海洋環(huán)境下橋墩耐久性質(zhì)量檢測評估

■　王彬（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路水運工程重點試驗室，福州　350004）

?

海洋環(huán)境下橋墩耐久性質(zhì)量檢測評估

■王彬1，2
（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路水運工程重點試驗室，福州350004）

摘要針對海洋環(huán)境下橋梁的混凝土耐久性方面的問題，以我國東南沿海某高速公路主線上的某橋為工程背景，對其浪濺區(qū)橋墩進行了耐久性質(zhì)量檢測，評估橋墩的耐久性狀況，對其他同類橋梁具有參考意義。

關(guān)鍵詞海洋環(huán)境橋墩耐久性檢測評估

0　引言

隨著我國交通事業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的大橋在建或已建成通車，而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性失效己逐漸成為困擾土建工程界的一個世界性問題，尤其是處于海洋或惡劣環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的問題更加突出。沿海及近海地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)，由于海洋環(huán)境對混凝土的侵蝕，導(dǎo)致鋼筋銹蝕而使結(jié)構(gòu)發(fā)生早期損壞，喪失了結(jié)構(gòu)的耐久性能，這已成為實際工程中的重要問題。

1　工程概況

本文所述某橋位于我國東南沿海某高速公路主線上，其橋墩浪濺區(qū)部分處于干濕交替狀態(tài)，混凝土表面的氯離子可通過吸收、擴散、滲透等多種途徑侵入混凝土內(nèi)部，而且干濕交替的環(huán)境條件使得鋼筋脫鈍所需的氯離子臨界濃度也降到最低，同時供氧供水不足，具備銹蝕發(fā)展的充分條件，因此銹蝕最為嚴(yán)重。該橋全長999.600m，橋跨組合為4×40+145+2×260+ 145m。其中4×40m連續(xù)T梁為引橋部分，145+2×260+ 145m四跨連續(xù)剛構(gòu)為主橋部分。下部結(jié)構(gòu)引橋為空心薄壁橋墩、雙排樁基礎(chǔ)，0號臺采用樁柱式臺，鉆孔樁基礎(chǔ)，8號臺采用重力式臺，擴大基礎(chǔ)；主橋采用雙柱式薄壁墩身，5、6號墩采用群樁基礎(chǔ)，7號墩采用明挖墻式基礎(chǔ)。中間墩設(shè)橡膠支座，過渡墩及橋臺梁端設(shè)滑板支座。詳見圖1。

該高速公路沿海橋梁已經(jīng)運營多年，由于當(dāng)時施工條件較為困難，且海域環(huán)境較為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境等級為Ⅲ-F（海洋環(huán)境，南方火熱潮濕地區(qū)，浪濺區(qū)），因此有必要抽取部分橋墩進行耐久性質(zhì)量檢測，評估橋墩的耐久性狀況，為橋梁的耐久性養(yǎng)護提供依據(jù)。

2　檢測項目

此次抽取該橋墩總數(shù)的10％且不少于10個構(gòu)件進行耐久性質(zhì)量檢測，主要檢測浪濺區(qū)橋墩混凝土氯離子含量和電阻率、混凝土保護層厚度和碳化深度，評定產(chǎn)生銹蝕的環(huán)境條件，從而判定出現(xiàn)鋼筋銹蝕的可能性，以評估橋墩結(jié)構(gòu)耐久性狀況。

圖1　某特大橋橋型布置圖和橋墩剖面圖（單位：m）

2.1測定鋼筋混凝土保護層的實際厚度

混凝土保護層為鋼筋提供了良好的保護，必要的保護層厚度能夠推遲環(huán)境中的水汽、有害離子擴散到鋼筋表面的時間以及因混凝土碳化使鋼筋失去堿性保護的時間，因此，混凝土保護層厚度及其分布均勻性是影響結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性的一個重要因素。采用鋼筋混凝土保護層測定儀測定現(xiàn)場鋼筋的混凝土保護層實際厚度。對選定的每一件構(gòu)件，可對各12根最外側(cè)鋼筋的保護層厚度進行檢測。對每根鋼筋，應(yīng)在有代表性的部位測量3個點，并要求每一構(gòu)件的測點均達到試驗要求。

2.2混凝土電阻率檢測

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。因此測量混凝土電阻率可間接評判鋼筋的可能銹蝕速率。采用四電極阻抗測量法測定，即在混凝土表面等間距接觸四支電極，兩外側(cè)電極為電流電極，兩內(nèi)側(cè)電極為電壓電極，通過檢測兩電壓電極間的混凝土獲得混凝土電阻率。

測區(qū)選擇可根據(jù)混凝土保護層厚度測定結(jié)果及橋墩所處的環(huán)境進行選擇，不少于3個測區(qū)，測區(qū)應(yīng)選取最不利位置進行。

2.3混凝土氯離子含量測定

混凝土中的氯離子可誘發(fā)并加速鋼筋銹蝕，測量混凝土中氯離子含量可間接評判鋼筋銹蝕活化的可能性。混凝土中的氯離子含量，采用現(xiàn)場按混凝土不同深度取樣，通過對樣品進行化學(xué)分析的方法加以測定。

2.4混凝土碳化深度檢測

當(dāng)混凝土孔隙溶液具有堿性（PH＞12.5）時，鋼筋表面生成一層氧化膜，阻止陽極的鐵的溶解，鋼筋就可以永不生銹。但碳化以后的混凝土PH值低于10，再加上氧和水的共同作用，就會發(fā)生鋼筋銹蝕。因此有必要對混凝土碳化深度進行檢測，以檢驗是否穿透混凝土保護層。

