明显的脆性,粘結的耐久性难以保证。另外,钢板和胶体界面还存在一些潜在的锈蚀。
3.3抗渗混凝土的质量控制措施
对于混凝土方面,应该利用普通硅酸盐水泥或才粉煤灰硅酸盐水泥等,可以达到的强度不应该小于C35,熟料当中的铝酸三钙占比应该处在6~12%的区间,不可以应用立窑水泥和火山质硅酸盐水泥。对于骨料方面,应用坚固性能强的卵石和碎石材料,海沙不得用于混凝土的骨料当中,粗骨料最大的粒径不得超过混凝土保护层厚度的2/3。而对于搅拌所用到的水,应该利用市区内供水管网内的自来水,不可以用海水进行混合,水中的氯离子含量不可以大于200mg/L。而对于掺合料,最好应用粉煤灰或者硅灰等材料。外加剂中的氯离子成分占比不可以大于水泥重量的0.02%。
总之,为了延长钢筋混凝土桥梁使用寿命,必须对其病害进行定期检查,并制定维修和加固方案,及时进行修补,以恢复桥梁的使用性能。文章从钢筋混凝土桥梁常见病害的成因进行分析,提出了病害的防治措施,为桥梁日常维修与加固提供了一些参考经验。
参考文献
[1]董洪晶,周静南.钢筋混凝土桥梁病害成因分析及对策研究[J].嘉兴学院学报,2018,17(6):12-14.
[2]张莹莹,王人杰.钢筋混凝土桥梁常见病害及预防措施[J].山东工业技术,2017,34(2):132.
[3]张得文.钢筋混凝土旧桥常见病害产生原因及防治[J].兰州工业高等专科学校学报,2018,11(2):55-58.
(盐城市兴都市政工程建设有限公司 江苏盐城 224000)
关键词:钢筋混凝土;病害;处理;措施中图分类号:TU 文献标识码:A 文章编号:(2020)-08-345
近年来,我国对于桥梁工程等基础设施的建设越来越重视,钢筋混凝土桥梁的数量越来越多。由于受到设计、施工、维护等因素的影响,导致了桥梁工程经常存在相关的病害。这不仅会带来巨大的经济损失,同时也威胁到使用人员的生命与财产安全。因而,现阶段进行钢筋混凝土桥梁病害防治有着重要的意义。
1钢筋混凝土桥梁常见病害及其成因
1.1混凝土问题
1.1.1混凝土开裂。混凝土开裂是钢筋混凝土桥梁最常见的一种病害,且开裂程度不同,开裂的形式类型较多,不同类型的裂缝,对桥梁的破坏不同,对桥梁结构耐久性和安全性的影响也不同。钢筋混凝土桥梁的裂缝主要有以下几种形式:1)荷载裂缝。钢筋混凝土桥梁在静荷载和动荷载的作用下,其结构出现的开裂为荷载裂缝。2)收缩裂缝。在钢筋混凝土桥梁施工过程中,由于混凝土的体积收缩产生的开裂。水泥品种、水泥标号和用量、外加剂和养护方法等都会引起收缩裂缝。3)基础不均匀沉降引起的裂缝。由于钢筋混凝土桥梁的基础出现不均匀沉降和横向位移,在混凝土结构中产生附加应力,使混凝土结构出现开裂。通常,对地基的勘查设计不足、结构荷载和地基地质差异大、地基冻胀、桥梁基础位于滑坡体上等等原因,导致基础出现横向位移和不均匀沉降。4)温缩裂缝。混凝土在温度变化后,在热胀冷缩的作用下会使体积发生变化,并在混凝土结构内部产生温缩应力,导致产生温缩裂缝。5)施工中的不当操作引起的裂缝。在施工过程中,由于施工工艺不合理、施工质量差等原因导致混凝土开裂。
1.1.2混凝土表面缺陷。在钢筋混凝土基本構件上,由于桥梁施工环境、施工质量和结构形式不同,会在构件表面产生很多缺陷,主要有蜂窝、麻面、露筋、表面裂缝等病害。随着桥梁使用年限的增加,桥梁的表面缺陷会不断恶化,导致混凝土剥落、钢筋锈蚀,对桥梁造成严重破坏。每一个混凝土表面缺陷都是由于不同的原因造成的,必须找出缺陷产生的根源,有针对性的进行防治。
1.2钢筋锈蚀
钢筋是桥梁的骨架结构,由于混凝土表面开裂渗水或钢筋保护层太薄或露筋等原因,都会导致混凝土内部的钢筋锈蚀。大多数结构都是由于混凝土表面开裂渗水导致的,桥梁防撞墙等附属结构的钢筋容易出现第二种情况的锈蚀。钢筋锈蚀,会使桥梁结构表面的混凝土开裂甚至成块脱落,导致钢筋锈蚀进一步恶化。因此,钢筋锈蚀对钢筋混凝土桥梁的破坏极大,且呈现不断恶化的趋势。
1.3桥面系损坏
桥面铺装结构直接承受车辆荷载和自然条件的侵蚀,容易使桥面出现各种损坏。桥面铺装层直接承受来自车辆的荷载作用,容易使沥青面层出现各种破损。另外,由于环境温度和气候条件造成的水破坏、温缩开裂等破坏,也是导致桥面损坏的主要原因。同时,由于施工中对桥面铺装层的厚度控制不足,导致局部过薄区域首先出现破坏。另外,桥面铺装层清理不干净,导致沥青面层与钢筋混凝土铺装层结合不良;防水层施工不合格等都是造成桥面系损坏的诱因。
