福建省沿海混凝土舊橋材質狀況及耐久性檢測評定

（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狀況及耐久性檢測評定

■陳旭輝

（泉州市公路局石獅分局，泉州 362700）

針對福建省東部沿海國省道干線早期修建的混凝土舊橋使用養護問題，以某座國道干線橋梁為工程背景，對全橋結構進行材質狀況及耐久性檢測，評定橋梁的使用性能及耐久性狀況，對我省其他沿海同類橋梁耐久性評定具有指導意義。

沿海 舊橋 材質狀況及耐久性 檢測評定

0 引言

隨著我省公路交通事業的迅速發展，公路交通量及車輛荷載快速增加，上世紀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行交通量以及交通荷載的要求已經引起公路管養部門的重視。我省東部靠海，海岸線長達3324km，沿海橋梁數量眾多。在惡劣的海洋環境下，由于環境對混凝土的侵蝕，導致鋼筋銹蝕而使結構發生早期損壞，喪失了橋梁結構的耐久性。通過對橋梁材質狀況的檢測準確評價橋梁的質量安全狀況，從而及時有效地制定針對性的對策，為沿海公路橋梁管理養護工作提供指導意義。

1 工程概況

本文所依托的工程位于我省某國道主線上，該橋于1990年1月投入營運，位于某市出海口，常年處于干濕交替狀態以及海洋環境下。該橋全長368.3m，上部結構橋跨分布為18孔20m鋼筋混凝土T形梁，共4聯，為結構簡支、橋面連續體系。20m裝配式鋼筋混凝土簡支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。下部結構采用雙柱式墩身，鉆孔灌注樁基礎。設計荷載等級：汽-20級，掛-100級，人群荷載3.5kN/m2。上部結構建造材料采用40#混凝土，受力鋼筋采用Ⅱ級鋼筋，構造鋼筋采用Ⅰ級鋼筋。

圖1 某橋跨中橫斷面示意圖（單位：m）

根據規范[4]，上部結構處于環境等級為Ⅲ-E（大氣區：重度鹽霧，距平均水位上方15m高度以內的海上大氣區），下部結構處于環境等級為Ⅲ-E（潮汐區和浪濺區，非炎熱地區）。

2 檢測項目

根據日常養護外觀檢查結果，分別抽取該橋上部結構、下部結構總數的10%且不少于10個構件進行混凝土材質狀況與狀體參數檢測評定，檢測內容主要有：混凝土材質強度檢測評定、橋梁鋼筋保護層厚度檢測評定、橋梁碳化狀況檢測評定、橋梁鋼筋銹蝕電位檢測評定、橋梁電阻率檢測評定，從而判定橋梁結構耐久性狀況[2]。

2.1 混凝土材質強度檢測評定

混凝土材料應根據結構所處的環境類型、作用等級和結構設計使用年限，按同時滿足混凝土最低強度等級來確定，此外應同時滿足耐久性和承載能力的要求。采用回彈法檢測構件強度，要求實測強度要大于滿足耐久性要求的最低強度等級。

2.2 橋梁鋼筋保護層厚度檢測評定

混凝土保護層為鋼筋提供保護，環境中會影響鋼筋銹蝕的因子隨著入侵混凝土厚度的增加，影響效應減緩，因此必要的保護層厚度能夠有效減緩鋼筋發生銹蝕的時間，混凝土保護層厚度及分布的均勻性是影響結構鋼筋耐久性的一個重要因素。采用電磁法確定保護層厚度，要求實測保護層厚度要大于滿足規范規定的最小厚度。

2.3 橋梁碳化狀況檢測評定

當混凝土空隙溶液具有堿性（PH＞12.5）時，鋼筋表面就會生成一層氧化膜，阻止陽極的鐵的溶解，鋼筋就可以避免發生銹蝕。混凝土發生碳化后，混凝土PH值會低于10，加上氧氣和水的共同作用，就會發生鋼筋銹蝕[1]。進行碳化狀況檢測，可以檢驗碳化是否穿透混凝土保護層。

