【摘 要】在我國(guó)的東部沿海地區(qū)，由于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)發(fā)達(dá)，交通基礎(chǔ)設(shè)施也是最完備的，高速公路大多集中于此。因?yàn)樘幱谘睾５貐^(qū)，很多沿海高速公路橋梁都要經(jīng)受鹽凍腐蝕，產(chǎn)生的安全隱患較大，所以必須要做好混凝土的質(zhì)量監(jiān)測(cè)和處理工作。本文即選取某沿海高速公路橋梁為例，就其在鹽凍腐蝕條件下混凝土質(zhì)量檢測(cè)和處理技術(shù)方案進(jìn)行了研究，希望可以為相關(guān)單位提供一些技術(shù)參考。

【關(guān)鍵詞】高速公路橋梁；混凝土；質(zhì)量檢測(cè)

0.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷加強(qiáng)。在東部沿海地區(qū)，由于經(jīng)濟(jì)相對(duì)比較發(fā)達(dá)，所以基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)更為完備一些，在交通領(lǐng)域中，沿海的高速公路網(wǎng)是最發(fā)達(dá)的，從全中國(guó)的高速公路網(wǎng)絡(luò)來(lái)看，東部沿海地區(qū)占據(jù)了70%以上，由于所跨區(qū)域面積大，很多地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，有的要經(jīng)過(guò)山區(qū)，有的要跨過(guò)大海，各種立交橋、跨海大橋等的數(shù)量非常多。其中，跨海橋梁因?yàn)樗幍沫h(huán)境比較惡劣，需要經(jīng)受海水的腐蝕以及冰凍等惡劣條件，所以需要投入更多的力量用于維護(hù)。不加維護(hù)的話，一旦時(shí)間久了，安全隱患將會(huì)非常大，產(chǎn)生的后果將是非?？膳碌腫1]。那么如何確定沿海高速公路橋梁受鹽凍腐蝕程度呢，以及采用怎么的檢測(cè)和處理方法呢，本文就以某沿海高速公路大橋?yàn)槔龑?duì)該問(wèn)題進(jìn)行探討。

1.結(jié)構(gòu)混凝土耐久性要求

根據(jù)《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》、《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)及施工指南》、《橋梁結(jié)構(gòu)高耐久性混凝土設(shè)計(jì)及施工規(guī)程》、《公路工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范，結(jié)合國(guó)內(nèi)外關(guān)于混凝土預(yù)防性保護(hù)的最新研究進(jìn)展，并結(jié)合混凝土橋梁不同部位的工作環(huán)境進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)。橋梁不同部位的環(huán)境侵蝕作用等級(jí)及相應(yīng)的抗凍要求見(jiàn)表1和表2。

表1 混凝土抗氯離子侵蝕等級(jí)劃分[2]

表2 橋梁各部位環(huán)境作用等級(jí)劃分與混凝土抗凍要求[3]

2.工程概況

某沿海大橋始建于2000年，地處渤海，沿線地形平坦開(kāi)闊、低洼，以山前沖海積平原為主。橋梁結(jié)構(gòu)上部以現(xiàn)澆鋼筋混凝土連續(xù)箱梁和25m跨預(yù)應(yīng)力混凝土空心板為主，下部結(jié)構(gòu)為柱式墩，樁基礎(chǔ)。大橋自通車(chē)至今，為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

2011年5月，開(kāi)始發(fā)現(xiàn)橋梁工程中有腐蝕現(xiàn)象，主要集中在橋墩和部分梁板混凝土部分，表現(xiàn)為表面剝蝕，病害形態(tài)多呈魚(yú)鱗狀點(diǎn)蝕，剝蝕多發(fā)生在粗骨料表面。根據(jù)調(diào)查，目前已經(jīng)發(fā)生腐蝕的混凝土墩柱已達(dá)60個(gè)左右。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，墩柱、蓋梁和個(gè)別梁板均是在面向北偏東方向一側(cè)出現(xiàn)了不同程度的混凝土剝落和腐蝕，嚴(yán)重的(主要是靠近海邊)北偏東向的混凝土表面已面目全非，而遠(yuǎn)離海邊的橋墩北偏東向的混凝土表面僅有輕微剝蝕或有即將剝蝕現(xiàn)象。而除剝蝕面的其它位置，混凝土基本完好。

