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钢筋混凝土桥梁的病害原因及处理措施
交通工程中桥梁规模、数量在不断地增加,但在已经运营的线路上,有些桥梁却未达到其使用寿命而过早地发生损坏,本文研究了混凝土桥梁病害发生的原因和处理、防治措施,为今后桥梁的.结构设计和施工提供有益借鉴.
作 者:谢建兵 作者单位:新疆路桥桥梁工程建设有限责任公司,新疆,乌鲁木齐,830000 刊 名:中国新技术新产品 英文刊名:CHINA NEW TECHNOLOGIES AND PRODUCTS 年,卷(期): “”(1) 分类号:U4 关键词:钢筋混凝土桥梁 病害 处理措施浅谈钢筋混凝土桥梁的病害原因与处理措施
钢筋混凝上桥梁是一种耐久性结构物,即使足设计、施工、选材非常良好的结构,也会随使用时间的推移,荷载,大气等因素的'影响出现各种各样的病害.本文针对病害混凝土桥梁出现的混凝十保护层松动、剥落和钢筋锈蚀的现象,分析了原因,对存在病害的桥梁提出了加固改造措施,对设计、施工提出了建议.
作 者:解卫江 作者单位:山西运城路桥有限责任公司,山西运城,044000 刊 名:中国科技博览 英文刊名:CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW 年,卷(期): “”(4) 分类号:U445 关键词:钢筋混凝上桥梁 病害原因 处理措施摘要:交通工程中桥梁规模、数量在不断地增加,但在已经运营的线路上,有些桥梁却未达到其使用寿命而过早地发生损坏,研究混凝土桥梁病害发生的原因和处理、防治措施,为今后桥梁的结构设计和施工提供有益借鉴。通过对多处存在病害的混凝土桥梁进行实地考察,对其所处环境中的大气、地表水、地下水进行化验,根据侵蚀性介质类型的不同,分别进行物理、化学和结构分析。针对病害混凝土桥梁出现的混凝土保护层松动、剥落和钢筋锈蚀的现象,分析了原因,对存在病害的桥梁提出了加固改造措施,对设计、施工提出了建议。有害物质是以气体或水为载体,以混凝土的裂缝、毛细孔为通道在结构中扩散,和混凝土中的一些物质发生反应,使结构发生破坏。病害混凝土桥梁的处理措施包括提高混凝土密实度和防水抗渗性以及钢筋的耐蚀性,对防止病害的发生、提高桥梁的使用寿命有着重要的意义。
在桥梁工程中,混凝土作为主要的建筑材料而被广泛使用,它一直被认为是非常耐久的材料。近几年来,才逐渐发现它也会像天然石材在一定的条件下被风化变质一样,丧失原有强度而过早损坏,影响其正常使用。混凝土桥梁的设计寿命一般都为一百年,但遭受病害的桥梁其使用寿命将大大缩短,严重的在建成几年就会出现混凝土保护层剥落、钢筋锈蚀的现象,需要进行病害整治和加固维修。
1.病害发生的原因
桥梁的混凝土结构是以水泥的水化产物作为胶结料并结合一定级配的骨料或其它惰性材料和钢筋制成的一种复合材料。在这一复合结构中,钢筋提供了结构的抗拉强度,而混凝土则提供了结构抗压强度和对钢筋的保护作用。所以混凝土桥梁的病害包括混凝土的性能劣化和混凝土中钢筋的锈蚀两个方面,混凝土的劣化指在使用过程中,混凝土受周围环境的物理、化学、生物作用,混凝土内的某些成分发生反应变性、溶解析出、结晶膨胀及基体开裂等,从而造成混凝土性能的下降,主要包括侵蚀性介质腐蚀、冻融破坏、混凝土裂缝,混凝土的碳化(中性化)、溶出性腐蚀等,混凝土的劣化不仅直接降低混凝土的性能,更主要的是它对混凝土中的钢筋失去保护作用,导致钢筋的锈蚀失效。
1.1侵蚀性介质腐蚀
侵蚀性介质腐蚀主要指混凝土中含有的某些化学成分Ca(OH)2、(3CaO・2Al2O3・3H2O)容易与侵蚀性介质发生化学反应,比较典型的是氯盐的腐蚀和硫酸盐的腐蚀。氯盐的腐蚀主要是环境中游离的Cl-和混凝土中的(3CaO・2Al2O3・3H2O)等发生反应,生成易溶的CaCl2和大量的结晶水,使体积膨胀好几倍,造成混凝土的破坏,当Cl-与钢筋接触,含量达到一定程度时,使该处的PH值迅速下降,钢筋的钝化膜发生破坏,使与完好的钝化膜区域之间构成了电位差,同时,Cl-具有导电作用,可以和Fe2+发生反应生成FeCl2,加速了钢筋的腐蚀。硫酸盐的腐蚀可以出现钙钒石破坏和石膏膨胀破坏。[2]
