桥梁混凝土结构病害与防治

浅谈桥梁混凝土结构病害与防治

摘要：本文分析了桥梁混凝土结构病害形成原因的，阐述了桥梁预防病害的方法，为公路桥梁的建设和养护提供理论基础。

关键词：桥梁；病害；分析；防治

中图分类号：tu3文献标识码：a文章编号：2095-2104（2012）

1 概述

截止目前，我国现有公路通车里程及高速公路总里程已达世界领先水平，我国桥梁建造技术已进入世界先进水平的行列。然而，我国公路桥梁的养护、维修、加固、改造技术尚有待进一步提高因此，桥梁的病害分析和诊断成为了今后桥梁养护工作的重点。

2 桥梁结构病害的分类

桥梁混凝土结构的病害按引起病害的原因可划分为两大类：

第一类，由环境作用引起的混凝土结构病害。由于桥梁混凝土存在裂隙、孔道、汽泡、孔穴等缺陷，环境中的水及侵蚀性介质就可能渗入混凝土内部，与混凝土中某些成份发生化学、物理反应，引起混凝土损伤，影响结构的受力性能和耐久性。

第二类，由荷载作用或设计、施工不当造成的桥梁混凝土结构病害，主要有超载作用引起的裂缝，构造措施和施工方法不当引起结构裂缝等。

3 环境因素引起的桥梁混凝土结构病害

3.1 桥梁混凝土的碳化

桥梁混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳或其它酸性气体发生化学反应的过程。一般情况下混凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了“钝化”保护作用。碳化的实质是混凝土的中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破坏，在水分和其它有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生锈蚀。

3.2 氯离子的侵蚀

氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入己硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主要来源，北方寒冷地区冬季道路、桥面撤盐化雪除冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀，对结构的危害是多方面的，但最终表现为钢筋的锈蚀。

3.3 碱一骨料反应

碱一骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱一硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂。碱一骨料反应破坏的最重要特征之一是混凝土表面开裂，裂缝的形态与结构中钢筋形成的限制和约束状态有关：钢筋限制、约束力强的混凝土形成顺筋裂缝；钢筋限制约束作用弱的混凝土形成网状或地图状裂缝，在裂缝处有白色凝胶物渗出。

3.4 钢筋锈蚀

桥梁混凝土中钢筋腐蚀的首要条件是钝化膜的破坏，混凝土的

碳化及氯离子侵蚀都会造成覆盖钢筋表面的碱性钝化膜的破坏，加之有水分和氧的侵入，就可能引起钢筋的腐蚀。钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。

因此，对新建结构而言，提高混凝土结构耐久性的基本途径是增强混凝土的密实度，防止和控制混凝土开裂，阻止水分的侵入；加大混凝土保护层的厚度，防止由于混凝土保护层碳化引起钢筋钝化膜破坏。对于在役结构而言，提高混凝土结构耐久性的基本思路是在清除病害根源的基础上，封堵裂缝，修补破损混凝土；增设防水层，防止水分的侵入。

3.1桥梁混凝土结构裂缝病害

3.1.1桥梁混凝土结构裂缝的分类

桥梁混凝土结构的裂缝是是由材料内部的初始缺陷、微裂缝的扩展而引起的可分为两大类：一是由外荷载引起的裂缝，称为结构性裂缝，其裂缝的分布及宽度与外荷载有关。这种裂缝的出现，预示结构承载力可能不足或存在其他严重问题。二是由变形引起的裂缝，称为非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩等因素引起的结构变形受到限制时，在结构内部就会产生抗应力，当此应力达到混凝土抗拉强度极限值时，即会引起混凝土裂缝，裂缝一旦出现，变

形得到释放，拉应力也就消失了。调查资料表明，在两类裂缝中以变形引起的裂缝占主导的约占80％：以荷载引起的裂缝占主导的约占20％。

3.1.2结构性裂缝

混凝土的抗拉强度很低，在正常使用阶段钢筋混凝土结构出现裂缝是不可避免的。因而，习惯上又将这种裂缝称为正常裂缝。实践证明，在正常条件下，裂缝宽度小于0.3mm时，钢筋不致生锈。为确保安全，允许裂缝宽度还应小一些。钢筋混凝土简支梁的跨中截面附近下缘受拉区的竖向裂缝，是最常见的结构性裂缝。在正常设计和使用情况下，裂缝宽度不大，间距较密，分布均匀。若竖直裂缝宽度过大，预示结构正截面承载力不足，在正常设计和使用情况下很少出现斜裂缝，即使出现裂缝宽度也很小。若斜裂缝宽度过大，预示结构的斜截面承载力不足，存在发生斜截面脆性破坏的潜在危险，应引起足够的重视。另外，钢筋混凝土墩柱受压构件由于纵向压力过大引起的纵向裂缝、预应力筋锚固区由于局部应力过大引起的劈裂裂缝等都属于结构性裂缝。

3.1.3非结构性裂缝

混凝土的非结构性裂缝根据其形成的时间可分为：混凝土硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完全硬化后裂缝。非结构性裂缝的产生受混凝土材料组成、浇筑方法、养护条件和使用环境等多种因素影响。主要有以下几种：

①收缩裂缝。在混凝土凝固过程中，由于多余水分蒸发，引起的混凝土体积缩小称为干缩。同时，水泥与水起水化作用逐渐硬化而形成的水泥骨架不断紧密，引起的混凝土体积缩小为凝缩。混凝土表面收缩变形受到混凝土内部约束或其他约束限制时，即在混凝土中产生拉应力，引起混凝土开裂。尤其是混凝土早期养护不当，混凝土表面直接受到风吹日晒的影响，表面水份蒸发过快，产生较大的拉应力，混凝土早期强度低，很容易出现收缩裂缝。收缩裂缝对构件承载能力影响不大，主要影响结构外观和耐久性。

②温度裂缝。钢筋混凝土结构随温度变化将产生热胀冷缩变形，这种温度变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，当此应力达到混凝土的抗拉强度极限值时，即会引起混凝土裂缝，这种裂缝称为温度裂缝。按结构的温度场不同、温度变形、温度应力不同，温度裂缝可分为以下三种类型。一是截面均匀温差裂缝。一般桥梁结构为杆件体系长细结构，当温度变化时，构件截面受到均匀温差的作用，可忽略横截面两个方向的变形，只考虑沿梁长度方向的温度变形。当这种变形受到约束时，在混凝土内部就会产生拉应力，出现裂缝。二是截面上、下温差裂缝。以桥梁结构中大量采用的箱形梁为例，当外界温度骤然变化时，会造成箱内外的温度差，考虑到桥梁为长细结构，可以认为在沿梁长方向箱内外的温差是一致的，沿水平横向没有温差。将三维热传导问题简化为沿梁的竖向温度梯度来确定，一般假设梁的截面高度方向、温差呈线性变化。在