鋼筋混凝土橋梁的無損檢測(cè)

聞寶聯(lián) ¹劉凱利²王新剛^3 王欣4

（1天津市政工程研究院，天津，300201； 2. 天津市匯盈混凝土結(jié)構(gòu)診治科技有限公司，天津，300201；3. 中交港灣工程設(shè)計(jì)院，天津，300222;4.天津宏亞工程咨詢公司,天津,300200）

摘要：對(duì)既有橋梁進(jìn)行無損傷檢測(cè)，可對(duì)結(jié)構(gòu)任何時(shí)候出現(xiàn)的損傷進(jìn)行定性、定位和定量的分析，為橋梁的可靠性、安全性和耐久性評(píng)估提供依據(jù)，尤其重要的是，檢測(cè)結(jié)論對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和建造以及維護(hù)方案的制定提供必要的參考。結(jié)合某橋梁實(shí)例，文中給出了無損檢測(cè)的方法和步驟，提出了相應(yīng)的維護(hù)措施。

關(guān)鍵詞： 混凝土；橋梁；耐久性；無損檢測(cè)

中圖分類號(hào)：U445       文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B          文章編號(hào)： 

Nondestructive Testing of Reinforced Concrete Bridge

(Wen Bao-Lian,  Liu Kai-Li, Wang Xin-Gang）

Abstract: The deterioration of RC bridge may be found well and truly at any moment by means of nondestructive Testing techniques, which provides indispensable references not only to evaluation of bridge state but to whose designs, constructing and repairs. Process and instrument is introduced to a certain project，and maintain measure is put forward accordingly, too. 

Keywords: concrete; bridge; durability; nondestructive Testing

引言

無損檢測(cè)就是在不影響工程結(jié)構(gòu)使用性能的前提下，通過原位檢測(cè)某些物理量，推算出材料與結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量指標(biāo)，如強(qiáng)度值、厚度值、內(nèi)部缺陷點(diǎn)、鋼筋位置、成分含量等^[1]。它有著比常規(guī)檢測(cè)方法更為誘人的特點(diǎn)：非破壞性、隨機(jī)性、遠(yuǎn)距離探測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等等；且檢測(cè)數(shù)據(jù)可連續(xù)性采集，并通過數(shù)理分析和邏輯判斷，能夠比較準(zhǔn)確地推定出工程質(zhì)量的狀況，從而彌補(bǔ)了以往單純以觀感檢查和外形質(zhì)量控制偏差來推及工程質(zhì)量?jī)?yōu)劣的做法^[2]，下面結(jié)合具體工程，介紹混凝土橋梁的無損檢測(cè)。

1工程概況

天津某橋梁建于1977年，由一孔簡(jiǎn)支梁和跨越主河槽的三孔預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁組成，兩邊孔為簡(jiǎn)支懸臂箱梁結(jié)構(gòu)。中孔帶16.0m掛梁，全橋跨徑布置為17.77m(簡(jiǎn)支梁)+29.0m+62.0m(其中掛梁16.0m)+29.0m，橋面全寬30.6m，其中車行道凈寬24.0m，兩側(cè)人行道各寬3.3m。下部結(jié)構(gòu)橋梁墩臺(tái)為鋼筋混凝土實(shí)體墩，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁，設(shè)計(jì)荷載汽車—20級(jí)，掛車—100（圖1）。

