鋼筋混凝土橋梁病害加固維修對策探討
發布時間:2014-08-06
1. 前言
鋼gang筋jin砼tong橋qiao梁liang因yin其qi取qu材cai廣guang泛fan,價jia格ge低di廉lian,抗kang壓ya強qiang度du高gao,又you可ke澆jiao注zhu成cheng各ge種zhong形xing狀zhuang,已yi成cheng為wei當dang今jin世shi界jie橋qiao梁liang使shi用yong最zui多duo的de結jie構gou。但dan混hun凝ning土tu最zui主zhu要yao的de缺que點dian是shi抗kang拉la能neng力li差cha,容rong易yi開kai裂lie,而er且qie它ta是shi多duo孔kong性xing物wu體ti。一yi旦dan出chu現xian裂lie縫feng,如ru不bu及ji時shi處chu理li,必bi然ran會hui受shou到dao惡e化hua的de大da氣qi環huan境jing中zhong有you害hai物wu質zhi以yi及ji風feng雨yu的de侵qin蝕shi,加jia之zhi地di震zhen、疲勞、車輛超載等因素的作用,致使裂縫擴大,鋼筋鏽蝕,混凝土碳化剝落,承載力下降,使用壽命嚴重縮短,這已成了世界性的問題。
2.鋼筋砼橋梁病害的主要成因有下述六種情況:
2.1yuanshejiqiangdubiaozhunpiandi,fangshuihekangdongxingnengbuqiang,fangshuitongdabudaofangshuiyaoqiu,kangshenxishupianxiao,tongbiaomianbaohucenghouduguobo,jiazhixuancaibuyan,shigongjiaobanbujunyun,zhendaobushi,changchangcunzaifengwomamiandequexian,yinertongdemishidujiaocha,bulishouligouzaogangjindeyouxiaobaohu,zaochengxianjiaotongdejubukailie(收縮裂縫,塑性變形裂縫)的發生。
2.2wenduyinglicushicunzaiquexiandetongchanshengweiliefeng,kongqizhongdeshuiqizaimaoxiguandezuoyongxiashenrudaoweiliefengzhong,ruochuanguobaohucengdadaogangjinbiaomian,zaishuiyuyangqidezuoyongxiaxingchengfushidianchi,pohuaiqidunhuamo,daozhigangjinxiushi。zaijinhaidiqudetongqiaoliang,lvlizideqinrujiasugangjindexiushishizhuyaochengyin。zheshixianliehoushidefanying。lingyizhongqingkuangshiyouyutongmishiducha,zhezhongduokongxingwutineicunzaideziyoushuicushigangjinxianfashengfushi,zhishixiushidegangjintijipengzhang,shibichanshengpengzhangyingli,qilidefangxiangbiranzhixianghunningtujiaobodebaohucengxianxingkailie,xingchengshungangjinliefengdechuxian,jierchuxianbaohucengdeboluo,zheshixianshihouliedefanying。
