钢筋混凝土桥梁的无损检测
闻宝联 1刘凯利2王新刚3 王欣4
（1天津市政工程研究院，天津，300201； 2. 天津市汇盈混凝土结构诊治科技有限公司，天津，300201；3. 中交港湾工程设计院，天津，300222;4.天津宏亚工程咨询公司,天津,300200）
摘要：对既有桥梁进行无损伤检测，可对结构任何时候出现的损伤进行定性、定位和定量的分析，为桥梁的可靠性、安全性和耐久性评估提供依据，尤其重要的是，检测结论对于桥梁结构的设计和建造以及维护方案的制定提供必要的参考。结合某桥梁实例，文中给出了无损检测的方法和步骤，提出了相应的维护措施。
关键词： 混凝土；桥梁；耐久性；无损检测
中图分类号：U445 文献标识码：B 文章编号：
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
无损检测就是在不影响工程结构使用性能的前提下，通过原位检测某些物理量，推算出材料与结构的工程质量指标，如强度值、厚度值、内部缺陷点、钢筋位置、成分含量等[1]。它有着比常规检测方法更为诱人的特点：非破坏性、随机性、远距离探测、现场检测等等；且检测数据可连续性采集，并通过数理分析和逻辑判断，能够比较准确地推定出工程质量的状况，从而弥补了以往单纯以观感检查和外形质量控制偏差来推及工程质量优劣的做法[2]，下面结合具体工程，介绍混凝土桥梁的无损检测。
1工程概况
天津某桥梁建于1977年，由一孔简支梁和跨越主河槽的三孔预应力混凝土箱梁组成，两边孔为简支悬臂箱梁结构。中孔带16.0m挂梁，全桥跨径布置为17.77m(简支梁)+29.0m+62.0m(其中挂梁16.0m)+29.0m，桥面全宽30.6m，其中车行道净宽24.0m，两侧人行道各宽3.3m。下部结构桥梁墩台为钢筋混凝土实体墩，基础为钻孔灌注桩，设计荷载汽车—20级，挂车—100（图1）。
图1 桥梁示意
该桥投入使用至今已有29年，桥面行人道处混凝土表面部分破损、路面磨损、开裂。上下游两侧桥面护栏有多处整体纵向断裂；桥面伸缩缝处开裂严重，尤其以桥面吊梁两侧伸缩缝处裂缝较大；在桥面形成横向通长开裂，缝宽最大处可达50mm左右；沥青路面存在多处不规则裂缝。桥下两桥墩表面风化侵蚀较重，加之冻融破坏及河水对桥墩的冲刷，使得较大区域的混凝土骨料已暴露于空气中。东侧桥台部位、箱梁部位混凝土结构表观质量较好，两侧人行道底部与箱梁衔接部位由于长期渗水，侵蚀严重，表面混凝土剥落、泛碱。中间挂梁与悬臂箱梁搭接处，渗水严重，挂梁端部连结横隔梁病害异常严重，混凝土开裂、钢筋暴露、锈蚀、表面泛碱。两孔箱梁侧面及腹面混凝土表观质量较好，局部出现渗漏、泛碱（图2）。
图2 桥梁现状
为全面客观了解桥梁的状况，对其进行耐久性无损检测，以便采取相应的维护措施。
2检测内容
根据工程需要及现场实际情况，检测内容为：通过冲击回波仪分析混凝土的病害情况；利用混凝土表面湿度仪检测混凝土的含湿量；利用钢筋定位仪、锈蚀检测仪检测保护层厚度、钢筋锈蚀率；检测混凝土表面碳化深度，并通过回弹仪确定混凝土强度；精密取样器取样后，利用氯离子含量检测仪测定混凝土氯离子含量。
2.1 测区的选择
对桥整体观测后，根据桥梁的病害情况分别在东西两侧箱梁、腹面及侧面选择了五个部位作为测区。在桥东侧距桥台3000mm处下游箱梁南侧面为Ⅰ#测区（图3），该片箱梁腹面距桥台3000mm处作为Ⅱ#测区，中部箱梁腹面距桥台3000mm处作为Ⅲ#测区（图4），东侧上游箱梁北侧面距桥台3000mm处作为Ⅳ#测区，西侧中部箱梁在距西侧桥墩8000mm位置处作为Ⅴ#测区。每一测区面积均为1000mm×2500mm，检测点为3×5点，点间距为500mm，横向分5个点，自左至右为1、2、3、4、5下侧相应为分A、B、C，共计15个点的网格测试（图5）。
图3 Ⅰ#测区示意 图4 Ⅱ、Ⅲ号测区示意
图5 测点布置示意
2.2混凝土均匀性检测
用特定的击锤依次击打混凝土表面每个测点，通过冲击回波仪的传感器与电脑相连，接收反射回来的声波信号，再经软件进行回波分析，检测混凝土的均匀性。