碳化深度混凝土氯離子含量同時進行，測區(qū)選擇根據(jù)混凝土保護層厚度測定結(jié)果、混凝土電阻率及橋墩所處的環(huán)境進行選擇，不少于3個測區(qū)，測區(qū)應(yīng)選取最不利位置進行，利用氯離子含量的測孔中滴入1％酒精酚酞試劑，然后用碳化深度儀量測從混凝土表面測孔中酚酞變色前緣的距離。

3　檢測結(jié)果及分析評定

3.1混凝土保護層厚度

全橋抽取12個墩柱進行檢測，采用CM9保護層厚度測定儀測墩柱保護層的厚度，根據(jù)參考文獻2和參考文獻3中評定保護層的厚度對結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性的影響程度評定方法進行評定，見表1。

表1　鋼筋混凝土保護層厚度評定標(biāo)準(zhǔn)

檢測結(jié)果如表2所示，檢測結(jié)果表明Dne/Dnd大部分在0.32～0.62之間，對結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性的影響較大，鋼筋容易發(fā)生銹蝕。另外，根據(jù)檢測結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，5#-3墩柱鋼筋籠偏向于上游側(cè)，5#-4墩柱鋼筋籠偏向下游側(cè)，6#-1墩柱8#臺側(cè)混凝土保護層厚度偏薄，6#-2墩柱上游側(cè)混凝土保護層厚度偏薄，6#-3墩柱0#臺側(cè)混凝土保護層厚度偏薄，6#-4墩柱上游側(cè)混凝土保護層厚度偏薄。

表2　橋墩混凝土保護層厚度測試結(jié)果

3.2混凝土氯離子含量

全橋抽取12個墩柱進行檢測，采用沖擊鉆在墩柱上鉆取混凝土粉末，用氯離子含量測定儀測定墩柱混凝土中氯離子的含量。根據(jù)參考文獻2和參考文獻3中評定氯離子含量對鋼筋銹蝕的影響程度評定方法進行評定，見表3。檢測結(jié)果如表4所示，檢測結(jié)果表明氯離子含量在0.015％～0.20％，混凝土中氯離子含量對鋼筋銹蝕的影響程度總體很小。

表3　混凝土氯離子含量評定標(biāo)準(zhǔn)

表4　橋墩實測氯離子含量

3.3混凝土電阻率

全橋抽取12個墩柱進行檢測，采用RM混凝土電阻率測定儀測定墩柱混凝土的電阻率。根據(jù)參考文獻2和參考文獻3中評定混凝土電阻率對鋼筋銹蝕的影響程度評定方法進行評定，見表5。檢測結(jié)果如表6所示，檢測結(jié)果表明混凝土電阻率在26000Ω·cm～96000Ω·cm，鋼筋的可能銹蝕程度很慢。

表5　混凝土電阻率評定標(biāo)準(zhǔn)

表6　橋墩混凝土電阻率

3.4混凝土碳化深度

全橋抽取12個墩柱進行檢測，采用氯離含量的測孔中滴入1％酒精酚酞試劑，然后用碳化深度儀量測從混凝土表面測孔中酚酞變色前緣的距離。根據(jù)文獻2和文獻3中評定碳化深度對鋼筋銹蝕影響程度評定方法進行評定，見表7。檢測結(jié)果如表8所示，檢測結(jié)果表明碳化深度與保護層厚度比值均小于1，碳化深度對鋼筋銹蝕影響很小，但最大值為2.55cm，碳化速度相對同類橋較快。

表7　碳化深度對鋼筋銹蝕影響程度的評定標(biāo)準(zhǔn)表

表8　橋墩碳化深度測試結(jié)果

4　結(jié)論與建議

對該橋橋墩的耐久性質(zhì)量檢測表明：

（1）氯離子含量在0.015％～0.20％，混凝土中氯離子含量對鋼筋銹蝕的影響程度總體很小；

（2）混凝土電阻率在26000Ω·cm～96000Ω·cm，混凝土鋼筋可能銹蝕程度很慢；

（3）混凝土保護層檢測結(jié)果表明5#-3墩柱、5#-4墩柱鋼筋籠出現(xiàn)偏位，6#-1墩柱、6#-2墩柱、6#-3墩柱、6#-4墩柱混凝土保護層厚度均偏薄，Dne/Dnd大部分在0.32～0.62之間，對結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性的影響較大，鋼筋容易發(fā)生銹蝕；

（4）碳化深度目前對鋼筋銹蝕影響很小，但碳化深度最大值為2.55cm，碳化速度相對同類橋較快。

從本次檢測結(jié)果來看，各檢測指標(biāo)對鋼筋銹蝕的影響程度較小，雖然該橋常年處于海洋環(huán)境當(dāng)中，但總體來說該橋墩混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能良好。影響該橋墩混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素是混凝土保護層厚度。因此，后續(xù)應(yīng)加強混凝土表觀病害的觀測，可建立混凝土耐久性定期檢測和評估機制，以確保其設(shè)計生命周期的實現(xiàn)以及避免因發(fā)生嚴(yán)重耐久性不足時而導(dǎo)致更大的維修經(jīng)濟損失，必要時還應(yīng)采取防護和加固措施。

參考文獻

［1］程云虹，劉斌.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究現(xiàn)狀及趨勢.東北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003（06）.

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

［3］交通部公路科學(xué)研究院.結(jié)構(gòu)混凝土現(xiàn)場檢測技術(shù)（下冊）.

［4］水金鋒.海潮影響區(qū)鋼筋混凝土橋梁的耐久性研究［D］.大連理工大學(xué)，2006.

［5］牛世久.鋼筋混凝土橋梁耐久性病害特殊檢測技術(shù)分析.山西建筑，2007（15）.

［6］李忠梅.鋼筋混凝土橋梁耐久性的分析研究［D］.山東大學(xué)，2005.