橋梁開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以后,隨著外界溫度交替變化、雨雪侵蝕、凍融循環(huán)、酸堿腐蝕、正常交通累積、超載車輛通行,以及橋梁本身的徐變和松弛,橋梁逐漸老化。原先一些不可見(jiàn)的微裂縫長(zhǎng)成宏裂縫,可見(jiàn)的宏裂縫逐漸延長(zhǎng)擴(kuò)展。
一、結(jié)構(gòu)性老化導(dǎo)致的裂縫
1.橋梁撓度變化
橋梁逐漸老化,表現(xiàn)最為明顯的是橋梁撓度變化。
2.徐變和松弛
橋梁逐漸老化的內(nèi)在物理力學(xué)因素是混凝土徐變和預(yù)應(yīng)力松弛,橋梁內(nèi)力與竣工狀態(tài)相比較有較大的變化。
3.裂縫
最能表現(xiàn)橋梁老化(或缺陷)特征的是裂縫,裂縫的部位、方向揭示了橋梁的老化(或缺陷)的部位和性質(zhì)。
從裂縫的部位和方向來(lái)看,(1)屬于剪力裂縫;(2)因?yàn)榛緹o(wú)彎起預(yù)應(yīng)力鋼筋,可以判斷豎向預(yù)應(yīng)力不足;其次(3)設(shè)計(jì)、施工和自然環(huán)境中可能有未預(yù)料到的偶合因素,例如,計(jì)算模式、施工精度、溫差等。
二、材料老化導(dǎo)致的裂縫(損傷)與防治
(一)材料老化類型與機(jī)理
材料老化主要有混凝土劣化和鋼材銹蝕兩個(gè)方面,它們之間又是相互促進(jìn)的。由于混凝土的 pH=12-13,這種高堿性使包裹在混凝土中的鋼筋表面形成鈍態(tài)氧化層(鈍化層),鈍化層具有很強(qiáng)的抗銹蝕能力。如果降低了混凝土的堿性到 1.5,鈍化層將處于不穩(wěn)定的臨界狀態(tài);如果pH小于 9.88鈍化層將會(huì)破壞。破壞了鈍化層,在合適的條件下,鋼筋就開(kāi)始銹蝕膨脹,導(dǎo)致混凝土沿著鋼筋開(kāi)裂、剝落。
1.裂縫和空隙
所有從混凝土表面通達(dá)鋼筋的裂縫都降低了混凝土對(duì)鋼筋的高堿保護(hù),導(dǎo)致鈍化層失穩(wěn)甚至失效,引起鋼筋銹蝕。
多根鋼筋捆束,導(dǎo)致混凝土澆筑空隙,不能形成鈍化層。
2.堿一集料反應(yīng)(AAR)。
一種是堿一硅酸鹽集料反應(yīng),另一種是堿一碳酸鹽集料反應(yīng),后者少見(jiàn)。當(dāng)水泥和集料加水拌和后,水泥中的堿與活性集料中的硅酸鹽慢慢起化學(xué)反應(yīng),析出堿一硅凝膠,凝膠吸水膨脹,體積可增加到三倍,脹裂混凝土。裂縫中充滿白色凝膠沉淀物,裂縫表面呈白色地圖狀花紋。
3.S02和酸雨
S02及其進(jìn)一步氧化物Sq直接或通過(guò)水將Ca( OH)2生成CaCOH或CaS03,使混凝土膨脹開(kāi)裂。
4.混凝土中性化(或酸性化)
(1)碳化。氣相的或水溶的C02與混凝土中的堿性物質(zhì)反應(yīng),使堿性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為pH值較低的碳酸鹽CaC03?;炷撂蓟慕Y(jié)果是降低了混凝土的高堿性,導(dǎo)致鈍化層失穩(wěn)甚至失效,引起鋼筋銹蝕?;炷撂蓟笥兴湛s,碳化特性如下:
(a)混凝土碳化速度與水泥品種(或外摻劑)有關(guān)。
(b)與骨料的透氣性有關(guān)。輕骨料透氣性好,易碳化。大骨料底部易產(chǎn)生砂漿離析、沉淀增加空隙,易碳化。
(c)與混凝土配合比和施工有關(guān)。水灰比大、水泥用量少、空隙大,易碳化。早期養(yǎng)護(hù)不足,易碳化,濕養(yǎng)3天比濕養(yǎng)7天快50%。
(d)與局部環(huán)境有關(guān)。濕度小,易碳化,濕度為90%、70%、50%碳化速度比為0.6:1:1.4??招慕Y(jié)構(gòu)內(nèi)部易碳化,相同時(shí)間,箱內(nèi)碳化深度是外表面的2.5 -3倍,干燥箱內(nèi)壁比外壁碳化更快。箱梁無(wú)粘結(jié)干接縫和氣孔碳化深度是內(nèi)壁的兩倍。
(2) S02和酸雨同樣可以使混凝土中性化(或酸性化),如前所述,還伴隨著膨脹。比碳化危害性更大。
5.氯鹽侵蝕
在沿海、內(nèi)陸地區(qū)(例如,鹽橋、鹽堿地)或鹽堿工業(yè)區(qū),混凝土的集料和用水的氯鹽含量較高;而且其工作環(huán)境也受氯鹽的侵蝕,氯鹽對(duì)混凝土和鋼材有如下腐蝕作用。
(1)對(duì)混凝土的腐蝕
①M(fèi)gCl2與混凝土中的Ca生成的CaCl2能溶于水,形成多孔混凝土;
②海水中的MgS04與混凝土中的Ca(OH)2 生成CaS04,又與鋁酸鈣生成硫鋁酸鈣—水泥桿菌,混凝土膨脹破壞;
③鹽分子在混凝土毛細(xì)管內(nèi)上升,不斷結(jié)晶、聚集,脹裂混凝土。
因此,浸漬在海水中的混凝土不斷老化,壽命衰減。
(2)對(duì)鋼筋的腐蝕
①氯離子破壞鈍化層;
②氯離子與鐵構(gòu)成了腐蝕電池,在鋼筋表面形成特有的坑蝕;
③氯離子與鐵離子生成FeCl2,再溶于水,轉(zhuǎn)換成Fe( OH)2,釋放出氯離子,周而復(fù)始,腐蝕鋼筋,稱為去極化作用;
④氯離子強(qiáng)化了混凝土的離子通路,降低了歐姆電阻,提高了腐蝕電池的效率。
一般對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土,氯離子含量與水泥用量之比不大于0.06%;普通混凝土不大于 O.10%是安全的。
中交路橋工程檢測(cè)主要檢測(cè)業(yè)務(wù):鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)、橋梁檢測(cè)、隧道檢測(cè)