2有效的防控措施
2.1 混凝土质量控制
2.1.1选用适当的补强混凝土或砂浆。和易性好,具有较好的弹性和低收缩率,使补强的混凝土不开裂;与既有混凝土构件要有较高的粘接力,以及相一致的线膨胀系数,满足结构要求的抗弯强度或抗拉强度。要有较高的密实度以及抗化学侵蚀的性能,满足抗渗、抗冻要求;位于侵蚀环境水中的桥墩,应采用防水混凝土和适当的混合掺料或添加剂等功能。
2.1.2提高混凝土的密实度。一般病害的发生是以水为载体,通过裂缝或孔道到达混凝土内部和钢筋位置,而且裂缝越大,侵蚀的速度就越快,实验表明,桥梁结构要达到百年的使用寿命,裂缝宽度必须控制在0.15mm以内。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。
2.1.3适当增加混凝土保护层的厚度。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。
2.2 钢筋质量控制
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。
2.3混凝土表面增设防护层。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。
3病害加固方法及修复措施 3.1碳纤维加固法
碳纤维近年来常见于混凝土结构的桥梁加固,加固方法基于混凝土的结构原理,即钢筋与混凝土之间良好的协调性,以及钢筋在弹性模量与抗拉强度上的优越性。粘贴碳纤维法就是指利用碳纤维的高强度与相近的弹性模量,将粘结树脂涂布到混凝土上,使碳纤维与混凝土结合,提高混凝土强度的方法。采用这一方法时,要注意以下步骤,首先,利用环氧树脂对具有表面缺陷的混凝土进行填补,同时对表面进行清洗和打磨,使其露出完全清洁和光滑的表面,保证碳纤维处理的有效性。其次,在碳纤维的涂布之前,应先使用环氧树脂涂料进行基层加工,这一方法是为了提高混凝土与树枝的粘合力,对于涂布后仍显现出的表面孔隙,要使用腻子处理并再次打磨,避免粘贴时表面接触不充分。碳纤维片的粘贴前后都要用粘结剂进行处理,且贴片效果受操作人员技术水平影响很大,因此需要在严格的技术标准下进行。碳纤维粘贴完成后,还需要一段时间的维护,需考虑温度、天气及人为因素的影响,保证其稳定性。此外,对修补后的区域还可进行其他性能处理,以满足加固的额外要求。
3.2粘鋼加固法
所谓的粘钢加固方法。就是在钢筋混凝土结构构件承载力不足的区段表面粘贴一定数目的钢板这种方法能够很好地保护原混凝土构件,施工工艺简单,现场工作量小,而且在方案设计及结构计算方面都非常之简单。但实施过程中,由于钢板重量过大,在操作上有所限制,固化剂在结硬以后,表现出很明显的脆性,粘結的耐久性难以保证。另外,钢板和胶体界面还存在一些潜在的锈蚀。
3.3抗渗混凝土的质量控制措施
对于混凝土方面,应该利用普通硅酸盐水泥或才粉煤灰硅酸盐水泥等,可以达到的强度不应该小于C35,熟料当中的铝酸三钙占比应该处在6~12%的区间,不可以应用立窑水泥和火山质硅酸盐水泥。对于骨料方面,应用坚固性能强的卵石和碎石材料,海沙不得用于混凝土的骨料当中,粗骨料最大的粒径不得超过混凝土保护层厚度的2/3。而对于搅拌所用到的水,应该利用市区内供水管网内的自来水,不可以用海水进行混合,水中的氯离子含量不可以大于200mg/L。而对于掺合料,最好应用粉煤灰或者硅灰等材料。外加剂中的氯离子成分占比不可以大于水泥重量的0.02%。
总之,为了延长钢筋混凝土桥梁使用寿命,必须对其病害进行定期检查,并制定维修和加固方案,及时进行修补,以恢复桥梁的使用性能。文章从钢筋混凝土桥梁常见病害的成因进行分析,提出了病害的防治措施,为桥梁日常维修与加固提供了一些参考经验。
参考文献
[1]董洪晶,周静南.钢筋混凝土桥梁病害成因分析及对策研究[J].嘉兴学院学报,2018,17(6):12-14.
[2]张莹莹,王人杰.钢筋混凝土桥梁常见病害及预防措施[J].山东工业技术,2017,34(2):132.
[3]张得文.钢筋混凝土旧桥常见病害产生原因及防治[J].兰州工业高等专科学校学报,2018,11(2):55-58.
(盐城市兴都市政工程建设有限公司 江苏盐城 224000)