圖1 橋梁示意

該橋投入使用至今已有29年，橋面行人道處混凝土表面部分破損、路面磨損、開裂。上下游兩側(cè)橋面護(hù)欄有多處整體縱向斷裂；橋面伸縮縫處開裂嚴(yán)重，尤其以橋面吊梁兩側(cè)伸縮縫處裂縫較大；在橋面形成橫向通長(zhǎng)開裂，縫寬大處可達(dá)50mm左右；瀝青路面存在多處不規(guī)則裂縫。橋下兩橋墩表面風(fēng)化侵蝕較重，加之凍融破壞及河水對(duì)橋墩的沖刷，使得較大區(qū)域的混凝土骨料已暴露于空氣中。東側(cè)橋臺(tái)部位、箱梁部位混凝土結(jié)構(gòu)表觀質(zhì)量較好，兩側(cè)人行道底部與箱梁銜接部位由于長(zhǎng)期滲水，侵蝕嚴(yán)重，表面混凝土剝落、泛堿。中間掛梁與懸臂箱梁搭接處，滲水嚴(yán)重，掛梁端部連結(jié)橫隔梁病害異常嚴(yán)重，混凝土開裂、鋼筋暴露、銹蝕、表面泛堿。兩孔箱梁側(cè)面及腹面混凝土表觀質(zhì)量較好，局部出現(xiàn)滲漏、泛堿（圖2）。

圖2 橋梁現(xiàn)狀

為全面客觀了解橋梁的狀況，對(duì)其進(jìn)行耐久性無損檢測(cè)，以便采取相應(yīng)的維護(hù)措施。

2檢測(cè)內(nèi)容

根據(jù)工程需要及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，檢測(cè)內(nèi)容為：通過沖擊回波儀分析混凝土的病害情況；利用混凝土表面濕度儀檢測(cè)混凝土的含濕量；利用鋼筋定位儀、銹蝕檢測(cè)儀檢測(cè)保護(hù)層厚度、鋼筋銹蝕率；檢測(cè)混凝土表面碳化深度，并通過回彈儀確定混凝土強(qiáng)度；精密取樣器取樣后，利用氯離子含量檢測(cè)儀測(cè)定混凝土氯離子含量。

2.1 測(cè)區(qū)的選擇

對(duì)橋整體觀測(cè)后，根據(jù)橋梁的病害情況分別在東西兩側(cè)箱梁、腹面及側(cè)面選擇了五個(gè)部位作為測(cè)區(qū)。在橋東側(cè)距橋臺(tái)3000mm處下游箱梁南側(cè)面為Ⅰ#測(cè)區(qū)（圖3），該片箱梁腹面距橋臺(tái)3000mm處作為Ⅱ#測(cè)區(qū)，中部箱梁腹面距橋臺(tái)3000mm處作為Ⅲ#測(cè)區(qū)（圖4），東側(cè)上游箱梁北側(cè)面距橋臺(tái)3000mm處作為Ⅳ#測(cè)區(qū)，西側(cè)中部箱梁在距西側(cè)橋墩8000mm位置處作為Ⅴ#測(cè)區(qū)。每一測(cè)區(qū)面積均為1000mm×2500mm，檢測(cè)點(diǎn)為3×5點(diǎn)，點(diǎn)間距為500mm，橫向分5個(gè)點(diǎn)，自左至右為1、2、3、4、5下側(cè)相應(yīng)為分A、B、C，共計(jì)15個(gè)點(diǎn)的網(wǎng)格測(cè)試（圖5）。

            圖3 Ⅰ#測(cè)區(qū)示意                    圖4 Ⅱ、Ⅲ號(hào)測(cè)區(qū)示意

圖5 測(cè)點(diǎn)布置示意

2.2混凝土均勻性檢測(cè)

用特定的擊錘依次擊打混凝土表面每個(gè)測(cè)點(diǎn)，通過沖擊回波儀的傳感器與電腦相連，接收反射回來的聲波信號(hào)，再經(jīng)軟件進(jìn)行回波分析，檢測(cè)混凝土的均勻性。

2.3鋼筋檢測(cè)

