鋼筋混凝土橋梁的無損檢測

鋼筋混凝土橋梁的無損檢測

聞寶聯 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構診治科技有限公司，天津，300201；3. 中交港灣工程設計院，天津，300222;4.天津宏亞(ya) 工程谘詢公司,天津,300200）

摘要：對既有橋梁進行無損傷(shang) 檢測，可對結構任何時候出現的損傷(shang) 進行定性、定位和定量的分析，為(wei) 橋梁的可靠性、安全性和耐久性評估提供依據，尤其重要的是，檢測結論對於(yu) 橋梁結構的設計和建造以及維護方案的製定提供必要的參考。結合某橋梁實例，文中給出了無損檢測的方法和步驟，提出了相應的維護措施。

關(guan) 鍵詞： 混凝土；橋梁；耐久性；無損檢測

中圖分類號：U445       文獻標識碼：B          文章編號： 

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

無損檢測就是在不影響工程結構使用性能的前提下，通過原位檢測某些物理量，推算出材料與(yu) 結構的工程質量指標，如強度值、厚度值、內(nei) 部缺陷點、鋼筋位置、成分含量等^[1]。它有著比常規檢測方法更為(wei) 誘人的特點：非破壞性、隨機性、遠距離探測、現場檢測等等；且檢測數據可連續性采集，並通過數理分析和邏輯判斷，能夠比較準確地推定出工程質量的狀況，從(cong) 而彌補了以往單純以觀感檢查和外形質量控製偏差來推及工程質量優(you) 劣的做法^[2]，下麵結合具體(ti) 工程，介紹混凝土橋梁的無損檢測。

1工程概況

天津某橋梁建於(yu) 1977年，由一孔簡支梁和跨越主河槽的三孔預應力混凝土箱梁組成，兩(liang) 邊孔為(wei) 簡支懸臂箱梁結構。中孔帶16.0m掛梁，全橋跨徑布置為(wei) 17.77m(簡支梁)+29.0m+62.0m(其中掛梁16.0m)+29.0m，橋麵全寬30.6m，其中車行道淨寬24.0m，兩(liang) 側(ce) 人行道各寬3.3m。下部結構橋梁墩台為(wei) 鋼筋混凝土實體(ti) 墩，基礎為(wei) 鑽孔灌注樁，設計荷載汽車—20級，掛車—100（圖1）。

圖1 橋梁示意

該橋投入使用至今已有29年，橋麵行人道處混凝土表麵部分破損、路麵磨損、開裂。上下遊兩(liang) 側(ce) 橋麵護欄有多處整體(ti) 縱向斷裂；橋麵伸縮縫處開裂嚴(yan) 重，尤其以橋麵吊梁兩(liang) 側(ce) 伸縮縫處裂縫較大；在橋麵形成橫向通長開裂，縫寬大處可達50mm左右；瀝青路麵存在多處不規則裂縫。橋下兩(liang) 橋墩表麵風化侵蝕較重，加之凍融破壞及河水對橋墩的衝(chong) 刷，使得較大區域的混凝土骨料已暴露於(yu) 空氣中。東(dong) 側(ce) 橋台部位、箱梁部位混凝土結構表觀質量較好，兩(liang) 側(ce) 人行道底部與(yu) 箱梁銜接部位由於(yu) 長期滲水，侵蝕嚴(yan) 重，表麵混凝土剝落、泛堿。中間掛梁與(yu) 懸臂箱梁搭接處，滲水嚴(yan) 重，掛梁端部連結橫隔梁病害異常嚴(yan) 重，混凝土開裂、鋼筋暴露、鏽蝕、表麵泛堿。兩(liang) 孔箱梁側(ce) 麵及腹麵混凝土表觀質量較好，局部出現滲漏、泛堿（圖2）。

圖2 橋梁現狀

為(wei) 全麵客觀了解橋梁的狀況，對其進行耐久性無損檢測，以便采取相應的維護措施。

2檢測內(nei) 容

根據工程需要及現場實際情況，檢測內(nei) 容為(wei) ：通過衝(chong) 擊回波儀(yi) 分析混凝土的病害情況；利用混凝土表麵濕度儀(yi) 檢測混凝土的含濕量；利用鋼筋定位儀(yi) 、鏽蝕檢測儀(yi) 檢測保護層厚度、鋼筋鏽蝕率；檢測混凝土表麵碳化深度，並通過回彈儀(yi) 確定混凝土強度；精密取樣器取樣後，利用氯離子含量檢測儀(yi) 測定混凝土氯離子含量。