1.2冻融破坏
主要表现在混凝土中存在大量的孔隙和裂缝,水份通过毛细作用进入,当温度降至冰点以下时,孔隙中的水冻结膨胀,体积可增大10%,使孔壁受压变形,当温度升高冰融化后,使孔壁产生拉力,经过持续的反复冻融,使混凝土发生开裂,裂缝随着冻融次数的增多而增加,并逐渐扩展连接,以致逐渐降低混凝土的强度。
1.3混凝土的碳化
在大气环境下,桥梁结构的破坏主要是钢筋的混凝土保护层碳化,碱性降低,混凝土出现裂缝,大气中的氧气和水深入混凝土中到达钢筋表面,并发生化学反应,引起体积膨胀,使混凝土的裂缝加大,最终引起保护层的开裂、剥落。
1.4钢筋的锈蚀
钢筋的锈蚀是电化学过程,除受其自身性能影响外,与混凝土的性能和外界环境有着密切的关系,在大气区当裂缝达到0.3mm时,钢筋已经开始腐蚀。钢筋生锈后,使其本身有效截面缩小,生成的氧化铁体积比原来膨胀好几倍,使保护层的混凝土开裂,使有害物质更容易进入混凝土内部,加速对钢筋混凝土的腐蚀。
2.主要的病害处理措施
一般的混凝土桥梁病害是由几种破坏的组合,更加加速了侵蚀的程度,例如:化学腐蚀可以导致结构的破坏,而同时又有冰冻发生,对混凝土的破坏程度远远大于两者的代数相加,盐冻对混凝土路面造成的伤害使得东北地区一条高等级公路只经过一个冬天就大面积剥蚀。所以探求处理病害的处理措施应该全面的从共性的问题上去解决。由以上几种主要的病害,可以看出混凝土的侵蚀与混凝土的强度无关,而与混凝土的密实度、孔隙特征和外界环境相关,钢筋混凝土结构的裂缝和毛细孔,是各种有害介质进行侵蚀的通道,如何致力于提高钢筋混凝土的密实度,切断与有害介质侵入的通道(即便是水和气体也会对钢筋混凝土具有一定的侵蚀性),对抑制混凝土桥梁各种病害的发生,提高结构的抗侵蚀能力和桥梁的使用寿命有着重要的意义。主要处理措施如下:
2.1混凝土
2.1.1选用适当的补强混凝土或砂浆
被侵蚀松动的混凝土,胶结结构已经遭到破坏,丧失了原有的强度和承载能力。在进行处理时,应剔除松动的`混凝土,采用适当的混凝土或砂浆补强,侵蚀严重的应考虑增大原来结构的尺寸,降低混凝土表面的拉应力,抑制裂缝的发生,增强结构的承载能力。补强的混凝土或砂浆应具有以下性能:
(1)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。
(2)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。
(3)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。
(4)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。
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。病害处理应包括改善结构材料的防水性能和提高密实度两个方面。对于既有结构混凝土的裂缝,可以通过埋设注浆嘴进行高压注浆的方法进行填塞封堵;对于贯通的毛细孔,可以采用新型的渗透结晶型材料通过毛细孔进入混凝土内部,与混凝土本身的某些物质发生反应,生成凝胶,堵塞毛细孔,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
在混凝土耐久性规范中,规定了最小保护层厚度,较原来的钢筋混凝土规范有了很大的提高,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。但在混凝土耐久性规范发布之前,混凝土钢筋的净保护层厚度仅为15mm,从结构受力的角度,使截面的有效高度和承载能力较大,而从抗侵蚀能力来讲,则正好相反,在恶劣的环境下,侵蚀很容易到达钢筋位置,引起钢筋的锈蚀和混凝土裂缝的进一步发展。所以对于侵蚀严重的结构应考虑适当增加混凝土保护层的厚度,补强的混凝土净保护层厚度满足《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》的要求[1].
