滨海地区钢筋混凝土桥梁耐久性研究

滨海地区钢筋混凝土桥梁耐久性研究

0城市滨水景观中的公路、公路建设和城市环境分析未来的15年内，天津将重点加强港口、机场和内河运输的建设，重点建设海洋和空中两个港口，加强铁路和公路建设，建设区域一体化的现代交通网络。规划建设大量道路和桥梁。沿海地区的区域环境、气候和区域经济定位对混凝土桥梁的耐用性提出了质疑。调查现有桥梁的不足，分析病因，为桥梁结构的耐用性设计提供依据，具有重要意义。为此,进行了滨海地区桥梁调查工作。1分析了沿海地区混凝土桥梁的负面影响根据调研、分析,滨海地区的桥梁劣化模式如下所述。1.1混凝土的膨胀由于毛细作用,混凝土孔隙中充满了液体,当水位及环境温度变化时,液相中的盐份析出,在一定温度和湿度下转化为体积膨胀的结晶水化物,使混凝土结构胀裂,进而导致钢筋锈蚀,体积膨胀,加重了混凝土的开裂,造成恶性循环,这种病害主要发生在桥墩的地表吸附区(见图1)。1.2反复冻融法凝土增长过快水在负温下发生相变,转化成冰,体积膨胀9%左右。当混凝土处于饱水状态,因温度的降低,毛细孔中的水结成冰,对周围造成挤压,反复的结冰、融化,长此以往,混凝土结构疏松,失去强度,桥梁阳面法经反复冻融后的劣化情形见图2。1.3混凝土的膨胀破坏调查发现,使用10～20a左右的桥梁,除冰盐对钢筋混凝土桥梁结构的钢筋产生严重的腐蚀;使用不到10a的桥梁,在氯离子影响范围,钢筋也处于锈蚀状态。由于滨海地区冬季气候非常干燥,使用除冰盐后,盐水很容易进入结构混凝土,在干湿条件下,高浓度化冰盐能产生足够高的盐结晶压和渗透压,造成混凝土膨胀破坏。由此引起的盐冻剥蚀危害比水冻剥蚀更为严重。盐冻融引起的腐蚀见图3。1.4钢筋腐蚀形成恶果当存在混凝土保护层偏薄、有裂缝、抗掺性能差、氯盐侵入等原因,钢筋与渗入的水份、无机盐、氧气等反应引起钢筋锈蚀,锈后体积膨胀,使混凝土开裂并与钢筋剥离。甚至引起混凝土大面积疏松、脱离。混凝土破坏又进一步加剧钢筋的锈蚀,形成恶性循环。碳化、氯离子引起的钢筋锈蚀见图4、图5。1.5结构混凝土开裂钢筋混凝土桥梁结构中,不可避免地由于温度应力、收缩徐变、荷载作用、地基不均匀沉降等原因造成结构混凝土开裂,开裂部位受到渗漏水等的侵蚀,引起裂缝迅速开展。并向结构内部延伸,直接侵蚀钢筋。钢筋的锈蚀又加剧了混凝土裂缝开展,导致混凝土大面积松散以致脱落(见图6)。1.6膨胀开裂生反应导致混凝土膨胀开裂碱—骨科反应是指骨料中活性组分与混凝土中的碱发生反应并导致混凝土膨胀开裂。碱骨料反应主要分为两类:碱一硅酸反应和碱一碳酸盐反应,京津地区骨料多具有一定碱活性,这类破坏时有发生(见图7)。1.7桥梁破坏原因分析当存在多个因素造成混凝土破坏,而且主次不明显,或者这些因素间存在明显的协同效应,造成的混凝土耐久性急剧下降,称为综合破坏模式。一般说来,单一因素造成的破坏较少,以多种因素造成的综合破坏为多。分析以上桥梁破坏模式,初步得出如下结论:(1)水冻融和盐冻是引起某些钢筋混凝土桥梁破坏的主要因素。(2)钢筋锈蚀引起的混凝土破坏也很严重。钢筋保护层较薄、各种因素造成混凝土开裂、流水侵蚀和Cl离子腐蚀是钢筋锈蚀的主要原因。(3)混凝土选材、配合比和施工自身存在的质量问题,是一些早期修建的立交桥耐久性不良的一个主要原因。而最基本的,桥梁防水的失效或根本就没有防水措施,是所有病害发生的直接诱因。2强基固本防水防护手段在设计之初进行耐久性考虑,可取得事半功倍的效果。从材料上要提高混凝土的密实性,加大保护层厚度,进行专门的桥梁防水设计,在工作环境恶劣部位增加强化防腐措施是必要的手段,但对于具体部位,还要做针对性的研究。2.1化学腐蚀对离子的影响该类结构主要面临的腐蚀是地下水中硫酸根离子、镁离子、氯离子的化学腐蚀,主要通过提高混凝土的密实性来解决,提高混凝土的密实性主要通过使用高效减水剂,掺加矿粉、粉煤灰等活性粉末,另外,掺加引气剂也是提高抗腐蚀的重要手段。2.2地表周边的墩台受冻害的破坏滨海地区地下水位较浅,部分地区的地下水位还会随着潮汐的变化而有规律的波动,在迁移的过程中发生结晶,同时地表附近的墩台还会受到冻害的破坏。因此对于提高该类结构耐久性的主要对策是:适当的提高混凝土的密实性,合理地使用引气成分,视情况可以考虑掺入混凝土防腐剂,同时,在地表以下600mm和地面以上1500mm范围内应进行硅烷乳液浸渍处理,可有效降低混凝土毛细孔壁的表面张力,阻止水沿毛细孔上升。2.3离子破坏模式桥梁上部结构的钢筋混凝土梁体受到的腐蚀基本来源于两个方面。一方面,潮湿海风携带氯离子形成的氯离子破坏模式;另一方面,化冰盐水的渗漏以及被盐水湿润后的盐冻破坏模式。针对上述原因,一方面,通过提高混凝土的密实性以及表层混凝土的质量,抵抗空气中氯离子的侵入;另一方面,适当的引入引气组分可为抵抗盐水渗漏后可能形成的盐冻做好准备。在伸缩缝下部的墩柱、盖梁,应作硅烷乳液防水处理。2.4柏拉图的处理防撞墙直接承受化冰盐水的溅射,盐冻破坏和盐结晶腐蚀非常严重,同时,二氧化碳、二氧化硫的浓度要远高于大气,容易诱发混凝土的碳化,设计中应考虑使用阻锈剂,表面进行硅烷浸渍处理。2.5卷材与涂料的搭配桥面防水的重点在于合理的选材和适当的施工工艺,防水材料不外两大类,即卷材、涂料。材料选用一定要结合桥梁的受力变形特点,并综合考虑当地的气候、施工管理水平与经济发展水平。应合理使用卷材与涂料的搭配,如结构细部存在阴阳角用涂料类合适,而桥面出现负弯矩则用卷材更为合理。细部防水设计常常被忽略,而这正是许多桥梁耐久性不足的主要诱因,如伸缩缝、落水管等部位,必须从材料与施工工艺角度进行重点研究。3混凝土桥梁结构维护技术施工应注意的