2.4 橋梁鋼筋銹蝕電位檢測評定

鋼筋銹蝕電位檢測是能夠直接反應鋼筋可能存在銹蝕部位和銹蝕狀態的方法，利用混凝土中鋼筋銹蝕的電化學反應引起的電位變化來測定鋼筋的銹蝕狀態。采用半電池電位法來檢測，通過測定鋼筋/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，評定混凝土中鋼筋的銹蝕活化程度[3]。

2.5 橋梁電阻率檢測評定

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，鋼筋銹蝕發展速度快。采用四電極阻抗測量法測定。

3 檢測結果及評定

3.1 混凝土材質強度檢測結果

根據逐年橋梁養護日志，全橋上部結構選擇了病害較為嚴重的2跨T梁，橋墩則抽取了水中2個表觀較差的進行檢測。根據規范[2]評定標準（見表2）對強度檢測結果進行評定。強度檢測結果如表1所示。

表1 回彈法測混凝土強度檢測結果表

由表1可知，上部結構第5跨、6跨T梁實測混凝土平均換算強度值分別為39.7MPa和42.8MPa，下部結構5#、6#墩柱實測混凝土平均換算強度值分別為32.2MPa和31.2MPa。根據表2評定標準，上部、下部結構推定強度勻質系數Kbm=Rim/R均大于1.00，混凝土強度評定標度值分別取1，強度狀況良好。但由于當時設計未考慮海洋環境的特殊性，實測強度值較難滿足規范[4]中耐久性要求的混凝土最低強度等級C40。

表2 橋梁混凝土強度評定標準

3.2 橋梁鋼筋保護層厚度檢測結果

選取第5跨、6跨T梁以及5#、6#墩柱進行鋼筋保護層厚度檢測，通過計算得出鋼筋保護層厚度特征值Dne，根據規范[2]對檢測結果進行耐久性評定。實測結果見表3，評定標準見表4。

表3 構件混凝土鋼筋保護層厚度檢測結果

表4 橋梁混凝土鋼筋保護層厚度評定標準

由表3可知，上部結構第5跨、6跨T梁鋼筋保護層厚度特征值為28.9～33.7mm，Dne/Dnd為0.90～1.05；下部結構5#、6#墩柱鋼筋保護層厚度特征值為37.0～44.2mm，Dne/Dnd為0.74～0.88。根據規范[2]由表4可知，上部結構第5跨、6跨T梁大部分評定標度值為1，個別梁片評定標度值為2，保護層厚度對結構鋼筋耐久性有輕度影響；下部結構5#墩評定標度值為2，保護層厚度對結構鋼筋耐久性有輕度影響，6#墩評定標度值為3，保護層厚度對結構鋼筋耐久性有影響。6#墩柱混凝土保護層厚度偏薄，低于規范[4]中耐久性要求的混凝土與鋼筋的保護層最小厚度值40.0mm。

3.3橋梁碳化狀況檢測結果

抽取有代表性的回彈值測試位置測量混凝土碳化深度，測點數不少于測區數的30%。根據測區混凝土碳化深度平均值與實測保護層厚度的比值Kc，根據規范[2]確定混凝土碳化評定標度值。評定標準見表5，測試結果見表6。

表5 混凝土碳化評定標準

表6 橋梁碳化深度測試結果

根據表5、表6可知，上部結構T梁與下部結構墩柱實測碳化深度與保護層厚度比值Kc＜0.5，評定標度值均為1，碳化深度對鋼筋銹蝕影響很小。

3.4 橋梁鋼筋銹蝕電位檢測結果

對上部結構第5跨、6跨T梁以及5#、6#墩柱進行鋼筋銹蝕電位檢測，根據規范[2]確定鋼筋銹蝕電位評定標度值。測試結果見表7，評定標準見表8。

表7 鋼筋銹蝕電位檢測結果

表8 混凝土橋梁鋼筋銹蝕電位評定標準

由表7可知，上部結構T梁鋼筋銹蝕電位最低值均處于≥-200mV范圍內；下部結構墩柱鋼筋銹蝕電位最低值均處于﹙-200,-300]mV范圍內。根據表8評定標準[2]，上部結構T梁鋼筋銹蝕電位評定標度值為1，銹蝕狀況為無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定；下部結構墩柱鋼筋銹蝕電位評定標度為2，銹蝕狀況為有銹蝕活動性，但銹蝕狀態不確定，可能出現坑蝕。