2.3钢筋检测
检测前用钢筋测定仪测出钢筋位置及其保护层厚度，并绘出钢筋分布网，后用冲击钻在钢筋位置处钻孔，使锈蚀仪的电极探头可以接触到钢筋，然后在混凝土表面喷水，润湿混凝土至少15分钟，利用混凝土表面湿度仪检测混凝土含湿量合格后，用钢筋锈蚀仪进行检测，依次测出各点半电池电势、电阻和钢筋锈蚀率。
2.4混凝土碳化深度检测
用电钻在测区混凝土表面钻直径15mm的孔洞，清理干净后用0.3%酚酞酒精溶液滴在孔洞内壁的边缘处，用深度测量仪测量出碳化深度。
2.5混凝土强度检测
利用回弹仪在几个测区进行检测，经碳化深度校合后得到推定强度值。
2.6混凝土氯离子含量检测
利用精密取样器在箱梁侧面离地墩台1000mm处、750mm处进行取样，每间隔5mm深取样一次，在中心实试室进行萃取分析，并绘制电位—氯离子浓度对应示意图。
3数据分析与处理
数据处理按以下流程进行：
原始数据 计算机（形成数据文件） 数据文件 数据均衡 数据排序 文件编辑 数字滤波 彩色变换 人工判读 制表与绘图 打印输出
经过数据的整理和分析，对各测点的分析结果如下：
3.1均匀性检测
冲击回波检测执行ASTM C 1383-98标准，下面给出测区I几个典型的处理结果。
A1测点
从图中反应出，此点板厚是227mm，混凝土内部基本无缺陷。
图6 A1测点波形图
A3测点，板厚为239mm，混凝土密实性差。
图7 A3测点波形图
B4测点波形图，此处板厚为161mm，混凝土较密实。
：
图8 B4测点波形图
C5测点，在深55mm处有明显分层。
图9 C5测点波形图
3.2 保护层厚度检测
以下为测点三钢筋保护层厚度
表1 保护层厚度（mm）
|
点位
T梁侧面 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
A |
40 |
40 |
36 |
34 |
31 |
|
B |
31 |
35 |
34 |
33 |
30 |
|
C |
35 |
35 |
36 |
31 |
29 |
|
D |
40 |
38 |
35 |
30 |
30 |
3.3 钢筋锈蚀速率检测
根据ASTM C 876-91(1999) 、ASTM C 1202-97 标准及Thomas Frolund的理论和实际测试经验，用GalvaPulse钢筋锈蚀率检测仪在东岸上游侧箱梁腹面600mm×2400mm范围内检测钢筋锈蚀速率（注：表格中上部数据为电位值，中部为钢筋瞬间锈蚀速率值，下部为极化电阻值），对上述区域壁检测数值所做的锈蚀率分布判定。 图10检测数据表 图11 测区腐蚀电位2D、3D图 图12 测区钢筋瞬间锈蚀速率2D、3D图
图13 测区极化电阻值2D、3D图
表2测区锈蚀速率统计表
|
锈蚀率（微米/年） |
锈蚀程度 |
测点分布 |
占总测点百分率（%） |
|
<20 |
微弱的锈蚀 |
3 |
15 |
|
20~50 |
较慢的锈蚀 |
8 |
40 |
|
50~150 |
中等的锈蚀 |
6 |
30 |
|
>150 |
较高的锈蚀 |
3 |
15 |
|
备注 |
共20个测点 |
由表2可以看出，该箱梁侧面区检测20个点，最大值286.3微米/年,最小值2.5微米/年,平均值72.6微米/年。该区域处于桥面由于受雨水及化冰盐侵蚀，钢筋锈蚀速率较大。
3.4 混凝土强度检测
在东岸距桥台3m处分别对三片箱梁的两侧面及腹面进行了混凝土抗压强度检测，及挂梁西侧伸缩缝西侧的箱梁混凝土抗压强度、东侧下游桥墩上箱梁侧面混凝土抗压强度，检测区域原设计强度均为400＃混凝土。
表3 混凝土强度检测值（MPa）
|
序号 |
位置 |
回弹平均值 |
碳化深度修正值 |
角度修正值 |
强度推定值 |
|
1 |
东岸上游箱梁北侧面 |
40.3 |
25.3 |
0 |
25.3 |
|
2 |
东岸上游箱梁腹面 |
56.6 |
50.1 |