檢測(cè)前用鋼筋測(cè)定儀測(cè)出鋼筋位置及其保護(hù)層厚度，并繪出鋼筋分布網(wǎng)，后用沖擊鉆在鋼筋位置處鉆孔，使銹蝕儀的電極探頭可以接觸到鋼筋，然后在混凝土表面噴水，潤(rùn)濕混凝土至少15分鐘，利用混凝土表面濕度儀檢測(cè)混凝土含濕量合格后，用鋼筋銹蝕儀進(jìn)行檢測(cè)，依次測(cè)出各點(diǎn)半電池電勢(shì)、電阻和鋼筋銹蝕率。  

2.4混凝土碳化深度檢測(cè)

用電鉆在測(cè)區(qū)混凝土表面鉆直徑15mm的孔洞，清理干凈后用0.3%酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nèi)壁的邊緣處，用深度測(cè)量?jī)x測(cè)量出碳化深度。

2.5混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

利用回彈儀在幾個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)碳化深度校合后得到推定強(qiáng)度值。

2.6混凝土氯離子含量檢測(cè)

利用精密取樣器在箱梁側(cè)面離地墩臺(tái)1000mm處、750mm處進(jìn)行取樣，每間隔5mm深取樣一次，在中心實(shí)試室進(jìn)行萃取分析，并繪制電位—氯離子濃度對(duì)應(yīng)示意圖。

3數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)處理按以下流程進(jìn)行：

原始數(shù)據(jù)    計(jì)算機(jī)（形成數(shù)據(jù)文件）   數(shù)據(jù)文件    數(shù)據(jù)均衡    數(shù)據(jù)排序    文件編輯   數(shù)字濾波    彩色變換    人工判讀    制表與繪圖   打印輸出

經(jīng)過數(shù)據(jù)的整理和分析，對(duì)各測(cè)點(diǎn)的分析結(jié)果如下：

3.1均勻性檢測(cè)

沖擊回波檢測(cè)執(zhí)行ASTM C 1383-98標(biāo)準(zhǔn)，下面給出測(cè)區(qū)I幾個(gè)典型的處理結(jié)果。

A1測(cè)點(diǎn)    

  從圖中反應(yīng)出，此點(diǎn)板厚是227mm，混凝土內(nèi)部基本無缺陷。

 圖6 A1測(cè)點(diǎn)波形圖

A3測(cè)點(diǎn)，板厚為239mm，混凝土密實(shí)性差。

圖7  A3測(cè)點(diǎn)波形圖

B4測(cè)點(diǎn)波形圖，此處板厚為161mm，混凝土較密實(shí)。

：

圖8  B4測(cè)點(diǎn)波形圖

C5測(cè)點(diǎn)，在深55mm處有明顯分層。

圖9  C5測(cè)點(diǎn)波形圖

3.2 保護(hù)層厚度檢測(cè)

以下為測(cè)點(diǎn)三鋼筋保護(hù)層厚度

表1 保護(hù)層厚度（mm） 

3.3 鋼筋銹蝕速率檢測(cè)

根據(jù)ASTM C 876-91(1999)、ASTM C 1202-97標(biāo)準(zhǔn)及Thomas Frolund的理論和實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，用GalvaPulse鋼筋銹蝕率檢測(cè)儀在東岸上游側(cè)箱梁腹面600mm×2400mm范圍內(nèi)檢測(cè)鋼筋銹蝕速率（注：表格中上部數(shù)據(jù)為電位值，中部為鋼筋瞬間銹蝕速率值，下部為極化電阻值），對(duì)上述區(qū)域壁檢測(cè)數(shù)值所做的銹蝕率分布判定。    圖10檢測(cè)數(shù)據(jù)表                              圖11測(cè)區(qū)腐蝕電位2D、3D圖  

圖12 測(cè)區(qū)鋼筋瞬間銹蝕速率2D、3D圖

圖13 測(cè)區(qū)極化電阻值2D、3D圖

                    表2測(cè)區(qū)銹蝕速率統(tǒng)計(jì)表

由表2可以看出，該箱梁側(cè)面區(qū)檢測(cè)20個(gè)點(diǎn)，大值286.3微米/年,小值2.5微米/年,平均值72.6微米/年。該區(qū)域處于橋面由于受雨水及化冰鹽侵蝕，鋼筋銹蝕速率較大。

