混凝土桥梁裂缝的无损检测及修补
2015-04-15
一、裂缝的危害性
（一）加速混凝土碳化混凝土裂缝的存在，使空气中的CO2极易渗透到混凝土内部，在潮湿的环境下CO2能与水泥中的氢氧化钙、硅酸三钙、硅酸二钙相互作用并转化成碳酸盐，中和水泥的基本碱性，使混凝土的碱度降低，导致钢筋的纯化膜遭受破坏，易引起锈蚀，同时由于混凝土碳化会加剧混凝土收缩开裂，导致桥梁结构破坏。
（二）降低混凝土抵抗各种侵蚀性介质的耐腐蚀性能力
（1）溶蚀型混凝土腐蚀。即当水通过裂缝渗入混凝土内部或是软水与水泥石作用时，将一部分水泥的水化产物（如氢氧化钙）溶解并流失，引起混凝土破坏。这种腐蚀在桥墩上表现突出。
（2）盐酸（酸性液体）腐蚀和镁盐腐蚀。这类腐蚀的主要生成物不具有胶凝性，且易被水溶解的松软物质，这些物质能被通过裂缝或孔隙渗透入混凝土内部的水所能溶蚀，使混凝土中的水泥石遭受破坏。
（3）结晶膨胀型腐蚀。它是混凝土受硫酸盐的作用，在裂缝和硅孔隙中形成低溶解度的新生物，逐步积累后将产生巨大的应力使混凝土遭受破坏。
（三）影响混凝土结构物的结构强度和稳定性混凝土裂缝直接影响混凝土结构物的结构强度和整体稳定性，轻则会影响桥梁结构外观的正常使用和耐久性，严重的贯穿性裂缝可能导致桥梁的完全破坏。
二、裂缝的无损检测与监测技术
（一）超声波检测。超声波法用于非破损检测，就是以超声波为媒介，获得物体内部信息的一种方法，目前超声法己应用于医疗诊断、钢材探伤、鱼群探测等许多领域。在这些领域里，由于组成颗粒小密度大，密度分部也很均匀，所以声波能很好地传播，对其内部缺陷及其位置等都能准确地检测出来。掌握混凝土表面产生的裂缝深度，对耐久性诊断和研究修补加固对策有重要意义。测定裂缝深度，基本上都是将发射探头和接收探头，布置在混凝土同一面上的裂缝附近，但由于所选用的波形种类（纵波、横波及表面波）和声学参数（声速、频率、相位等）的不同，已有许多种具体方法。
（二）冲击弹性波法一般把弹性体内传播的波总称为弹性波，用人工发射弹性波到弹性体内，探测弹性体内的状态，是广义的弹性波探测法。冲击弹性波法与超声波法的原理是一样的，但远比超声波测定的裂缝深度深，冲击弹性波法只能检测扩展方向与表面成直角，没有分支的单纯裂缝。
（三）声发射检测法声发射检测法也是利用弹性波进行声学检测的具体检测方法检测裂缝，和其他方法最大的不同是只能检测正在发生的裂缝，不能检测已发生的旧裂缝，对正在发生的裂缝可检测裂缝发生的位置（声发射源定位），裂缝的大小，扩展情况和种类，以及裂缝的深度等。
（四）摄影检测法摄影检测法主要用作调查混凝土表面的裂缝摄影法包括普通照相机、录象机、放射线、红外线摄影等进行检测。
（五）传感仪器监测利用埋设在混凝土中的仪器进行裂缝监测，常规技术是利用卡尔逊式或弦式测缝计，其控制范围仅0.12-1，属点式检测，由于裂缝出现的空间随机性，因此往往漏检，为了及时无遗漏地监测裂缝，必须实施大范围的、连续、分布式监测，即所谓全分布监测。