-3.5 |
46.6 |
|
3 |
东岸上游箱梁南侧面 |
48.2 |
36.3 |
0 |
36.3 |
|
4 |
东岸中部箱梁北侧面 |
49.6 |
38.5 |
0 |
38.5 |
|
5 |
东岸中部箱梁腹面 |
60.8 |
56.4 |
-3.5 |
52.9 |
|
6 |
东岸中部箱梁南侧面 |
57.6 |
51.9 |
0 |
51.9 |
|
7 |
东岸下游箱梁北侧面 |
53 |
43.9 |
0 |
43.9 |
|
8 |
东岸下游箱梁腹面 |
55 |
47.3 |
-3.5 |
43.8 |
|
9 |
东岸下游箱梁南侧面 |
41.6 |
27.0 |
0 |
27.0 |
|
10 |
西侧中部箱梁腹面 |
62.2 |
56.4 |
-3.5 |
52.9 |
|
11 |
中部吊梁西侧牛腿 |
50.4 |
39.7 |
-3.5 |
36.2 |
|
12 |
吊梁西侧横隔梁 |
48.4 |
36.6 |
-3.6 |
33 |
|
13 |
东墩上部箱梁西侧面 |
41.6 |
27.0 |
0 |
27 |
|
14 |
东墩上部箱梁东侧面 |
35.4 |
19.6 |
0 |
19.6 |
3.5 氯离子含量检测
在同一位置处在碳化深度以下，每间隔5mm深取样的样品，进行萃取分析，根据电位值，通过因数修正后在标准电位—氯离子浓度曲线上可找出对应的氯离子浓度。检测表明，在不同的测点处氯离子含量都是随着深度的增加而减少，可以断定氯离子来源为外部氯离子渗透。氯离子含量最大为0.035%，氯离子含量最小为0.006%，平均值为0.0125%，检测表明碳化层以下5mm深的氯离子含量相对较高，已超过规定的0.3kg/m3标准含氯量。而平均值已接近规定的0.3kg/m3标准含氯量。随着深度的增加，氯离子含量也在减少，钢筋位置处的氯含量虽然没有超过标准值，但也处在超标的边缘。
3.6 混凝土碳化深度检测
对各结构所做的碳化深度的检测数据请见表4所示：
表4 碳化深度测试值（mm）
|
位置 |
1 |
2 |
3 |
平均 |
|
东侧箱梁腹面 |
22 |
24 |
35 |
27 |
|
东墩箱梁左侧面 |
36 |
32 |
28 |
32 |
|
东墩箱梁右侧面 |
41 |
36 |
32 |
36 |
|
西墩箱梁左侧面 |
37 |
32 |
28 |
32 |
|
西墩箱梁右侧面 |
40 |
29 |
34 |
34 |
根据表格中数据可以看出平均碳化深度在27mm－36mm之间，对于一个近三十年的混凝土结构物来说是在一个正常的碳化范围内。
通过现场检测、勘察与后期的总结分析，主要病害如下：
1）混凝土强度偏低，多数点强度达不到设计强度值，且混凝土内部质量多处不密实，有病害存在。
2）耐久性差，主要表现在氯离子含量偏高，最高极值超过允许阈值；碳化深度较大，个别处已接近钢筋保护层厚度，表面混凝土中性化严重。
3）钢筋锈蚀率较大，尤其是桥面板部位钢筋由于受化冰盐等的影响，锈蚀和锈蚀率都很高。
4 结论和建议
通过对桥梁进行的无损检测，得出的结论和建议如下：
1）通过检测，该桥梁各混凝土构件局部强度低于设计强度，桥面钢筋锈蚀情况严重，混凝土碳化、氯离子侵蚀较重。
2）构件本身面临老化以及受频繁活载、雨水、化冰盐等各方面因素的影响，应对其进行有效的加固与维护，以延长使用寿命提高运行安全系数。
3）对桥梁进行整体涂整保护，主要承重部件采用高分子复合材料进行加固补强。
参考文献：
[1] 建筑工程施工试验与检测[M].中国建筑工业出版社,2001
[2] 铁志杰. 21世纪桥梁管理的无损检测[J]. 国外桥梁,1999(4).
作者简介：闻宝联（1968.10- ），男，天津人，高级工程师，工学博士，毕业于天津大学建筑技术专业，获省部级科技进步奖3次，研究方向：混凝土耐久性。Mb：13752384681
Email:wenbaolian@126.com |
