■　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(yùn)工程重點(diǎn)試驗(yàn)室，福州　350004）

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海洋環(huán)境下橋墩耐久性質(zhì)量檢測(cè)評(píng)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(yùn)工程重點(diǎn)試驗(yàn)室，福州350004）

摘要針對(duì)海洋環(huán)境下橋梁的混凝土耐久性方面的問(wèn)題，以我國(guó)東南沿海某高速公路主線(xiàn)上的某橋?yàn)楣こ瘫尘?，?duì)其浪濺區(qū)橋墩進(jìn)行了耐久性質(zhì)量檢測(cè)，評(píng)估橋墩的耐久性狀況，對(duì)其他同類(lèi)橋梁具有參考意義。

關(guān)鍵詞海洋環(huán)境橋墩耐久性檢測(cè)評(píng)估

0　引言

隨著我國(guó)交通事業(yè)的迅速發(fā)展，越來(lái)越多的大橋在建或已建成通車(chē)，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(gè)世界性問(wèn)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(wèn)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(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，喪失了結(jié)構(gòu)的耐久性能，這已成為實(shí)際工程中的重要問(wèn)題。

1　工程概況

本文所述某橋位于我國(guó)東南沿海某高速公路主線(xiàn)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(guò)吸收、擴(kuò)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(shí)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(zhǎng)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?yàn)榭招谋”跇蚨?、雙排樁基礎(chǔ)，0號(hào)臺(tái)采用樁柱式臺(tái)，鉆孔樁基礎(chǔ)，8號(hào)臺(tái)采用重力式臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)；主橋采用雙柱式薄壁墩身，5、6號(hào)墩采用群樁基礎(chǔ)，7號(hào)墩采用明挖墻式基礎(chǔ)。中間墩設(shè)橡膠支座，過(guò)渡墩及橋臺(tái)梁端設(shè)滑板支座。詳見(jiàn)圖1。

該高速公路沿海橋梁已經(jīng)運(yùn)營(yíng)多年，由于當(dāng)時(shí)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(jí)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(jìn)行耐久性質(zhì)量檢測(cè)，評(píng)估橋墩的耐久性狀況，為橋梁的耐久性養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。

2　檢測(cè)項(xiàng)目

此次抽取該橋墩總數(shù)的10％且不少于10個(gè)構(gòu)件進(jìn)行耐久性質(zhì)量檢測(cè)，主要檢測(cè)浪濺區(qū)橋墩混凝土氯離子含量和電阻率、混凝土保護(hù)層厚度和碳化深度，評(píng)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(píng)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(cè)定鋼筋混凝土保護(hù)層的實(shí)際厚度

混凝土保護(hù)層為鋼筋提供了良好的保護(hù)，必要的保護(hù)層厚度能夠推遲環(huán)境中的水汽、有害離子擴(kuò)散到鋼筋表面的時(shí)間以及因混凝土碳化使鋼筋失去堿性保護(hù)的時(shí)間，因此，混凝土保護(hù)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(gè)重要因素。采用鋼筋混凝土保護(hù)層測(cè)定儀測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)鋼筋的混凝土保護(hù)層實(shí)際厚度。對(duì)選定的每一件構(gòu)件，可對(duì)各12根最外側(cè)鋼筋的保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)每根鋼筋，應(yīng)在有代表性的部位測(cè)量3個(gè)點(diǎn)，并要求每一構(gòu)件的測(cè)點(diǎn)均達(dá)到試驗(yàn)要求。

2.2混凝土電阻率檢測(cè)

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(cè)量混凝土電阻率可間接評(píng)判鋼筋的可能銹蝕速率。采用四電極阻抗測(cè)量法測(cè)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(guò)檢測(cè)兩電壓電極間的混凝土獲得混凝土電阻率。

測(cè)區(qū)選擇可根據(jù)混凝土保護(hù)層厚度測(cè)定結(jié)果及橋墩所處的環(huán)境進(jìn)行選擇，不少于3個(gè)測(cè)區(qū)，測(cè)區(qū)應(yīng)選取最不利位置進(jìn)行。

2.3混凝土氯離子含量測(cè)定

混凝土中的氯離子可誘發(fā)并加速鋼筋銹蝕，測(cè)量混凝土中氯離子含量可間接評(píng)判鋼筋銹蝕活化的可能性?；炷林械穆入x子含量，采用現(xiàn)場(chǎng)按混凝土不同深度取樣，通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)分析的方法加以測(cè)定。

2.4混凝土碳化深度檢測(cè)

