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.天津宏亞工程咨詢公司,天津,300200）

摘要：對既有橋梁進行無損傷檢測，可對結構任何時候出現的損傷進行定性、定位和定量的分析，為橋梁的可靠性、安全性和耐久性評估提供依據，尤其重要的是，檢測結論對于橋梁結構的設計和建造以及維護方案的制定提供必要的參考。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，推算出材料與結構的工程質量指標，如強度值、厚度值、內部缺陷點、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，并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，從而彌補了以往單純以觀感檢查和外形質量控制偏差來推及工程質量優劣的做法^[2]，下面結合具體工程，介紹混凝土橋梁的無損檢測。

1工程概況

天津某橋梁建于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，兩邊孔為簡支懸臂箱梁結構。中孔帶16.0m掛梁，全橋跨徑布置為17.77m(簡支梁)+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，兩側人行道各寬3.3m。下部結構橋梁墩臺為鋼筋混凝土實體墩，基礎為鉆孔灌注樁，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。上下游兩側橋面護欄有多處整體縱向斷裂；橋面伸縮縫處開裂嚴重，尤其以橋面吊梁兩側伸縮縫處裂縫較大；在橋面形成橫向通長開裂，縫寬大處可達50mm左右；瀝青路面存在多處不規則裂縫。橋下兩橋墩表面風化侵蝕較重，加之凍融破壞及河水對橋墩的沖刷，使得較大區域的混凝土骨料已暴露于空氣中。東側橋臺部位、箱梁部位混凝土結構表觀質量較好，兩側人行道底部與箱梁銜接部位由于長期滲水，侵蝕嚴重，表面混凝土剝落、泛堿。中間掛梁與懸臂箱梁搭接處，滲水嚴重，掛梁端部連結橫隔梁病害異常嚴重，混凝土開裂、鋼筋暴露、銹蝕、表面泛堿。兩孔箱梁側面及腹面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

為全面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檢測內容

根據工程需要及現場實際情況，檢測內容為：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混凝土的含濕量；利用鋼筋定位儀、銹蝕檢測儀檢測保護層厚度、鋼筋銹蝕率；檢測混凝土表面碳化深度，并通過回彈儀確定混凝土強度；精密取樣器取樣后，利用氯離子含量檢測儀測定混凝土氯離子含量。

2.1 測區的選擇

對橋整體觀測后，根據橋梁的病害情況分別在東西兩側箱梁、腹面及側面選擇了五個部位作為測區。在橋東側距橋臺3000mm處下游箱梁南側面為Ⅰ#測區（圖3），該片箱梁腹面距橋臺3000mm處作為Ⅱ#測區，中部箱梁腹面距橋臺3000mm處作為Ⅲ#測區（圖4），東側上游箱梁北側面距橋臺3000mm處作為Ⅳ#測區，西側中部箱梁在距西側橋墩8000mm位置處作為Ⅴ#測區。每一測區面積均為1000mm×2500mm，檢測點為3×5點，點間距為500mm，橫向分5個點，自左至右為1、2、3、4、5下側相應為分A、B、C，共計15個點的網格測試（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面每個測點，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，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測出鋼筋位置及其保護層厚度，并繪出鋼筋分布網，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，潤濕混凝土至少15分鐘，利用混凝土表面濕度儀檢測混凝土含濕量合格后，用鋼筋銹蝕儀進行檢測，依次測出各點半電池電勢、電阻和鋼筋銹蝕率。  

2.4混凝土碳化深度檢測

用電鉆在測區混凝土表面鉆直徑15mm的孔洞，清理干凈后用0.3%酚酞酒精溶液滴在孔洞內壁的邊緣處，用深度測量儀測量出碳化深度。

2.5混凝土強度檢測

利用回彈儀在幾個測區進行檢測，經碳化深度校合后得到推定強度值。

2.6混凝土氯離子含量檢測

利用精密取樣器在箱梁側面離地墩臺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，并繪制電位—氯離子濃度對應示意圖。

3數據分析與處理

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    制表與繪圖   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

沖擊回波檢測執行ASTM C 1383-98標準，下面給出測區I幾個典型的處理結果。

A1測點    

  從圖中反應出，此點板厚是227mm，混凝土內部基本無缺陷。

 圖6 A1測點波形圖

A3測點，板厚為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

以下為測點三鋼筋保護層厚度

表1 保護層厚度（mm） 

3.3 鋼筋銹蝕速率檢測

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鋼筋銹蝕率檢測儀在東岸上游側箱梁腹面600mm×2400mm范圍內檢測鋼筋銹蝕速率（注：表格中上部數據為電位值，中部為鋼筋瞬間銹蝕速率值，下部為極化電阻值），對上述區域壁檢測數值所做的銹蝕率分布判定。    圖10檢測數據表                              圖11測區腐蝕電位2D、3D圖  

圖12 測區鋼筋瞬間銹蝕速率2D、3D圖

圖13 測區極化電阻值2D、3D圖

                    表2測區銹蝕速率統計表

由表2可以看出，該箱梁側面區檢測20個點，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 混凝土強度檢測

在東岸距橋臺3m處分別對三片箱梁的兩側面及腹面進行了混凝土抗壓強度檢測，及掛梁西側伸縮縫西側的箱梁混凝土抗壓強度、東側下游橋墩上箱梁側面混凝土抗壓強度，檢測區域原設計強度均為400?；炷?。

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，通過因數修正后在標準電位—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，對于一個近三十年的混凝土結構物來說是在一個正常的碳化范圍內。

通過現場檢測、勘察與后期的總結分析，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，個別處已接近鋼筋保護層厚度，表面混凝土中性化嚴重。

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于設計強度，橋面鋼筋銹蝕情況嚴重，混凝土碳化、氯離子侵蝕較重。

2）構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，應對其進行有效的加固與維護，以延長使用壽命提高運行安全系數。

3）對橋梁進行整體涂整保護，主要承重部件采用高分子復合材料進行加固補強。

參考文獻：

[1] 建筑工程施工試驗與檢測[M].中國建筑工業出版社,2001

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