福建省沿海混凝土舊橋材質(zhì)狀況及耐久性檢測(cè)評(píng)定

（泉州市公路局石獅分局，泉州 362700）

福建省沿海混凝土舊橋材質(zhì)狀況及耐久性檢測(cè)評(píng)定

■陳旭輝

（泉州市公路局石獅分局，泉州 362700）

針對(duì)福建省東部沿海國(guó)省道干線早期修建的混凝土舊橋使用養(yǎng)護(hù)問(wèn)題，以某座國(guó)道干線橋梁為工程背景，對(duì)全橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行材質(zhì)狀況及耐久性檢測(cè)，評(píng)定橋梁的使用性能及耐久性狀況，對(duì)我省其他沿海同類橋梁耐久性評(píng)定具有指導(dǎo)意義。

沿海 舊橋 材質(zhì)狀況及耐久性 檢測(cè)評(píng)定

0 引言

隨著我省公路交通事業(yè)的迅速發(fā)展，公路交通量及車輛荷載快速增加，上世紀(jì)八九十年代早期修建的混凝土舊橋的使用性能是否仍然滿足現(xiàn)行交通量以及交通荷載的要求已經(jīng)引起公路管養(yǎng)部門的重視。我省東部靠海，海岸線長(zhǎng)達(dá)3324km，沿海橋梁數(shù)量眾多。在惡劣的海洋環(huán)境下，由于環(huán)境對(duì)混凝土的侵蝕，導(dǎo)致鋼筋銹蝕而使結(jié)構(gòu)發(fā)生早期損壞，喪失了橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。通過(guò)對(duì)橋梁材質(zhì)狀況的檢測(cè)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)橋梁的質(zhì)量安全狀況，從而及時(shí)有效地制定針對(duì)性的對(duì)策，為沿海公路橋梁管理養(yǎng)護(hù)工作提供指導(dǎo)意義。

1 工程概況

本文所依托的工程位于我省某國(guó)道主線上，該橋于1990年1月投入營(yíng)運(yùn)，位于某市出?？冢Ｄ晏幱诟蓾窠惶鏍顟B(tài)以及海洋環(huán)境下。該橋全長(zhǎng)368.3m，上部結(jié)構(gòu)橋跨分布為18孔20m鋼筋混凝土T形梁，共4聯(lián)，為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支、橋面連續(xù)體系。20m裝配式鋼筋混凝土簡(jiǎn)支T梁高1.50m，肋寬 0.18～0.35m，翼板厚0.15～0.20m，翼緣寬1.60m（邊梁1.89m），單幅橫斷面為五梁式，橋面寬度為1.50m（人行道）+9.25m（行車道）+0.50m（中央分隔帶）＝11.25m，跨中橫斷面如圖1所示。下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式墩身，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：汽-20級(jí)，掛-100級(jí)，人群荷載3.5kN/m2。上部結(jié)構(gòu)建造材料采用40#混凝土，受力鋼筋采用Ⅱ級(jí)鋼筋，構(gòu)造鋼筋采用Ⅰ級(jí)鋼筋。

圖1 某橋跨中橫斷面示意圖（單位：m）

根據(jù)規(guī)范[4]，上部結(jié)構(gòu)處于環(huán)境等級(jí)為Ⅲ-E（大氣區(qū)：重度鹽霧，距平均水位上方15m高度以內(nèi)的海上大氣區(qū)），下部結(jié)構(gòu)處于環(huán)境等級(jí)為Ⅲ-E（潮汐區(qū)和浪濺區(qū)，非炎熱地區(qū)）。

2 檢測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)日常養(yǎng)護(hù)外觀檢查結(jié)果，分別抽取該橋上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)總數(shù)的10%且不少于10個(gè)構(gòu)件進(jìn)行混凝土材質(zhì)狀況與狀體參數(shù)檢測(cè)評(píng)定，檢測(cè)內(nèi)容主要有：混凝土材質(zhì)強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)定、橋梁鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)評(píng)定、橋梁碳化狀況檢測(cè)評(píng)定、橋梁鋼筋銹蝕電位檢測(cè)評(píng)定、橋梁電阻率檢測(cè)評(píng)定，從而判定橋梁結(jié)構(gòu)耐久性狀況[2]。

