论钢筋混凝土桥梁病害及加固
2015-07-29
引言
在桥梁使用过程中，由于钢筋混凝土结构材料的特性、结构的设计与施工质量、结构所处的环境、结构的使用条件与防护措施等因素的影响，桥梁会产生各种损伤、局部破坏、变形、裂缝等病害，这些病害严重影响了桥梁的安全使用，应及时对相应的病害维修及加固。下面笔者讨论了钢筋混凝土桥梁病害及加固。
一、钢筋混凝土桥梁病害及产生原因
1、裂缝
混凝土结构的裂缝是由材料内部的初始缺陷以及微裂缝的不断扩展而引起的，是混凝土结构的最主要和危害最严重的病害。
（l）收缩裂缝。混凝土的自由收缩由于无约束的存在，不会产生应力，也不会引起混凝土的开裂，但若有约束的存在，非自由收缩产生的变形受到约束，产生应力，那一时刻应力一旦超过混凝土的极限应力就开裂了。而混凝土约束是无处不在的，如现浇混凝土对后浇混凝土的约束，水泥颗粒水化先后造成的约束，微观上水泥颗粒先水化的部分对后水化的部分提供约束，钢筋的约束，基岩、地基或己有结构建筑物对混凝土的约束，这种约束多造成混凝土内部无规则不贯通的微裂缝）等。因此，只要采用混凝土这种材料，就应该考虑并预防由于约束的存在限制收缩而产生的裂缝。
（2）温度裂缝。钢筋混凝土结构随着温度变化将产生热胀冷缩变形，当这种温度产生的变形受到约
束时，在混凝土内部就会产生拉应力，当此拉应力超过混凝土的抗拉强度极限值时，即
会引起混凝土裂缝。温差是产生温度应力的主要原因，按裂缝产生的温差的原因的不同
而分为两种裂缝：水化热裂缝和温度梯度裂缝，或者说截面上下温差裂缝和截面内外温
差裂缝。
（3）膨胀裂缝。在混凝土结构的使用过程中，由于内部混凝土的化学物理作用，内部混凝土膨胀变形产生膨胀应力，当应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土产生膨胀裂缝。如混凝土碳化和氯离子侵蚀使钢筋锈蚀生成铁锈，铁锈体积膨胀产生的顺筋裂缝；碱集料反应、氯离子侵蚀的产物会膨胀导致裂缝；冻融循环破坏、集料膨胀等物理反应也会产生裂缝。
2、桥面铺装层病害
桥面铺装层有很多病害，如泛油、裂缝、松散露骨、车辙等。
沥青层泛油，是指铺装表面有沥青渗出。引起泛油的原因可能是由于沥青用量过多，沥青材料的软化点太低，或集料级配不良；裂缝是指铺装上出现纵横向线状裂缝或相互连接的网状裂缝，原因可能是由于沥青老化、沥青材料性能不良、桥而板出现损坏破裂等因素造成的；松散露骨是指铺装层表面的细集料慢慢地脱落，表面呈现粗糙的状态。可能的原因如车辆荷载过大，沥青混合料压实不足，或沥青用油量太少，导致沥青铺装层粘性不足；车辙是车辆长时间在路面上行驶后留下的车轮永久压痕，这一般是由于车辆荷载过大或在同一个地方车轮出现的频率较高造成的。
3、钢筋腐蚀
钢筋腐蚀可以分为电化学腐蚀、杂散电流腐蚀、应力腐蚀及氢脆腐蚀，其中电化学腐蚀是最主要的。除受钢筋本身的不均性（如化学组成不同、钝化膜不连续、受力程度不同等）影响外，与混凝土本身性能的优劣（密实度等）、破坏情况、外界环境都关系十分密切。
4、人行道、栏杆、护栏的病害
人行道病害通常是由于人行道、行车道界限极不明确造成的，人行道的病害包括剥一落、撞击、错位、断裂、缺件、锈蚀等。桥梁混凝土栏杆、护栏常见的缺陷是断裂、和混凝土常见的表层缺陷。断裂是交通事故所致或车辆超宽运输不慎碰撞所致；由于立柱材料选择不当或者构造不当，在车辆震动荷载作用下，局部破损断裂；表层缺陷有的是因为缺乏养护管理，有的是因为混凝土栏杆长期外露，混凝土表面因水分侵入引起钢筋锈胀使构件产生裂缝，还有的是混凝土保护层因损坏、剥离、脱落引起开裂有些桥梁栏杆。