2.2钢筋
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混凝土表面的防护层
处于恶劣环境下的混凝土桥梁,应在混凝土表面增设防护层。在海洋及近海环境下,经过对多种混凝土表面防护层进行试验,表明采用防护层保护的混凝土试件在探测深度范围内氯离子的渗入量比无涂层的低7倍以上,氯离子的含量值基本接近混凝土原有的初始浓度。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。防护层除具有防水功能外,还应具有以下主要技术性能[3]:
(1)与混凝土基面要有足够的粘结力,最小应不小于0.8MPa.
(2)耐碱性,混凝土表面是强碱性,涂层材料涂刷在混凝土表面上不允许有任何有害反应或变化。
(3)具有足够的抗老化性,尤其是在大气区受阳光照射的干湿交替区域,在使用寿命内,不允许有起泡、开裂的现象发生。
(4)具有较高密实性,阻止有害离子的渗透。
(5)有良好的透气性和抗冲击性。
3.结论
混凝土桥梁病害的发生,除环境因素外,大多数情况下是有害物质以结构中的裂缝或毛细孔为通道,以水或气体为载体,在结构中逐步扩散进行的。混凝土桥梁的病害处理措施应是针对结构裂缝或毛细孔道的处理,提高原结构的密实度和防水抗渗性能。位于环境恶劣地区的钢筋混凝土结构,除考虑结构刚度外,其设计混凝土桥梁不宜按允许裂缝出现的情况考虑。采用渗透结晶性防水材料作为结构表面的防护层较单纯防水材料更适合于耐久性要求。为提高结构耐久性和使用寿命,保证结构的使用安全性,应建立定期检测、维护和维修机制。
参考文献:
[1]铁建设[]157号,铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定[S].
[2]周以恪,张绍麟。建筑材料[M].北京:中国铁道出版社,1994.
[3]GB50108C,地下工程防水技术规范[S].
钢筋混凝土桥梁常见病害及维修
文章通过对钢筋混凝土桥梁常见病害的分析与研究,从设计、施工和养护等方面,提出了对钢筋混凝土梁桥裂缝的防治措施.
作 者:张贵平 作者单位:乌兰察布市公路工程局,内蒙古,乌兰察布,01 刊 名:内蒙古科技与经济 英文刊名:INNER MONGOLIA SCIENCE TECHNOLOGY AND ECONOMY 年,卷(期): “”(3) 分类号:U445.7+1 关键词:钢筋混凝土 梁桥 裂缝 防治桥梁的病害原因和日常养护措施
桥梁是公路的.重要组成部分,公路桥梁养护的好坏直接关系到公路交通行车的安全与畅通,结合今年桥梁调查中发现的一些病害及其产生的原因进行了一些分析,仅供同行参考
作 者:马长春 作者单位:山西省公路局长治分局,山西,长治 刊 名:城市建设 英文刊名:CHENGSHI JIANSHE YU SHANGYE WANGDIAN 年,卷(期): “”(1) 分类号:U4 关键词:公路桥梁 日常养护摘要:桥梁伸缩缝是桥梁构造中的重要组成部分,通过分析目前桥梁伸缩缝的病害,提出相应的防治措施。
关键词:伸缩缝;病害;防治
一、概述
中国是一个历史文明悠久的国家,我们的祖先通过智慧描绘了灿烂的桥梁史。
桥梁是城市道路的重要组成部分,对经济国防等各个领域都具有重要意义,桥梁的安全性便显得十分重要。
桥梁的伸缩缝作为重要构件,故而扮演着极其重要的角色。