3.5 橋梁電阻率檢測結果

采用RM混凝土電阻率測定儀對上部結構第5跨、6跨T梁以及5#、6#墩柱進行電阻率檢測。根據規范[3]評定標準（見表10）評定混凝土電阻率對鋼筋銹蝕的影響程度。檢測結果見表9。檢測結果表明上部結構混凝土電阻率在21 000～31 000Ω·cm之間，下部結構混凝土電阻率在37 000～47 000Ω·cm，混凝土電阻率評定標度值均為1，鋼筋的可能銹蝕程度均很慢。

表9 混凝土電阻率檢測結果

表10 混凝土電阻率評定標準

4 結論與建議

對該橋上部結構、下部結構的耐久性質量檢測表明：

（1）上部、下部結構推定強度勻質系數 Kbm＝Rim/R均大于1.00，混凝土強度評定標度值分別取1，強度狀況良好。但由于當時設計未考慮海洋環境的特殊性，實測強度值較難滿足耐久性要求的混凝土最低強度等級C40。

（2）上部結構第5跨、6跨T梁大部分評定標度值為1，個別梁片評定標度值為2，保護層厚度對結構鋼筋耐久性有輕度影響；下部結構5#墩評定標度值為2，保護層厚度對結構鋼筋耐久性有輕度影響，6#墩評定標度值為3，保護層厚度對結構鋼筋耐久性有影響。6#墩柱混凝土保護層厚度偏薄，低于耐久性要求的混凝土與鋼筋的保護層最小厚度值40.0mm。

（3）上部結構T梁與下部結構墩柱實測碳化深度與保護層厚度比值Kc＜0.5，評定標度值均為1，碳化深度對鋼筋銹蝕影響很小。

（4）上部結構T梁鋼筋銹蝕電位評定標度值為1，銹蝕狀況為無銹蝕活動性或銹蝕活動性不確定；下部結構墩柱鋼筋銹蝕電位評定標度為2，銹蝕狀況為有銹蝕活動性，但銹蝕狀態不確定，可能出現坑蝕。

（5）檢測結果表明上部結構混凝土電阻率在21 000～31 000Ω·cm之間，下部結構混凝土電阻率在37 000～47 000Ω·cm之間，混凝土電阻率評定標度值均為1，鋼筋的可能銹蝕程度均很慢。

從本次檢測結果來看，上世紀八九十年代設計的橋梁在設計之初較多考慮的是橋梁的使用性能、承受荷載等級的能力，而對橋梁在海洋環境下的耐久性考慮不夠，施工中對保護層厚度指標的控制也略顯不足。

影響該橋混凝土結構耐久性的主要因素是混凝土保護層厚度、次要因素是混凝土強度。因此，在后續定期檢查管養過程中，要加強對混凝土結構表觀病害的檢查，建立橋庫檔案，通過技術狀況評分體系，確保在設計壽命期內橋梁安全運營，避免因發生嚴重耐久性不足而引起橋梁病害發展，導致更大的維修經濟損失，必要時還應及時采取防護和加固措施。

[1]王彬.海洋環境下橋墩耐久性質量檢測評估.福建交通科技,2016 (02).

[2]JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測評定規程[S].

[3]交通部公路科學研究院.混凝土舊橋材質狀況及耐久性檢測評定指南.2004.12.

[4]GB/T 50476-2008,混凝土結構耐久性設計規范[S].