2.1 混凝土材質(zhì)強(qiáng)度檢測(cè)評(píng)定

混凝土材料應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類型、作用等級(jí)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限，按同時(shí)滿足混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)來(lái)確定，此外應(yīng)同時(shí)滿足耐久性和承載能力的要求。采用回彈法檢測(cè)構(gòu)件強(qiáng)度，要求實(shí)測(cè)強(qiáng)度要大于滿足耐久性要求的最低強(qiáng)度等級(jí)。

2.2 橋梁鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)評(píng)定

混凝土保護(hù)層為鋼筋提供保護(hù)，環(huán)境中會(huì)影響鋼筋銹蝕的因子隨著入侵混凝土厚度的增加，影響效應(yīng)減緩，因此必要的保護(hù)層厚度能夠有效減緩鋼筋發(fā)生銹蝕的時(shí)間，混凝土保護(hù)層厚度及分布的均勻性是影響結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性的一個(gè)重要因素。采用電磁法確定保護(hù)層厚度，要求實(shí)測(cè)保護(hù)層厚度要大于滿足規(guī)范規(guī)定的最小厚度。

2.3 橋梁碳化狀況檢測(cè)評(píng)定

當(dāng)混凝土空隙溶液具有堿性（PH＞12.5）時(shí)，鋼筋表面就會(huì)生成一層氧化膜，阻止陽(yáng)極的鐵的溶解，鋼筋就可以避免發(fā)生銹蝕?；炷涟l(fā)生碳化后，混凝土PH值會(huì)低于10，加上氧氣和水的共同作用，就會(huì)發(fā)生鋼筋銹蝕[1]。進(jìn)行碳化狀況檢測(cè)，可以檢驗(yàn)碳化是否穿透混凝土保護(hù)層。

2.4 橋梁鋼筋銹蝕電位檢測(cè)評(píng)定

鋼筋銹蝕電位檢測(cè)是能夠直接反應(yīng)鋼筋可能存在銹蝕部位和銹蝕狀態(tài)的方法，利用混凝土中鋼筋銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)引起的電位變化來(lái)測(cè)定鋼筋的銹蝕狀態(tài)。采用半電池電位法來(lái)檢測(cè)，通過(guò)測(cè)定鋼筋/混凝土半電池電極與在混凝土表面的銅/硫酸銅參考電極之間的電位差，評(píng)定混凝土中鋼筋的銹蝕活化程度[3]。

2.5 橋梁電阻率檢測(cè)評(píng)定

混凝土電阻率是控制混凝土中鋼筋銹蝕速率的因素之一，混凝土電阻率小，鋼筋銹蝕發(fā)展速度快。采用四電極阻抗測(cè)量法測(cè)定。

3 檢測(cè)結(jié)果及評(píng)定

3.1 混凝土材質(zhì)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)逐年橋梁養(yǎng)護(hù)日志，全橋上部結(jié)構(gòu)選擇了病害較為嚴(yán)重的2跨T梁，橋墩則抽取了水中2個(gè)表觀較差的進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)規(guī)范[2]評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表2）對(duì)強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)定。強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 回彈法測(cè)混凝土強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果表

由表1可知，上部結(jié)構(gòu)第5跨、6跨T梁實(shí)測(cè)混凝土平均換算強(qiáng)度值分別為39.7MPa和42.8MPa，下部結(jié)構(gòu)5#、6#墩柱實(shí)測(cè)混凝土平均換算強(qiáng)度值分別為32.2MPa和31.2MPa。根據(jù)表2評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，上部、下部結(jié)構(gòu)推定強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù)Kbm=Rim/R均大于1.00，混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度值分別取1，強(qiáng)度狀況良好。但由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)未考慮海洋環(huán)境的特殊性，實(shí)測(cè)強(qiáng)度值較難滿足規(guī)范[4]中耐久性要求的混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)C40。