桥梁的伸缩缝一般设置在桥的两梁端之间、梁端与桥台之间,其作用是在于当出现混凝土收缩徐变、气温变化、活载作用等情况的影响下能够适应桥梁上部结构的变形,从而保障车辆的平稳行驶。
二、桥梁伸缩缝的分类及病害
桥梁伸缩缝是根据桥梁具体结构、形状、长度等不同设计要求而制造的,每座公路桥梁都要选用不同的伸缩缝,以消除温度、荷载对桥梁构件的损伤。
伸缩缝的设置一般位于梁端和桥台背墙以及梁的梁端,伸缩缝周围的人行道和栏杆为满足桥梁的自由变形须断开处理。
桥梁的伸缩缝通常可分为橡胶伸缩缝、搭板式钢板伸缩缝、U形锌铁皮伸缩缝。
1、橡胶伸缩缝
顾名思义,是以橡胶作为跨缝材料的伸缩装置。
当梁架好后,在预埋件上焊接角钢,涂上胶后,嵌入橡胶条。
因橡胶带富有良好的弹性且又易于胶粘,所以能满足相应的变形与防水要求。
橡胶伸缩缝在最初使用阶段存在一个严重弊端那就是易老化使用周期短,目前国内的橡胶体一般都选用氯丁胶和三元乙丙胶,基本解决了这个问题。
但是由于锚固等原因容易出现橡胶条弹跳,引起周围混凝土破坏分离。
因此,建议高等级公路尽可能少用或不用板式橡胶伸缩缝。
2、搭板式钢板伸缩缝
搭板式钢板伸缩缝是用一块厚度约为10mm的钢板覆盖在断缝上,钢板的一边焊在锚固于桥面的角钢上,另一边可沿着对面的角钢自由滑动。
当变形量、交通量较大时,可采用梳形钢板伸缩缝。
若角钢锚固不牢时,在车辆荷载反复冲击下,钢板就会松动,导致伸缩缝的破坏。
3、U形锌铁皮伸缩缝
U 形锌铁皮桥梁伸缩缝是一种简易的伸缩装置。
一般用于中、小跨径的桥梁,所能适应的变形量在20~40mm以内。
这种桥梁伸缩缝以U形锌铁皮作为跨缝材料,锌铁皮分上、下两层,上层的弯曲部分开凿梅花眼,其上设置石棉纤维垫绳,然后用沥青胶填塞。
锌铁皮可随着桥面的伸缩而变形,下层锌铁皮可将渗下的雨水排出桥外。
当桥面铺装层出现裂缝或U 形槽内塞进石块、碎砖等硬物时,伸缩缝就不能自由伸缩,如不及时清理,伸缩缝就会遭到破坏。
三、桥梁伸缩缝的病害分析
1、设计方面的.原因:桥梁变形量的大小一般以安装伸缩装置时的温度为基准,在温度变化时引起的收缩量以及混凝土的收缩与徐变造成的收缩量为基本变化量,按照以下公式计算:
其中: ——桥梁的基本伸缩量
——由于温度上升造成的伸长量
——由于温度下降造成的收缩量
——干燥收缩造成的收缩量
——混凝土徐变造成的收缩量
考虑安装偏差、转角变位等其它因素的影响,通常都作为安全欲量。
即在基本收缩量的基础上加上20%。
1.1、设计时没能仔细考虑梁端问题,桥面板端部刚度不足的桥梁结构,在汽车荷载的反复作用下,导致伸缩缝较大的变形,最终被破坏。
1.2、未考虑安装温度对位移的影响,因伸缩装置本身并不能或很难调整装置的初始位移量,安装时忽略了初始位移量或伸缩间距不够,也会造成伸缩缝的损坏。
1.3、采用新型伸缩缝时,未能清楚掌握材料的构造及性能,加之不合理的排水措施等,加速了伸缩缝的腐蚀。
2、施工方面的原因
2.1、混凝土浇筑时振捣不够,出现蜂窝、空洞等现象,强度达不到设计要求,难以承受车辆荷载。
2.2、对桥梁伸缩缝施工工艺不够重视,未能严格遵守相关操作规程进行施工,而且又因伸缩缝安装是桥梁施工后期的工序,施工方为了赶进度,经常出现预埋钢筋遗漏、锚固钢筋焊接不牢固的现象,从而导致了梁端伸缩缝间距人为改变,使伸缩缝本身埋下了隐患,导致施工质量无法保证。
