我國某跨海橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性狀況調(diào)查與分析

王子寧 惠州市交通工程造價管理站

1.工程概況

該工程位于華南某沿海，大橋主要構(gòu)件包括主橋的樁基、主墩承臺、塔身、輔助墩承臺、墩身及箱梁以及水中引橋樁基、承臺、墩身及箱梁結(jié)構(gòu)等，構(gòu)件耐久性關(guān)鍵參數(shù)參照《水運工程結(jié)構(gòu)防腐蝕施工規(guī)范》（JTS/T 209-2020）的要求開展，以海工高性能混凝土、設(shè)置合理的保護層厚度作為提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的根本措施，采用表面涂層作為附加防腐措施。通過對不同部位其混凝土配合比分析，采用粉煤灰與高效減水劑配制海工高性能混凝土，對于大體積混凝土構(gòu)件，粉煤灰的摻量相對較高，總體而言混凝土總膠凝材料及水泥用量偏高。

2.實體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測與分析

2.1 外觀情況

以目測與裂縫檢測設(shè)備相結(jié)合，調(diào)查了大橋箱梁、塔柱、墩臺等典型構(gòu)件的外觀狀況。發(fā)現(xiàn)在箱梁濕接頭部位有裂縫修補后的痕跡且數(shù)量較多，而箱梁其他部位相對較少。塔柱外觀質(zhì)量總體較好，除個別地方由于保護層厚度控制不到位，存在露筋現(xiàn)象；但塔座、主塔承臺有明顯的裂縫修復(fù)痕跡，而渡墩承臺總體較好?；炷料淞簼窠宇^、超大體積的主塔承臺結(jié)構(gòu)，由于受到膠凝材料水化熱、端部約束等影響，是結(jié)構(gòu)易于開裂的主要部位，應(yīng)高度重視。另外，盡管主塔承臺C40、塔座C50等大體積混凝土采用了粉煤灰，但混凝土總膠凝材料的用量偏高，尤其是水泥用量較大，可能也是造成結(jié)構(gòu)開裂的又一原因。

2.2 回彈強度檢測

根據(jù)《水運工程混凝土結(jié)構(gòu)實體檢測技術(shù)規(guī)程》（JTS239-2015），采用混凝土回彈儀、酚酞等測試了橋梁承臺、墩身、混凝土箱梁、主塔等主要部位的碳化性能與回彈強度，通過匯總強度數(shù)據(jù)分析可知，大橋主塔塔柱、箱梁、海中主塔承臺及海中墩柱混凝土平均碳化深度為1.0mm、2.0mm、0.5mm及0.5mm，箱梁混凝土的碳化深度最大，位于橋梁下部基礎(chǔ)的承臺及墩柱混凝土，由于處于水位變動區(qū)及浪濺區(qū)，其碳化深度總體小于上部塔柱和箱梁構(gòu)件，箱梁內(nèi)部由于受汽車尾氣的影響，其碳化深度最大，在大橋運行12年時碳化深度已達到2.0mm?？傮w而言，處于海洋環(huán)境的粉煤灰高性能混凝土結(jié)構(gòu)，碳化作用對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響較小，不是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵因素。

根據(jù)混凝土回彈強度可知，主塔承臺、墩柱C40強度等級混凝土的回彈強度大于57.0MPa、56.0MPa，比設(shè)計強度高16MPa，而C50強度等級的主塔塔柱、箱梁混凝土的回彈強度均大于60MPa，鑒于超出了規(guī)范對標(biāo)稱能量為2.207J混凝土回彈儀測試最大強度等級不超過60MPa的范圍，因此，C50強度等級的混凝土回彈強度大于60MPa。可見，采用粉煤灰的混凝土其長期力學(xué)性能滿足結(jié)構(gòu)要求，且有較大的富裕。