表2 橋梁混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

3.2 橋梁鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果

選取第5跨、6跨T梁以及5#、6#墩柱進(jìn)行鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)，通過(guò)計(jì)算得出鋼筋保護(hù)層厚度特征值Dne，根據(jù)規(guī)范[2]對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行耐久性評(píng)定。實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

表3 構(gòu)件混凝土鋼筋保護(hù)層厚度檢測(cè)結(jié)果

表4 橋梁混凝土鋼筋保護(hù)層厚度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

由表3可知，上部結(jié)構(gòu)第5跨、6跨T梁鋼筋保護(hù)層厚度特征值為28.9～33.7mm，Dne/Dnd為0.90～1.05；下部結(jié)構(gòu)5#、6#墩柱鋼筋保護(hù)層厚度特征值為37.0～44.2mm，Dne/Dnd為0.74～0.88。根據(jù)規(guī)范[2]由表4可知，上部結(jié)構(gòu)第5跨、6跨T梁大部分評(píng)定標(biāo)度值為1，個(gè)別梁片評(píng)定標(biāo)度值為2，保護(hù)層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有輕度影響；下部結(jié)構(gòu)5#墩評(píng)定標(biāo)度值為2，保護(hù)層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有輕度影響，6#墩評(píng)定標(biāo)度值為3，保護(hù)層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有影響。6#墩柱混凝土保護(hù)層厚度偏薄，低于規(guī)范[4]中耐久性要求的混凝土與鋼筋的保護(hù)層最小厚度值40.0mm。

3.3橋梁碳化狀況檢測(cè)結(jié)果

抽取有代表性的回彈值測(cè)試位置測(cè)量混凝土碳化深度，測(cè)點(diǎn)數(shù)不少于測(cè)區(qū)數(shù)的30%。根據(jù)測(cè)區(qū)混凝土碳化深度平均值與實(shí)測(cè)保護(hù)層厚度的比值Kc，根據(jù)規(guī)范[2]確定混凝土碳化評(píng)定標(biāo)度值。評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 混凝土碳化評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

表6 橋梁碳化深度測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表5、表6可知，上部結(jié)構(gòu)T梁與下部結(jié)構(gòu)墩柱實(shí)測(cè)碳化深度與保護(hù)層厚度比值Kc＜0.5，評(píng)定標(biāo)度值均為1，碳化深度對(duì)鋼筋銹蝕影響很小。

3.4 橋梁鋼筋銹蝕電位檢測(cè)結(jié)果

對(duì)上部結(jié)構(gòu)第5跨、6跨T梁以及5#、6#墩柱進(jìn)行鋼筋銹蝕電位檢測(cè)，根據(jù)規(guī)范[2]確定鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度值。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表8。

表7 鋼筋銹蝕電位檢測(cè)結(jié)果

表8 混凝土橋梁鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

由表7可知，上部結(jié)構(gòu)T梁鋼筋銹蝕電位最低值均處于≥-200mV范圍內(nèi)；下部結(jié)構(gòu)墩柱鋼筋銹蝕電位最低值均處于﹙-200,-300]mV范圍內(nèi)。根據(jù)表8評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[2]，上部結(jié)構(gòu)T梁鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度值為1，銹蝕狀況為無(wú)銹蝕活動(dòng)性或銹蝕活動(dòng)性不確定；下部結(jié)構(gòu)墩柱鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度為2，銹蝕狀況為有銹蝕活動(dòng)性，但銹蝕狀態(tài)不確定，可能出現(xiàn)坑蝕。

3.5 橋梁電阻率檢測(cè)結(jié)果

采用RM混凝土電阻率測(cè)定儀對(duì)上部結(jié)構(gòu)第5跨、6跨T梁以及5#、6#墩柱進(jìn)行電阻率檢測(cè)。根據(jù)規(guī)范[3]評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表10）評(píng)定混凝土電阻率對(duì)鋼筋銹蝕的影響程度。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表9。檢測(cè)結(jié)果表明上部結(jié)構(gòu)混凝土電阻率在21 000～31 000Ω·cm之間，下部結(jié)構(gòu)混凝土電阻率在37 000～47 000Ω·cm，混凝土電阻率評(píng)定標(biāo)度值均為1，鋼筋的可能銹蝕程度均很慢。