3、养护方面的原因
3.1、落入伸缩缝的杂物由于没有能够及时、彻底清理干净,因而无法保证原设计的伸缩量。
3.2、车辆超载对于桥梁的影响将随着时间的推移成倍增长,若不加强控制很容易造成桥体损坏,桥梁的伸缩缝在超载的车辆长期作用下便会造成损坏。
4、其它方面的原因
4.1、各种荷载引起的桥梁结构的挠曲。
4.2、制动力引起的桥梁活动端垂直变位影响。
4.3、斜拉和弯桥的接缝方向的变位影响。
四、桥梁伸缩缝病害的防治措施
1、伸缩缝装置的选择
伸缩缝装置是否合理直接影响到桥梁的结构性能,为此选择合适的伸缩缝装置十分必要。
国内的伸缩缝装置种类较多,选择时应以下几点作为参考:
(1)、能够满足梁与梁之间以及梁与桥台之间的位移。
(2)、能够保证车辆在桥面行驶平稳、舒适。
(3)、安装方便简单、易于操作,方便日常的检查和养护。
2、施工安装的控制
在施工过程中要严格控制,确保安装质量。
具体施工流程为:
(1)、放样切缝。
根据要求,画出槽口边线,用切割机对铺好的沥青路面进行切割。
(2)、开挖清理缝区混凝土。
切缝完毕后将槽内的沥青混凝土凿除干净后用强力吹风机将槽内杂物清除干净,并用泡沫塑料将缝隙填塞密实。
开槽后应禁止车辆通行,严禁施工人员踩踏槽两侧边缘,防止损伤槽两侧沥青混凝土。
(3)、打孔定位,进行植筋。
根据梳齿钢板安装时的温度,确定安装时梳齿之间间距,再将伸缩缝梳形钢板按照规范要求进行预拼,确定其上螺栓位置,制作螺栓定位钢筋支架,为植筋位置精确控制提供依据。
随后用环氧砂浆埋设锚固钢筋,再将植筋与螺栓焊接。
凿孔时应避开梁体内结构,如预应力管道、钢筋等。
(4)、安装梳形钢板伸缩装置。
由下至上依次安装止水橡胶片、不锈钢板及梳齿钢板,最后安装螺帽。
安装时,伸缩缝应按设计要求准确定位,沿桥面横、纵坡方向用3m水平尺定位,使其顶面标高与设计要求相吻合后垫平,确保伸缩缝装置顺缝方向平整度在1mm范围内,与沥青混凝土面层高程误差在2mm允许范围内。
(5)、混凝土浇筑及养护。
混凝土浇筑时振捣应两侧同时进行,且振捣密实,振至不再有气泡为止,并用铝合金尺将混凝土刮平后抹光,使混凝土面与两侧路面接平,严格控制好标高和平整度。
施工结束后及时清理现场并覆盖保养,待混凝土达到强度后开放交通。
3、定期养护
3.1、定期检查桥梁的伸缩缝,必要时做好记录,确保其完好率。
3.2、经常清扫伸缩缝,防止碎石、泥沙等杂物堵塞伸缩缝。
同时还应做好、完善排水设施,防止雨水腐蚀装置。
3.3、避免造成伸缩装置与梁、板间的锚固强度降低,须定期检查梁端与桥面铺装连接处及槽区内的混凝土是否损坏,一经发现应及时采取高强混凝土进行修补。
3.4、当需要更换伸缩缝时,应考虑桥梁结构的实际伸缩量以及伸缩装置两侧的受力情况,选择合适的伸缩缝。
3.5、应对车辆超载屡禁不止的现象引起高度重视,尽快采取有效措施遏制此类现象的发生。
五、结束语
桥梁伸缩缝因长期暴露在空气中,直接经受车辆、人群荷载的不断作用,稍有损坏便能引起车辆颠簸,情况严重时甚至会危及桥梁结构以及通行车辆的安全。
因此,对桥梁伸缩缝应进行定期检查,发现问题,及时维修,确保伸缩缝装置处于正常工作状态,发挥作用。
桥梁横梁裂缝原因及处理措施
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