2.3汙染環境產生化學腐蝕,有二種情況:一是當混凝土存在裂縫時,大氣中的二氧化碳CO2與在砼中的氫氧化鈣Ca(OH)2會發生化學反映,生成中性的碳酸鈣,使砼產生碳化作用其PH值12.5就會降低至9yixia,gangjinfangfujiudebudaobaozhengdaozhixiushi。ershijinnianlaiyouyudaqihuanjingwuranchanshengdesuanyuduitongjiegoudeweihairiquyanzhong,woguodesuanyufugaimianjiyidadaoguotumianjide30%以上,二氧化硫SO2和進一步氧化的三氧化硫SO3,均(jun)可(ke)使(shi)砼(tong)中(zhong)性(xing)化(hua)和(he)碳(tan)化(hua),同(tong)樣(yang)可(ke)直(zhi)接(jie)促(cu)使(shi)鋼(gang)筋(jin)表(biao)麵(mian)產(chan)生(sheng)化(hua)學(xue)腐(fu)蝕(shi),同(tong)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)硫(liu)酸(suan)鹽(yan)又(you)會(hui)對(dui)砼(tong)進(jin)一(yi)步(bu)膨(peng)脹(zhang)產(chan)生(sheng)侵(qin)蝕(shi)作(zuo)用(yong)。故(gu)酸(suan)雨(yu)地(di)區(qu)對(dui)鋼(gang)筋(jin)砼(tong)結(jie)構(gou)物(wu)的(de)危(wei)害(hai)比(bi)碳(tan)化(hua)更(geng)嚴(yan)重(zhong)。
2.4凍融循環的破壞主要發生在寒冷地區的砼結構,當砼結構物有裂縫、蜂窩麻麵等鬆散空洞缺陷時,水分侵入後,遇到冰點以下結凍產生膨脹,冰凍麵約產生9%左zuo右you的de膨peng脹zhang應ying力li,致zhi使shi缺que陷xian內nei部bu受shou壓ya變bian形xing。而er當dang環huan境jing溫wen度du升sheng高gao之zhi後hou,冰bing凍dong麵mian受shou熱re融rong化hua又you使shi其qi受shou到dao拉la力li,這zhe樣yang反fan複fu循xun環huan凍dong結jie融rong化hua,當dang作zuo用yong於yu孔kong隙xi的de拉la應ying力li大da於yu砼tong的de極ji限xian抗kang拉la強qiang度du時shi,即ji可ke產chan生sheng較jiao大da裂lie縫feng乃nai至zhi崩beng裂lie。另ling外wai在zai常chang遭zao雪xue凍dong的de橋qiao麵mian,為wei了le防fang止zhi車che輪lun打da滑hua,保bao證zheng交jiao通tong安an全quan,常chang采cai用yong大da量liang撒sa鹽yan來lai化hua雪xue,若ruo橋qiao麵mian有you裂lie縫feng,鹽yan水shui侵qin入ru必bi然ran會hui使shi鋼gang筋jin受shou到dao氯lv離li子zi破po壞huai鏽xiu蝕shi,繼ji而er導dao致zhi橋qiao麵mian上shang砼tong大da麵mian積ji碎sui裂lie,嚴yan重zhong的de還hai會hui擴kuo展zhan到dao梁liang體ti,若ruo梁liang體ti有you裂lie縫feng,則ze也ye將jiang受shou到dao病bing害hai。
2.5堿骨料反應(AAR反應),主要是砼級配的混合材料中,含堿量(氧化鈉Na2O,氧化鉀K2O)偏高,與骨料中的活性成分(氧化矽、碳酸鹽等)發生反應產生矽酸凝膠,吸水膨脹後產生內應力,導致砼開裂,這種病害被稱為砼的“癌症”。其實是可以預防的,隻要在選材時嚴格把關,防水措施做得好,就可以避免產生此病症。
2.6溶液性侵蝕,主要由於砼結構本身不密實,雖然有時肉眼看不到裂縫,但往往可