二、钢筋混凝土桥梁病害处理及加固措施
1、裂缝维修及加固措施
裂缝产生后一般有两种维修措施，裂缝修补或加固：①对浅而细，且条数较多的裂缝，裂缝宽度15mm时，一般认为此时的裂缝是可以自行愈合的，不影响结构的正常使用和承载需要对产生裂缝的构件进行良好的养护管理即可。②当宽度为0.15～0.2mm的浅而深的裂缝，可采用可灌性好的甲凝浆液或水泥砂浆液进行表面修补，此时裂缝宽度未超出规范的规定，不影响结构的承载能力和使用性能，进行一定的修补即可；对裂缝宽度为0.2～0.3mm且其位置未处在结构的主体受力位置上，可采用收缩小的环氧树脂浆液灌注补强。③当裂缝宽度为0.2～0.3mm且其位置处在结构的主体受力位置上，截面承载能力降低，体系的耐久性可能即将达到极限状态，此时裂缝处于三级病害的状态，宜采用水泥浆液灌浆修补或裂缝表面粘贴纤维玻璃布或钢板等。④当裂缝宽度为0.3mm且其位置处在结构的主体受力位置上，结构受力断面减小，承载能力降低，钢筋即将发生锈蚀，此时结构的使用寿命即将终止，此时裂缝己经处于比较严重的状态，必须对其加固，使其恢复其原设计状态。
裂缝加固法：①在受力构件外侧重新浇筑一层钢筋混凝土。这样可以提高钢筋和受力截面的面积，以增加承载力；②在结构裂缝的四周加设型钢套箍，以防止裂缝的扩大，并提高受力构件的刚度和承载能力。
2、铺装层病害维修及加固措施
桥面铺装病害的维修或修补可以采用局部凿除和全部凿除重铺等修补方法。
水泥混凝上铺装层有局部病害时，可将破坏处凿毛，深度以露出集料为准，然后用清水冲洗净断面并充分湿润，再在其上涂抹同强度等级的水泥砂浆或其它薪结材料最后铺筑一层4～5cm厚的水泥混凝土铺装层。桥面病害严重时，可考虑全部凿除后重铺。
若构件连接处有均匀沉陷，桥面则可能凹凸不平，此时可在桥下以液压千斤顶顶升，调整构件连接处的高程，使顶面平齐；若桥面铺装的破坏比较严重，已不能满足承载能力的要求时，则凿除原桥面铺装后，在水泥混凝土内铺设钢筋，增加横向联系，提高承载能力。
3、钢筋腐蚀维修及加固措施
用限制混凝土含水量以及渗透阻锈剂来防止钢筋锈蚀，在整个混凝土表面覆盖一层碱性的水泥砂浆或喷射混凝土层，用碱性砂浆局部修补的再钝化法，利用水的电解反应使钢筋再钝化等。对有明显锈胀开裂的结构，采用的维修方法是对已碳化或己受到氯离子污染的混凝土进行材料替换，或用环氧树脂为主体涂覆钢筋并辅以修补砂浆（修补混凝土）等。这些修补方案虽然在某些方面取得了一定成效，但总的来说，它们并不能从根本上制止电化学的锈蚀过程。碳化混凝土的再碱化主要应用电化学和电渗原理，在钢筋与混凝土之间施加一个电场，在直流电的作用下，阴极钢筋处发生电化学反应，产生氢氧根离子，同时碳酸钠电解质向钢筋周围的混凝土渗透，恢复钢筋周围混凝土的高pH值，以达到防止钢筋锈蚀的目的。
4、人行道、栏杆、护栏的病害维修及加固措施
应使桥梁栏杆经常保持完好状态，及时清洁、保养，以养防修。桥梁栏杆若有缺损，应及时补齐；若己损坏、缺失，应重新安装。桥梁栏杆柱铅垂竖直，若不直正，应及时纠偏。伸缩缝处的水平栏杆可以自由伸缩，若不能移动应及时维修或更换。钢筋混凝土栏杆若出现裂缝或剥落，可以用环氧树脂勃结材料灌注封缝修补。人行道块件也应完整、牢固，若出现松动、缺损应及时进行维修或更换。桥面路缘石也应经常保持完好状态，如有缺陷应及时维修或更换。
结语
综上所述，对于结构的维修加固，应在弄清楚病害原因的基础上，找到最经济合理的方法。本文由于篇幅有限，笔者仅仅粗略的探讨了裂缝、桥面铺装层病害、钢筋腐蚀以及人行道、栏杆、护栏的病害，还有许多内容没涉及到，比如：支座病害、变形等。