2.1 測區的選擇

對橋整體(ti) 觀測後，根據橋梁的病害情況分別在東(dong) 西兩(liang) 側(ce) 箱梁、腹麵及側(ce) 麵選擇了五個(ge) 部位作為(wei) 測區。在橋東(dong) 側(ce) 距橋台3000mm處下遊箱梁南側(ce) 麵為(wei) Ⅰ#測區（圖3），該片箱梁腹麵距橋台3000mm處作為(wei) Ⅱ#測區，中部箱梁腹麵距橋台3000mm處作為(wei) Ⅲ#測區（圖4），東(dong) 側(ce) 上遊箱梁北側(ce) 麵距橋台3000mm處作為(wei) Ⅳ#測區，西側(ce) 中部箱梁在距西側(ce) 橋墩8000mm位置處作為(wei) Ⅴ#測區。每一測區麵積均為(wei) 1000mm×2500mm，檢測點為(wei) 3×5點，點間距為(wei) 500mm，橫向分5個(ge) 點，自左至右為(wei) 1、2、3、4、5下側(ce) 相應為(wei) 分A、B、C，共計15個(ge) 點的網格測試（圖5）。

            圖3 Ⅰ#測區示意                    圖4 Ⅱ、Ⅲ號測區示意

圖5 測點布置示意

2.2混凝土均勻性檢測

用特定的擊錘依次擊打混凝土表麵每個(ge) 測點，通過衝(chong) 擊回波儀(yi) 的傳(chuan) 感器與(yu) 電腦相連，接收反射回來的聲波信號，再經軟件進行回波分析，檢測混凝土的均勻性。

2.3鋼筋檢測

檢測前用鋼筋測定儀(yi) 測出鋼筋位置及其保護層厚度，並繪出鋼筋分布網，後用衝(chong) 擊鑽在鋼筋位置處鑽孔，使鏽蝕儀(yi) 的電極探頭可以接觸到鋼筋，然後在混凝土表麵噴水，潤濕混凝土至少15分鍾，利用混凝土表麵濕度儀(yi) 檢測混凝土含濕量合格後，用鋼筋鏽蝕儀(yi) 進行檢測，依次測出各點半電池電勢、電阻和鋼筋鏽蝕率。  

2.4混凝土碳化深度檢測

用電鑽在測區混凝土表麵鑽直徑15mm的孔洞，清理幹淨後用0.3%酚酞酒精溶液滴在孔洞內(nei) 壁的邊緣處，用深度測量儀(yi) 測量出碳化深度。

2.5混凝土強度檢測

利用回彈儀(yi) 在幾個(ge) 測區進行檢測，經碳化深度校合後得到推定強度值。

2.6混凝土氯離子含量檢測

利用精密取樣器在箱梁側(ce) 麵離地墩台1000mm處、750mm處進行取樣，每間隔5mm深取樣一次，在中心實試室進行萃取分析，並繪製電位—氯離子濃度對應示意圖。

3數據分析與(yu) 處理

數據處理按以下流程進行：

原始數據    計算機（形成數據文件）   數據文件    數據均衡    數據排序    文件編輯   數字濾波    彩色變換    人工判讀    製表與(yu) 繪圖   打印輸出