當(dāng)混凝土孔隙溶液具有堿性（PH＞12.5）時(shí)，鋼筋表面生成一層氧化膜，阻止陽(yáng)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(huì)發(fā)生鋼筋銹蝕。因此有必要對(duì)混凝土碳化深度進(jìn)行檢測(cè)，以檢驗(yàn)是否穿透混凝土保護(hù)層。

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

3　檢測(cè)結(jié)果及分析評(píng)定

3.1混凝土保護(hù)層厚度

全橋抽取12個(gè)墩柱進(jìn)行檢測(cè)，采用CM9保護(hù)層厚度測(cè)定儀測(cè)墩柱保護(hù)層的厚度，根據(jù)參考文獻(xiàn)2和參考文獻(xiàn)3中評(píng)定保護(hù)層的厚度對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋耐久性的影響程度評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定，見(jiàn)表1。

表1　鋼筋混凝土保護(hù)層厚度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

檢測(cè)結(jié)果如表2所示，檢測(cè)結(jié)果表明Dne/Dnd大部分在0.32～0.62之間，對(duì)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(cè)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(tái)側(cè)混凝土保護(hù)層厚度偏薄，6#-2墩柱上游側(cè)混凝土保護(hù)層厚度偏薄，6#-3墩柱0#臺(tái)側(cè)混凝土保護(hù)層厚度偏薄，6#-4墩柱上游側(cè)混凝土保護(hù)層厚度偏薄。

表2　橋墩混凝土保護(hù)層厚度測(cè)試結(jié)果

3.2混凝土氯離子含量

全橋抽取12個(gè)墩柱進(jìn)行檢測(cè)，采用沖擊鉆在墩柱上鉆取混凝土粉末，用氯離子含量測(cè)定儀測(cè)定墩柱混凝土中氯離子的含量。根據(jù)參考文獻(xiàn)2和參考文獻(xiàn)3中評(píng)定氯離子含量對(duì)鋼筋銹蝕的影響程度評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定，見(jiàn)表3。檢測(cè)結(jié)果如表4所示，檢測(cè)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(duì)鋼筋銹蝕的影響程度總體很小。

表3　混凝土氯離子含量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

表4　橋墩實(shí)測(cè)氯離子含量

3.3混凝土電阻率

全橋抽取12個(gè)墩柱進(jìn)行檢測(cè)，采用RM混凝土電阻率測(cè)定儀測(cè)定墩柱混凝土的電阻率。根據(jù)參考文獻(xiàn)2和參考文獻(xiàn)3中評(píng)定混凝土電阻率對(duì)鋼筋銹蝕的影響程度評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定，見(jiàn)表5。檢測(cè)結(jié)果如表6所示，檢測(cè)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(píng)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(gè)墩柱進(jìn)行檢測(cè)，采用氯離含量的測(cè)孔中滴入1％酒精酚酞試劑，然后用碳化深度儀量測(cè)從混凝土表面測(cè)孔中酚酞變色前緣的距離。根據(jù)文獻(xiàn)2和文獻(xiàn)3中評(píng)定碳化深度對(duì)鋼筋銹蝕影響程度評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定，見(jiàn)表7。檢測(cè)結(jié)果如表8所示，檢測(cè)結(jié)果表明碳化深度與保護(hù)層厚度比值均小于1，碳化深度對(duì)鋼筋銹蝕影響很小，但最大值為2.55cm，碳化速度相對(duì)同類(lèi)橋較快。

表7　碳化深度對(duì)鋼筋銹蝕影響程度的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)表

表8　橋墩碳化深度測(cè)試結(jié)果

4　結(jié)論與建議

對(duì)該橋橋墩的耐久性質(zhì)量檢測(cè)表明：

（1）氯離子含量在0.015％～0.20％，混凝土中氯離子含量對(duì)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(hù)層檢測(cè)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(hù)層厚度均偏薄，Dne/Dnd大部分在0.32～0.62之間，對(duì)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(duì)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(duì)同類(lèi)橋較快。

從本次檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，各檢測(cè)指標(biāo)對(duì)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(lái)說(shuō)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(hù)層厚度。因此，后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)混凝土表觀病害的觀測(cè)，可建立混凝土耐久性定期檢測(cè)和評(píng)估機(jī)制，以確保其設(shè)計(jì)生命周期的實(shí)現(xiàn)以及避免因發(fā)生嚴(yán)重耐久性不足時(shí)而導(dǎo)致更大的維修經(jīng)濟(jì)損失，必要時(shí)還應(yīng)采取防護(hù)和加固措施。

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