3.4 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)

在東岸距橋臺(tái)3m處分別對(duì)三片箱梁的兩側(cè)面及腹面進(jìn)行了混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，及掛梁西側(cè)伸縮縫西側(cè)的箱梁混凝土抗壓強(qiáng)度、東側(cè)下游橋墩上箱梁側(cè)面混凝土抗壓強(qiáng)度，檢測(cè)區(qū)域原設(shè)計(jì)強(qiáng)度均為400＃混凝土。

表3 混凝土強(qiáng)度檢測(cè)值（MPa） 

 3.5 氯離子含量檢測(cè)

在同一位置處在碳化深度以下，每間隔5mm深取樣的樣品，進(jìn)行萃取分析，根據(jù)電位值，通過因數(shù)修正后在標(biāo)準(zhǔn)電位—氯離子濃度曲線上可找出對(duì)應(yīng)的氯離子濃度。檢測(cè)表明，在不同的測(cè)點(diǎn)處氯離子含量都是隨著深度的增加而減少，可以斷定氯離子來源為外部氯離子滲透。氯離子含量大為0.035%，氯離子含量小為0.006%，平均值為0.0125%，檢測(cè)表明碳化層以下5mm深的氯離子含量相對(duì)較高，已超過規(guī)定的0.3kg/m³標(biāo)準(zhǔn)含氯量。而平均值已接近規(guī)定的0.3kg/m³標(biāo)準(zhǔn)含氯量。隨著深度的增加，氯離子含量也在減少，鋼筋位置處的氯含量雖然沒有超過標(biāo)準(zhǔn)值，但也處在超標(biāo)的邊緣。

3.6 混凝土碳化深度檢測(cè)

對(duì)各結(jié)構(gòu)所做的碳化深度的檢測(cè)數(shù)據(jù)請(qǐng)見表4所示：

表4 碳化深度測(cè)試值（mm） 

 根據(jù)表格中數(shù)據(jù)可以看出平均碳化深度在27mm－36mm之間，對(duì)于一個(gè)近三十年的混凝土結(jié)構(gòu)物來說是在一個(gè)正常的碳化范圍內(nèi)。

通過現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、勘察與后期的總結(jié)分析，主要病害如下：

1）混凝土強(qiáng)度偏低，多數(shù)點(diǎn)強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)強(qiáng)度值，且混凝土內(nèi)部質(zhì)量多處不密實(shí)，有病害存在。

2）耐久性差，主要表現(xiàn)在氯離子含量偏高，高極值超過允許閾值；碳化深度較大，個(gè)別處已接近鋼筋保護(hù)層厚度，表面混凝土中性化嚴(yán)重。

3）鋼筋銹蝕率較大，尤其是橋面板部位鋼筋由于受化冰鹽等的影響，銹蝕和銹蝕率都很高。

4 結(jié)論和建議

通過對(duì)橋梁進(jìn)行的無損檢測(cè)，得出的結(jié)論和建議如下：

1）通過檢測(cè)，該橋梁各混凝土構(gòu)件局部強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，橋面鋼筋銹蝕情況嚴(yán)重，混凝土碳化、氯離子侵蝕較重。

2）構(gòu)件本身面臨老化以及受頻繁活載、雨水、化冰鹽等各方面因素的影響，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行有效的加固與維護(hù)，以延長(zhǎng)使用壽命提高運(yùn)行安全系數(shù)。

3）對(duì)橋梁進(jìn)行整體涂整保護(hù)，主要承重部件采用高分子復(fù)合材料進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 建筑工程施工試驗(yàn)與檢測(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001

[2] 鐵志杰. 21世紀(jì)橋梁管理的無損檢測(cè)[J]. 國(guó)外橋梁,1999(4).