2.3 氯離子侵蝕情況

對橋梁承臺、墩身現(xiàn)場取芯，芯樣直徑為100 mm，高度不大于100mm。對取回的芯樣測試表面涂層性能后利用混凝土取粉機分層取粉，采用自動電位滴定儀進行氯離子含量測定混凝土不同深度處的氯離子濃度，測試結(jié)果見圖1。主塔承臺混凝土中的氯離子侵蝕深度約27mm，引橋墩身混凝土中氯離子侵蝕深度稍大于30mm，相比主體承臺和引橋墩身，引橋承臺混凝土中氯離子濃度顯著增大，其氯離子侵蝕深度也遠(yuǎn)大于30mm。根據(jù)Fick第二定律計算的混凝土氯離子擴散系數(shù)：主橋主塔、引橋墩身、引橋承臺分別為0.31、0.44和0.63×10-12m2/s，引橋承臺混凝土氯離子擴散系數(shù)同樣顯著大于主橋主塔、引橋墩身混凝土。

圖1 典型構(gòu)件混凝土中氯離子分布情況

當(dāng)涂層無明顯破損且粘結(jié)強度大于1.0MPa時，可降低氯離子在涂層混凝土中的傳輸，并在涂層混凝土暴露20年時混凝土中氯離子滲透深度僅為10 mm 左右。本工程，涂層表面無明顯破損且粘結(jié)強度大于1.5MPa，滿足我國相關(guān)規(guī)范規(guī)定的涂層最低粘結(jié)強度的要求。本工程承臺、墩身等混凝土結(jié)構(gòu)為現(xiàn)場澆筑，潮差區(qū)的承臺采用擋水圍堰施工，但圍堰防水的效果一般，混凝土養(yǎng)護中在一定程度上受到海水的影響，此外，在施工完下部混凝土結(jié)構(gòu)后未及時對暴露在海水中的承臺結(jié)構(gòu)涂裝表面涂層。另外，取芯位置的主橋主塔、引橋墩身標(biāo)高分別為+4.5m（浪濺區(qū)）、+2.0m（水位變動區(qū)），海水平均高潮位為+4.2m、平均海平面為+2.0m，說明引橋墩身、承臺混凝土（標(biāo)高+1.5m、水位變動區(qū)）受潮汐影響更為顯著，也解釋了主塔承臺混凝土氯離子侵蝕深度、實測的氯離子擴散系數(shù)大于引橋墩身的主要原因。

3.混凝土結(jié)構(gòu)涂層性能檢測

本工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐涂層的壽命要求不少于10年，現(xiàn)場承臺、墩身混凝土構(gòu)件表面涂層外觀質(zhì)量整體狀況良好，涂層無粉化、變色、起泡等外觀變化，但個別墩柱涂層的面漆有少許的脫落現(xiàn)象，脫落面積在0.3～1.0%左右，應(yīng)及時進行局部修正。

通過對大橋承臺、墩身混凝土涂層的粘結(jié)強度與干膜厚度分析可知，不同構(gòu)件混凝土涂層的粘結(jié)強度大于1.5MPa，涂層干膜厚度大于420μm，滿足規(guī)范要求。

4.結(jié)語

綜上所述，得出以下幾點結(jié)論：

（1）箱梁、塔柱、墩臺等典型構(gòu)件的外觀狀況總體良好，但箱梁濕接頭、主塔承臺等因受溫度應(yīng)力等影響存在開裂情況，后續(xù)仍需關(guān)注裂縫發(fā)展情況，及時修復(fù)。

（2）主塔塔柱、箱梁、海中主塔承臺及海中墩柱混凝土平均碳化深度為1.0mm、2.0mm、0.5mm及0.5mm，構(gòu)件混凝土碳化深度普遍較小，碳化作用不是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素。主塔塔柱、箱梁混凝土的回彈強度大于60MPa；主塔承臺、墩柱C40強度等級混凝土的回彈強度大于56.0MPa，混凝土的力學(xué)性能滿足設(shè)計要求且有較大富裕。

（3）實際結(jié)構(gòu)混凝土氯離子擴散系數(shù)為0.31～0.63×10-12m2/s，說明采用大摻量粉煤灰的高性能混凝土具有較優(yōu)異的抗氯離子侵蝕性能；但受早期海水侵蝕、防護涂層涂裝時間晚等因素的影響，混凝土結(jié)構(gòu)中具有一定深度的氯離子侵蝕，且水位變動區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)氯離子侵蝕深度大于浪濺區(qū)，對受潮差影響的現(xiàn)澆構(gòu)件宜加強早期混凝土養(yǎng)護、及時開展表面防護作業(yè)。

（4）混凝土表面涂層的防護效果總體良好，可對結(jié)構(gòu)耐久性起到良好的防護作用。