滲水,使砼結構部位的氫氧化鈣產生溶解,促使其濃度不斷下降,固相中的Ca(OH)2不斷被溶出,不斷分解出CaO,CaO又溶於水而隨水衝走,導致水泥石的結構不斷破壞,PH值不斷降低,孔隙率增大,必然導致鋼筋鏽蝕病害發生,砼表層起鼓剝離就會出現。
3.鋼筋砼橋梁防水防腐材料選用及有關誤區探討
綜上所述6種zhong病bing害hai的de發fa生sheng,均jun與yu砼tong的de密mi實shi度du和he防fang水shui防fang腐fu措cuo施shi不bu到dao位wei息xi息xi相xiang關guan。看kan來lai裂lie縫feng是shi病bing根gen,鋼gang筋jin鏽xiu蝕shi是shi惡e果guo。猶you如ru對dui一yi個ge人ren的de病bing體ti一yi樣yang,首shou先xian要yao通tong過guo醫yi生sheng的de正zheng確que診zhen斷duan再zai配pei以yi儀yi器qi檢jian查zha的de檢jian驗yan,找zhao出chu病bing根gen,方fang能neng對dui症zheng下xia藥yao。不bu能neng頭tou痛tong醫yi頭tou,腳jiao痛tong醫yi腳jiao。
當dang今jin有you些xie設she計ji人ren員yuan力li主zhu為wei了le防fang止zhi鋼gang筋jin鏽xiu蝕shi,在zai鋼gang筋jin砼tong結jie構gou中zhong的de鋼gang筋jin全quan部bu采cai用yong環huan氧yang塗tu層ceng鋼gang筋jin,不bu僅jin價jia格ge提ti高gao了le一yi倍bei,而er且qie其qi與yu砼tong間jian的de握wo裹guo力li就jiu要yao損sun失shi15%~20%。究jiu竟jing是shi利li大da於yu弊bi,還hai是shi弊bi大da於yu利li,值zhi得de商shang榷que。眾zhong所suo周zhou知zhi,鋼gang筋jin與yu混hun凝ning土tu結jie合he的de截jie麵mian還hai不bu能neng發fa揮hui潛qian力li,若ruo減jian少shao鋼gang筋jin與yu混hun凝ning土tu間jian的de握wo裹guo力li,當dang承cheng受shou過guo大da的de彎wan矩ju時shi,對dui結jie構gou的de受shou力li就jiu會hui帶dai來lai負fu麵mian的de影ying響xiang。
另外,在砼表麵采用有機
防水材料塗層。現在有一種新型聚脲彈性材料(SPVA),不僅施工速度快,凝膠和幹燥時間短,粘結附著力大於2.0MPa,不透水性為0.3MPa/30min不透水。斷裂伸長率≥300%。這種新型
防水材料問世後受到各方麵
防水工程界的青睞,尤其它施工簡單,硬化速度快,具有優異的物理保護性能,較之
卷材防水優點更為突出。有同行將其說成是新型萬能塗裝技術,我認為言之過早,且不敢苟同萬能之評價。不可否認這種材料用在屋頂防水、地下室和牆麵和普通行人通道等不受較大的外力或荷載影響的部位的防水功用是非常顯著有效的。但迄今還未見到這種材料的防老化、防火和耐久性能的檢測評定的科學數據資料。如果將其用在砼橋梁梁體的
防水層中,則將是誤導。因為梁體要承受較大的恒載和活載,前已述及鋼筋砼容易開裂,若將這種斷裂伸長率≥300%的有機
防水材料waituzaitongdebiaomian,fangshuixiaoguodewulixingnengshimeiyouwentide,danwanyiliangtichuxiankailiehuoduanlie,zezhezhongcailiaodeyanzhanxingjiuhuizhegaitongliangtidebinghai,daidaoyinhuanbeifaxianshi,gangjintongliangtiyijingwukewanjiuxiufuhuoyizaochengyanzhonghuohai,houguobukanshexiang。gubizhejianyiyanghuguanlidanweiqiemozouruwuqu,xuanzeliangtituliaoshi,bixushenzhiyoushen。