（六）光纤传感网络监测在各国竞相开发的结构监测高科技领域里，光纤传感以其独特优势居于中心地位，它灵巧、精度高、抗电磁干扰，且可靠耐久，易于光纤传输组成自动化遥测系统。光纤传感应用于结构工程监测始于20世纪90年代初，如航空航天器、桥梁等的温度、振动、应变检测等裂缝的发生可以用埋设在混凝土中光纤的光强变化监测，而裂缝的定位可用多模光纤在裂缝处的光强突然下降或诊断完成，通过衰减曲线上的裂缝损耗突变点，可以准确地确定裂缝的位置，针对混凝土裂缝检测的特点，研制出基于光时域反射技术的光纤裂缝传感网络，可实现桥梁混凝土结构的分布检测，凡裂缝与光纤传感网络相交，均可感知，并可定宽、定位、定向。
三、裂缝修补方法
（一）表面封闭法
（1）表面涂抹通常是在混凝土表面沿宽度较小的裂缝涂抹树脂保护膜，在裂缝宽度有可能变动时，可采用具有跟踪性的焦油环氧树脂等材料，在裂缝多而且密集或者混凝土老化，砂浆离析的结构物上也可大面积涂抹保护膜。
（2）凿深槽嵌。先沿裂缝凿一条深槽，槽形根据裂缝位置和填补材料而定，然后在槽内嵌补各种粘结材料，如环氧砂浆、沥青、甲凝等。
（3）表面喷浆。喷浆修补是在经凿毛处理的裂缝表面，喷射一层密实而且强度高的水泥砂浆保护层来封闭裂缝的一种修补方法，根据裂缝的部位、性质和修补要求与条件，可采用无筋素喷浆，或挂网喷浆结合凿槽嵌补等修补方法。
（4）打箍加固封闭法。当钢筋混凝土产生主应力裂缝时，可采用在裂缝处加箍使裂缝封闭的方法，箍可用扁钢焊成或圆钢制成，可以直箍也可以斜箍，其方向应和裂缝方向垂直，墩台或桩基等下部结构承载能力不足，出现裂缝时也可以采取这种方法。
（二）灌浆法先将结构物的裂缝或孔隙与外界封闭，仅留出进浆口及排气孔，然后将较低粘度的浆液通过压浆泵以一定的压力将浆液压入缝隙内并使其扩散，胶凝固化，以达到恢复整体性、强度、耐久性及抗渗性的目的。浆液主要有：水泥浆、水泥-水玻璃、环氧糠酮、聚氨脂、丙凝和甲凝等后几种方法都属于化学灌浆法，其强度高效果好。
（三）粘贴加固法
（1）注入法粘贴钢板。这种方法是在混凝土表面与钢板之间加垫块等使两者之间保持一定空隙，并用环氧树脂胶泥封闭四周，而后从注入口注入环氧树脂，同时排出空隙中的空气，由于是从一方注入因而容易残留气泡，施工时一般用木槌随时敲打钢板来确定是否灌实，这种施工法虽然费时，但即使混凝土表面不平整也可进行施工。
（2）压粘法粘贴钢板。这种施工方法是在混凝土表面及钢板表面各涂上1-2厚的环氧树脂，然后利用已固定在混凝土中的锚杆把钢板压紧在混凝土面上，随着环氧树脂被挤出，粘贴面之间的空气也被排出，用这种方法几乎不会残留气泡，粘结效果也好，此法适用于混凝土表面平整的场合。
（3）粘贴碳纤维布。粘贴碳纤维布修补技术是一种新型的技术，它是利用树脂类粘结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面，利用其良好的抗拉性能达到修补加强的目的，这种修补方法基本不增加原结构的自重及尺寸。
（4）混凝土损伤自愈合。模仿动物骨组织结构，并基于生物组织对受创伤部位能自愈合的机理，在混凝土材料中复合具有特殊修复功能的材料，在混凝土内部形成仿生自愈合的网络系统，当混凝土出现裂缝时，损伤部位的粘结材料被释放流出并深入微裂缝，使裂缝重新愈合，恢复甚至提高混凝土材料的性能。目前，此种方法尚处于研究开发阶段，今后将会是混凝土智能材料的发展方向。