3.試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

通過(guò)對(duì)癥狀的判斷，認(rèn)為該橋梁是在海洋季風(fēng)作用下發(fā)生了沿海地區(qū)比較常見(jiàn)的鹽凍腐蝕情況。一般來(lái)講，混凝土早期受凍會(huì)使混凝土表面爆裂，強(qiáng)度損失嚴(yán)重，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性影響很大。處于寒冷潮濕環(huán)境的混凝土在凍融循環(huán)的反復(fù)作用下，將引起混凝土表層剝落和開(kāi)裂，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性危害很大[4]。渤海地處北方，冬季氣溫較低，在海水中除了鹽類(lèi)的腐蝕之外，還經(jīng)常會(huì)遭遇到冰凍，凍融破壞也是一種會(huì)對(duì)橋梁產(chǎn)生非常大損害的一種惡劣條件，相比與南方，北方的沿海大橋更容易發(fā)生安全隱患也就是這個(gè)原因。

3.1鹽凍破壞的主要特征

橋梁混凝土在遭受鹽凍破壞之后，有幾個(gè)典型特征，一是在沒(méi)有干擾的剝蝕表面或裂縫中可見(jiàn)到白色鹽結(jié)晶體(以氯鹽為主)；二是表面分層剝落，骨料暴露，但剝落層下面的混凝土完好，傳統(tǒng)的鉆芯取樣實(shí)測(cè)強(qiáng)度不低；三是破壞速率快，對(duì)未采用防鹽凍措施而使用除冰鹽者，少則一冬，多則數(shù)冬，即可產(chǎn)生嚴(yán)重鹽凍破壞。

3.2檢測(cè)內(nèi)容

為了進(jìn)一步了解該工程混凝土病害的數(shù)量和程度，探究發(fā)生腐蝕的原因，本單位主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的檢測(cè):

(1)原材料質(zhì)量檢測(cè)，主要包括細(xì)骨料質(zhì)量檢驗(yàn)和粗骨料的黏附性、剝離物的化學(xué)結(jié)晶檢驗(yàn)，以及混凝土外加劑、混凝土拌和和養(yǎng)護(hù)用水的質(zhì)量檢驗(yàn)等。

(2)混凝土腐蝕情況現(xiàn)場(chǎng)普查。

(3)混凝土施工質(zhì)量檢驗(yàn):主要包括混凝土內(nèi)鋼筋分布、鋼筋保護(hù)層厚度檢驗(yàn)，混凝土抗壓強(qiáng)度評(píng)定，混凝土密實(shí)性評(píng)定，混凝土配合比反演等內(nèi)容。

(4)混凝土鹽凍實(shí)驗(yàn):主要包括剝離物化學(xué)結(jié)晶物檢驗(yàn)，組合鹽凍試驗(yàn)等內(nèi)容。

(5)混凝土病害的危害評(píng)定及加固方案可行性研究。

4.主要試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)以上的試驗(yàn)檢測(cè)，經(jīng)分析論證，初步得出以下結(jié)果:

4.1混凝土腐蝕發(fā)展過(guò)程和病害程度

(1)2010年渤海地區(qū)經(jīng)受了自1963年以來(lái)最為嚴(yán)重的嚴(yán)寒，渤海大面積發(fā)生了結(jié)冰現(xiàn)象，而該工程混凝土腐蝕也主要發(fā)生在這個(gè)時(shí)期，此次冰凍期較長(zhǎng)，從2010年的冬季一直延伸至2011年春季，在經(jīng)過(guò)整個(gè)的一個(gè)凍融期后，橋梁的病害至2011年5月已非常顯著。

(2)現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)結(jié)果表明，病害率達(dá)到70%以上，各橋墩柱混凝土的腐蝕病害均發(fā)生在迎海的方向上(即北偏東方向)，病害沿墩身縱向分布，與未發(fā)生腐蝕部分的混凝土界限分明。

(3)目前腐蝕均發(fā)生在混凝土的表層區(qū)域，最大剝蝕深度為5mm，未見(jiàn)裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展和鋼筋銹蝕。

(4)部分橋梁構(gòu)件，尤其是靠海和海上的橋梁腐蝕最為嚴(yán)重，受腐蝕面積最大，橋墩、主梁靠海面有大量網(wǎng)狀裂紋，局部混凝土剝落，骨料暴露。