近來,對混凝土橋梁的防水防腐問題,一直是橋梁界十分關注並迫切要求解決的重要課題。目前在
防水工程中所采用的塗裝材料,不外乎分為有機柔性
防水材料和無機剛性
防水材料兩大類。兩類
防水材料對
防水工程的對象和部位的不同所起的作用也各有不同。兩類材料各有利弊,有時需要根據工程的特點和性質,采取剛柔結合的
防水技術方案來因地製宜解決問題。盡量做到標本兼治的效果。
對於砼梁的病害處治,筆者認為基於梁體本身屬於無機剛性體,宜采用剛性的無機
防水材料―水泥基滲透結晶型
防水材料(英文縮寫為CCCW材料)來加固維修較妥。20世紀90年代引進的XYPEX材料,就是CCCW材料中最佳的一個品牌。中國防水代表在2007年3月訪問了加拿大的XYPEX和KRYON等
防水材料公司,這兩家公司也是在我國生產、銷售這種新型
防水材料名列前茅的企業,均參加了我國的GB18445-2001<水泥基滲透結晶型
防水材料>國家標準的起草。這種剛性
防水材料與砼橋梁同一屬性,物以類聚,其膨脹係數基本一致,不易老化,耐高、低溫(-32℃~+130℃)的持續溫度下,在-185℃~+1530℃間隙溫度下保持其作用,耐濕、耐紫外線、耐輻射、耐氧化、耐強水壓達1.3MPa。youyuqijuyouhengaodeshentounengli,laiduyoudehuoxingjiqiangdecuihuaji,yishuiweijiezhizaitongweiliefenghuokongxizhong,cuihuaweishuihuadeshuinikelishengchengzhimanzhuangdejiejingti,dusaigexianglaishuideliefeng,shitongbentidadaomishi,yineryejiuzengjialekangyaqiangduda20~29%,ruogannianhou,yinzhendonghuoqitawaiyinchanshengxindexiweiliefengshi,yidanyoushuishenru,youhuichanshengxindejingtibashuiduzhu,suoyitadezhezhongziwoxiufunenglishiduyiwuerdaiyouyongjiuxingde。youyukangshenxingnengjijiajiukebaohugangjinbubeixiushi,dadaolejizhibiaoyouzhibendemude。
1998年,筆者去現場參觀了杭州鐵路分局和北京城建設計研究院合作於1997年11月“利用XYPEX材料修補鐵路
鋼筋混凝土梁技術”科技項目(登記號:6A19970928048 號)。目的是通過實地考察和了解這種材料對砼梁塗裝後,既有裂紋不重新開裂,提高了砼梁表麵砼結構的強度、密mi實shi度du和he抗kang滲shen能neng力li,以yi延yan緩huan砼tong梁liang中zhong砼tong的de中zhong性xing化hua速su率lv,進jin而er達da到dao延yan長chang砼tong梁liang大da修xiu換huan梁liang的de周zhou期qi,提ti高gao砼tong梁liang使shi用yong的de耐nai久jiu性xing。筆bi者zhe對dui該gai項xiang目mu進jin行xing了le長chang達da12年跟蹤觀察,有關情況介紹如下,以資同仁參考。
4.“長牛11#橋” 利用XYPEX材料修補鐵路
鋼筋混凝土梁技術實例
杭州鐵路分局杭州東工務段轄內長牛線11#橋。該橋始建於1959 年,原為3×16.0m,1961 年發生水害,1962 年擴建為目前的5×16.0m,梁跨均為定型圖施工的
鋼筋混凝土π梁,見橋址照片。曆史資料記載,該橋長興方1~3 孔梁,在62 年擴建時就發現有裂紋、蜂窩、麻麵等病害,運營工務養修部門曾多次采用壓注砂漿、環氧樹脂等法修補,但收效不佳,至試驗前調查,梁體存在如下病害:
(1)梁體裂紋嚴重,僅1―2 孔裂紋總長為461.99m,其中裂紋寬度≥0.3mm 的計125.66m,最寬裂紋達5 ?,最長裂紋的長度為11.1m。
(4)原修補環氧樹脂已老化,殼起,有的已重新開裂。
依長牛線11#橋1~2 孔
鋼筋混凝土梁的狀況和XYPEX 材料的適用性、功能等提出圬工梁修補方案總體上是:1)全梁的基麵處理;2)砼梁缺陷部位的修補;3)全梁噴塗或塗刷XYPEX 濃縮劑兩遍;4)養護;四個步驟。
長牛11#橋項目,有活動吊欄可利用,現場實施由七人組成作業組(其中:負責協調1人、操作4人、輔助配合2人)。
基麵處理
本橋采用噴砂打毛基麵、輔以手工鏟除老化殘留的環氧樹脂舊皮,再以高壓水衝洗的方法,以達到毛、潮、淨的要求。
毛―基麵應粗糙能充分暴露砼結構的毛細通道。
潮―基麵表層結構充分潤濕,毛細孔飽吸水分但表麵無明水,以利材料發揮作用。
淨―基麵上的汙垢、有機物、木屑、鐵屑及疏鬆物等應清理幹淨。
實施情況看,噴砂法工效高,打毛效果好,對圬工梁損傷小,且勞動耗費低,操作方便。
對圬工梁上空洞、麻麵及大塊剝落等缺陷的修補
首先,將空洞處的“砼殼”、剝落處的鬆動碎塊清除,鋼筋除鏽,空洞鑿口(開口寬度以便於修補為宜),高壓水衝洗,潤濕(要求比照基麵處理)。其次,清洗後在修複銜接麵無明水,噴塗XYPEX濃縮劑厚0.5mm 左右。最後,噴塗層初凝後(一般約2h),再用XYPEX堵漏劑:按7:2(粉:水)修補,對於大的空洞修補可以混合1:2(XYPEX堵漏劑:小於10mm沙石)級配。
對圬工梁裂紋修補
實施中對寬度小於0.3 ?的裂紋不作特殊處理,對寬度大於0.3 ?的裂紋修補順序如下:①沿裂紋鑿20mm×20?內大外小的燕尾槽。②衝洗、濕潤(修複麵不得有明水)後,塗刷XYPEX濃縮劑灰漿一遍。③初凝後用XYPEX 濃縮劑半幹料團、修補堵漏劑修補。
全梁表麵噴塗XYPEX 兩遍
噴塗前對梁體表麵要用清水徹底洗淨,達到“毛、潮、淨”的要求(注意:裂紋和缺損新修補處不能用高壓水直接噴射,隻能用無壓水噴淋達到濕潤要求)。然而,再開始大麵積噴塗工作。噴塗第一遍用量為0.4~0.5kg/?,塗層應均勻,配合比為粉:水=5:3(容積比)。兩次噴塗間隔時間一般在2小時左右(即在第一遍塗層已達初凝後)。為wei保bao證zheng塗tu層ceng質zhi量liang,關guan鍵jian環huan節jie之zhi一yi是shi砼tong結jie構gou的de充chong分fen潤run濕shi。為wei此ci,依yi據ju天tian氣qi情qing況kuang對dui圬wu工gong梁liang基ji麵mian用yong水shui充chong分fen衝chong淋lin,使shi之zhi保bao持chi濕shi潤run。噴pen塗tu第di二er遍bian之zhi前qian,已yi噴pen塗tu麵mian也ye應ying保bao持chi潤run濕shi狀zhuang態tai。
養護
養護也是XYPEX 塗層質量的關鍵環節。當塗層初凝即用無壓水噴淋養護,養護時間為3天,每天不少於3次(依據天氣情況而定)。養護期間,應保持XYPEX塗層總是濕潤的,如在高溫季節、陽光較強烈、水分散失快的條件下施工時,應采取遮蔽措施,並增加養護次數。
修補結果:長牛11#橋自九七年十一月修補試驗結束後,對梁體現場進行了六個月觀測結果為:
(1)未發現裂紋的發生,特別是原裂紋和缺陷處。
(2)通過室內同步試驗,證明表麵砼抗壓、抗滲能力提高,同時提高了密實度。
從以上情況看,使用XYPEX 對
鋼筋混凝土梁塗裝後,依靠其能向砼內滲透產生結晶,封閉了整個梁體砼與外界的毛細孔通道,提高了表麵砼結構的密實度和強度,增加了
鋼筋混凝土梁的砼保護層對鋼筋的保護能力;同時也使表層砼本身抗腐蝕能力得以提高,可較好地解決砼中性化的問題,達到延長
鋼筋混凝土梁的使用壽命,提高其耐久性的目的。
5.結論
總之,長期工程實踐結果是反映耐久性最直接的證據,具體情況具體分析,對砼橋梁病害的處治建議用CCCW材料來加固維修是對路的,而且施工方法簡單,它是一種無毒、無味的綠色環保材料,對環境和人體不會造成任何損害,且具有耐久性與砼結構同壽命。綜合費用較低。