表9 混凝土電阻率檢測(cè)結(jié)果

表10 混凝土電阻率評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)論與建議

對(duì)該橋上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)的耐久性質(zhì)量檢測(cè)表明：

（1）上部、下部結(jié)構(gòu)推定強(qiáng)度勻質(zhì)系數(shù) Kbm＝Rim/R均大于1.00，混凝土強(qiáng)度評(píng)定標(biāo)度值分別取1，強(qiáng)度狀況良好。但由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)未考慮海洋環(huán)境的特殊性，實(shí)測(cè)強(qiáng)度值較難滿足耐久性要求的混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)C40。

（2）上部結(jié)構(gòu)第5跨、6跨T梁大部分評(píng)定標(biāo)度值為1，個(gè)別梁片評(píng)定標(biāo)度值為2，保護(hù)層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有輕度影響；下部結(jié)構(gòu)5#墩評(píng)定標(biāo)度值為2，保護(hù)層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有輕度影響，6#墩評(píng)定標(biāo)度值為3，保護(hù)層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性有影響。6#墩柱混凝土保護(hù)層厚度偏薄，低于耐久性要求的混凝土與鋼筋的保護(hù)層最小厚度值40.0mm。

（3）上部結(jié)構(gòu)T梁與下部結(jié)構(gòu)墩柱實(shí)測(cè)碳化深度與保護(hù)層厚度比值Kc＜0.5，評(píng)定標(biāo)度值均為1，碳化深度對(duì)鋼筋銹蝕影響很小。

（4）上部結(jié)構(gòu)T梁鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度值為1，銹蝕狀況為無(wú)銹蝕活動(dòng)性或銹蝕活動(dòng)性不確定；下部結(jié)構(gòu)墩柱鋼筋銹蝕電位評(píng)定標(biāo)度為2，銹蝕狀況為有銹蝕活動(dòng)性，但銹蝕狀態(tài)不確定，可能出現(xiàn)坑蝕。

（5）檢測(cè)結(jié)果表明上部結(jié)構(gòu)混凝土電阻率在21 000～31 000Ω·cm之間，下部結(jié)構(gòu)混凝土電阻率在37 000～47 000Ω·cm之間，混凝土電阻率評(píng)定標(biāo)度值均為1，鋼筋的可能銹蝕程度均很慢。

從本次檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，上世紀(jì)八九十年代設(shè)計(jì)的橋梁在設(shè)計(jì)之初較多考慮的是橋梁的使用性能、承受荷載等級(jí)的能力，而對(duì)橋梁在海洋環(huán)境下的耐久性考慮不夠，施工中對(duì)保護(hù)層厚度指標(biāo)的控制也略顯不足。

影響該橋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素是混凝土保護(hù)層厚度、次要因素是混凝土強(qiáng)度。因此，在后續(xù)定期檢查管養(yǎng)過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)表觀病害的檢查，建立橋庫(kù)檔案，通過(guò)技術(shù)狀況評(píng)分體系，確保在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)橋梁安全運(yùn)營(yíng)，避免因發(fā)生嚴(yán)重耐久性不足而引起橋梁病害發(fā)展，導(dǎo)致更大的維修經(jīng)濟(jì)損失，必要時(shí)還應(yīng)及時(shí)采取防護(hù)和加固措施。

[1]王彬.海洋環(huán)境下橋墩耐久性質(zhì)量檢測(cè)評(píng)估.福建交通科技,2016 (02).

[2]JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程[S].

[3]交通部公路科學(xué)研究院.混凝土舊橋材質(zhì)狀況及耐久性檢測(cè)評(píng)定指南.2004.12.

[4]GB/T 50476-2008,混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范[S].