4.2原材料質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)檢驗(yàn)，混凝土原材料中的細(xì)骨料(砂子)、混凝土外加劑和拌和養(yǎng)護(hù)用水質(zhì)量滿足有關(guān)質(zhì)量要求，粗骨料符合要求，混凝土拌和物具有較好的粘聚性。

4.3混凝土施工質(zhì)量檢驗(yàn)成果

(1)經(jīng)抽樣檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)中鋼筋用量、分布以及保護(hù)層厚度基本符合設(shè)計(jì)要求。

(2)通過(guò)采用回彈法檢測(cè)，部分橋墩身混凝土質(zhì)量較差，強(qiáng)度不滿足強(qiáng)度要求，最低強(qiáng)度僅有21.5MPa。其余各墩強(qiáng)度基本滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)經(jīng)對(duì)本橋梁部分墩柱混凝土的氯離子滲透實(shí)驗(yàn)表明，氯離子滲透性為中級(jí)，不適合于鹽害區(qū)環(huán)境。

(4)經(jīng)混凝土配合比反演和混凝土內(nèi)外質(zhì)量對(duì)比評(píng)價(jià)，混凝土實(shí)際配合比與設(shè)計(jì)配合比基本一致，混凝土內(nèi)外質(zhì)量基本一致。

4.4混凝土鹽凍試驗(yàn)結(jié)果

(1)通過(guò)在腐蝕的混凝土表面剝?nèi)兾g部分混凝土，并取內(nèi)部未發(fā)生腐蝕的混凝土進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，鈉離子水平、氯離子水平和硫酸根離子水平明顯要高出很多，說(shuō)明該工程混凝土表面受到了氯鹽和硫酸鹽的侵蝕，并遭受凍害影響，是比較典型的鹽凍破壞。

(2)通過(guò)室內(nèi)的氯鹽凍融和硫酸鹽凍融試驗(yàn)以及氯鹽和硫酸鹽混合鹽凍室內(nèi)試驗(yàn)，進(jìn)一步證明了上述結(jié)論，其中尤其以氯鹽和硫酸鹽組合鹽凍的破壞程度為大。

(3)試驗(yàn)同時(shí)考慮經(jīng)環(huán)氧樹(shù)脂表面處理的混凝土芯樣的抗鹽凍能力，結(jié)果表明，利用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面防腐的效果比較理想。

5.混凝土病害的初步處理方案

鑒于目前混凝土病害僅發(fā)生在混凝土表面，尚未危及內(nèi)部混凝土，初步擬訂防腐處理措施如下:

(1)清除構(gòu)件表面氯離子含量超限厚度范圍的混凝土及鹽凍破壞層，直到新鮮混凝土層再做涂層。

(2)用環(huán)氧調(diào)和膩?zhàn)?厚1000～2000μm)對(duì)混凝土基面進(jìn)行找平。

(3)采用環(huán)氧樹(shù)脂封閉漆作為底漆(30μm)，采用環(huán)氧樹(shù)脂漆作為中間漆(2道，每道厚150μm)，采用丙稀改性脂肪族聚胺脂作為面漆(2道，每道厚100μm)。

(4)對(duì)墩柱混凝土強(qiáng)度不足的，驗(yàn)算承載力是否滿足要求，有問(wèn)題的采用碳纖維套箍進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并在碳纖維外層采用噴砂涂水泥漿以防纖維老化。

6.結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，由于所處的地緣優(yōu)勢(shì)，沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也將會(huì)比過(guò)去更快，這就對(duì)各種硬件設(shè)施提出了更高的要求。沿海大橋的數(shù)量必然也會(huì)越來(lái)越多，由于海水的腐蝕性較大，所以最好是做好足夠的預(yù)防與處理工作，定期對(duì)橋梁混凝土進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，及時(shí)的采取種種措施確保橋梁的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展提供助力。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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［２］吳壯佳，姚學(xué)昌.淺談沿海地區(qū)砼構(gòu)造物腐蝕原因及防護(hù)措施[J].廣東公路交通.2002(03).

［３］聞寶聯(lián)，涂光備，劉凱立，王寶來(lái)，張鴻賓.鋼筋混凝土橋梁病害調(diào)查及維護(hù)研究[J].橋梁建設(shè).2004(01).

［４］張春海.某沿海高速公路橋梁受鹽凍腐蝕混凝土質(zhì)量檢測(cè)和處理技術(shù)方案[J].北方交通2011(07).