經過數據的整理和分析，對各測點的分析結果如下：

3.1均勻性檢測

衝(chong) 擊回波檢測執行ASTM C 1383-98標準，下麵給出測區I幾個(ge) 典型的處理結果。

A1測點    

  從(cong) 圖中反應出，此點板厚是227mm，混凝土內(nei) 部基本無缺陷。

 圖6 A1測點波形圖

A3測點，板厚為(wei) 239mm，混凝土密實性差。

圖7  A3測點波形圖

B4測點波形圖，此處板厚為(wei) 161mm，混凝土較密實。

：

圖8  B4測點波形圖

C5測點，在深55mm處有明顯分層。

圖9  C5測點波形圖

3.2 保護層厚度檢測

以下為(wei) 測點三鋼筋保護層厚度

表1 保護層厚度（mm） 

3.3 鋼筋鏽蝕速率檢測

根據ASTM C 876-91(1999)、ASTM C 1202-97標準及Thomas Frolund的理論和實際測試經驗，用GalvaPulse鋼筋鏽蝕率檢測儀(yi) 在東(dong) 岸上遊側(ce) 箱梁腹麵600mm×2400mm範圍內(nei) 檢測鋼筋鏽蝕速率（注：表格中上部數據為(wei) 電位值，中部為(wei) 鋼筋瞬間鏽蝕速率值，下部為(wei) 極化電阻值），對上述區域壁檢測數值所做的鏽蝕率分布判定。    圖10檢測數據表                              圖11測區腐蝕電位2D、3D圖  

圖12 測區鋼筋瞬間鏽蝕速率2D、3D圖

圖13 測區極化電阻值2D、3D圖

                    表2測區鏽蝕速率統計表

由表2可以看出，該箱梁側(ce) 麵區檢測20個(ge) 點，大值286.3微米/年,小值2.5微米/年,平均值72.6微米/年。該區域處於(yu) 橋麵由於(yu) 受雨水及化冰鹽侵蝕，鋼筋鏽蝕速率較大。

3.4 混凝土強度檢測

在東(dong) 岸距橋台3m處分別對三片箱梁的兩(liang) 側(ce) 麵及腹麵進行了混凝土抗壓強度檢測，及掛梁西側(ce) 伸縮縫西側(ce) 的箱梁混凝土抗壓強度、東(dong) 側(ce) 下遊橋墩上箱梁側(ce) 麵混凝土抗壓強度，檢測區域原設計強度均為(wei) 400＃混凝土。

表3 混凝土強度檢測值（MPa） 

 3.5 氯離子含量檢測

在同一位置處在碳化深度以下，每間隔5mm深取樣的樣品，進行萃取分析，根據電位值，通過因數修正後在標準電位—氯離子濃度曲線上可找出對應的氯離子濃度。檢測表明，在不同的測點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(wei) 外部氯離子滲透。氯離子含量大為(wei) 0.035%，氯離子含量小為(wei) 0.006%，平均值為(wei) 0.0125%，檢測表明碳化層以下5mm深的氯離子含量相對較高，已超過規定的0.3kg/m³標準含氯量。而平均值已接近規定的0.3kg/m³標準含氯量。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準值，但也處在超標的邊緣。

3.6 混凝土碳化深度檢測

對各結構所做的碳化深度的檢測數據請見表4所示：

表4 碳化深度測試值（mm） 

 根據表格中數據可以看出平均碳化深度在27mm－36mm之間，對於(yu) 一個(ge) 近三十年的混凝土結構物來說是在一個(ge) 正常的碳化範圍內(nei) 。

通過現場檢測、勘察與(yu) 後期的總結分析，主要病害如下：

1）混凝土強度偏低，多數點強度達不到設計強度值，且混凝土內(nei) 部質量多處不密實，有病害存在。

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

3）鋼筋鏽蝕率較大，尤其是橋麵板部位鋼筋由於(yu) 受化冰鹽等的影響，鏽蝕和鏽蝕率都很高。

4 結論和建議

通過對橋梁進行的無損檢測，得出的結論和建議如下：

1）通過檢測，該橋梁各混凝土構件局部強度低於(yu) 設計強度，橋麵鋼筋鏽蝕情況嚴(yan) 重，混凝土碳化、氯離子侵蝕較重。

2）構件本身麵臨(lin) 老化以及受頻繁活載、雨水、化冰鹽等各方麵因素的影響，應對其進行有效的加固與(yu) 維護，以延長使用壽命提高運行安全係數。

3）對橋梁進行整體(ti) 塗整保護，主要承重部件采用高分子複合材料進行加固補強。

參考文獻：

[1] 建築工程施工試驗與(yu) 檢測[M].中國建築工業(ye) 出版社,2001

[2] 鐵誌傑. 21世紀橋梁管理的無損檢測[J]. 國外橋梁,1999(4).