混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學課件

混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術

同濟大學

劉仲訓混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術

同濟大學

劉仲訓1

第一章

混凝土橋梁病害診斷技術混凝土橋梁病害的主要表現(xiàn)形式：1、

裂縫2、

變形（變位）3、

腐蝕對混凝土結構而言，其病害的最終形式是裂縫。裂縫可分為兩類：1、

非荷載裂縫――材料自損、劣化（由于材料自身內(nèi)力引起裂縫）2、

荷載裂縫――外力裂縫（由于外力、軸線變形或支承變位引起的裂縫）雖然裂縫在規(guī)范里是作為正常使用狀態(tài)中耐久第一章

混凝土橋梁病害診斷技術2

性來評價，但結構損壞乃致倒塌往往是從裂縫的擴展開始的，由安全狀態(tài)隨著時間的延伸而逐漸轉(zhuǎn)化為不安全狀態(tài)，因此結構耐久性問題實質(zhì)也是安全問題，必須引起重視。第一節(jié)

非荷載裂縫一、

混凝土收縮裂縫1、

混凝土收縮原因混凝土組成：粗骨料

細骨料膠結料：水泥＋水→水化→水泥凝膠體→水泥石混凝土收縮實為水泥石收縮，有三種原因：性來評價，但結構損壞乃致倒塌往往是從裂縫的擴展開始的，由安3

1）

化學收縮－水化過程中體積縮小2）物理收縮－自由水蒸發(fā)、干燥引起體積縮小3）碳化收縮－空氣中CO2與混凝土中Ca(OH)2發(fā)生化學反應，產(chǎn)生CaCO3折出水分蒸發(fā)，促使體積縮小。2、混凝土收縮裂縫的原因－自由收縮受到約束當收縮受到約束而產(chǎn)生的拉應變大于當時砼的極限拉應變就會產(chǎn)生與拉應力方向相垂直的裂縫。1)砼構件表面收縮龜裂（圖1）1）化學收縮－水化過程中體積縮小4

圖1混凝土表面龜裂這類收縮裂縫多數(shù)是混凝土構件表層由于養(yǎng)護不當，表層失水、干縮所造成。這類裂縫一般不深，多數(shù)深度不超過鋼筋保護層厚度。2）墩臺混凝土的豎向收縮裂縫①在巖石基礎上澆筑的墩臺混凝土，混凝土墩身要收縮，巖石基礎不收縮，由此產(chǎn)生收縮

5

差，巖石基礎阻止墩身砼收縮而在橫向產(chǎn)生拉應力，當該拉應力大于該時段的混凝土極限拉應變就會產(chǎn)生豎向裂縫，這類墩身、臺身的豎向裂縫為下寬上細，當臺身較厚，由于表層收縮大、內(nèi)部收縮小，因此顯示表層裂縫寬些、內(nèi)部裂縫細些，一般不貫通（圖2）。圖2巖石基礎上砼橋臺豎直裂縫差，巖石基礎阻止墩身砼收縮而在橫向產(chǎn)生拉應力，當該拉應6②在先澆筑好的砼承臺上再澆筑薄壁砼墻身（C30，水灰比達0.63，泵送砼）。由于第一次澆筑的砼齡期長些，其收縮已完成一部分，后期收縮要小一些，但后澆的薄壁墻身收縮顯然要大于先澆部分砼的后期收縮量，導致產(chǎn)生收縮差而裂縫（圖3）。由于墻體薄，故裂縫貫通。圖3在先澆注的砼承臺上澆注橋臺墻身的砼收縮裂縫②在先澆筑好的砼承臺上再澆筑薄壁砼墻身（C30，水灰比達73)預制T梁由于鋼模拆除不及時，造成腹板豎向裂縫，圖4為蘇嘉杭高速公路T梁收縮裂縫。圖4鋼模板拆模引起T梁收縮裂縫3)預制T梁由于鋼模拆除不及時，造成腹板豎向裂縫，圖4為蘇84）

老橋混凝土腹板的碳化收縮現(xiàn)象如蘇式T梁腹板經(jīng)常發(fā)現(xiàn)棗核形裂縫，即二端細，中間粗。裂縫下端細是由于下緣配筋量大，裂縫上端由于逐漸上伸到受壓區(qū)而消失。裂縫中間粗有二個原因：一是腹板水平鋼筋少；二是在原有裂縫基礎上，由于碳化收縮而使裂縫寬度增寬，圖5為蘇式T梁裂縫狀況。圖5蘇式T梁裂縫4）

老橋混凝土腹板的碳化收縮現(xiàn)象95）

預制構件拼裝濕接頭收縮裂縫的危害（1）拱片之間的橫系梁、橫隔板的濕接頭產(chǎn)生收縮裂縫后，大大減弱橋梁橫向整體性（圖6）。5）

預制構件拼裝濕接頭收縮裂縫的危害10

圖6剛架拱（蘇州金雞橋）橫隔板濕接頭收縮裂縫

11①造成拱片頂部橋面順橋向裂縫（圖7）。圖7剛架拱橋面縱向裂縫②

荷載橫向分布集中，降低承載能力。③產(chǎn)生橫向搖擺。①造成拱片頂部橋面順橋向裂縫（圖7）。12

（2）空心板梁鉸縫砼收縮產(chǎn)生縫隙后，當橋面鋪裝鋼筋配筋率低時，易造成橋面沿梁長產(chǎn)生順橋向裂縫，降低橫橋向整體性，使荷載橫向分布集中，并由此降低橋梁承載能力。6）空心板梁封頭板砂漿收縮裂縫引起滲水（圖8），使空腔內(nèi)聚積大量水，曾經(jīng)在一塊空心板梁的空腔底部鉆一孔，

出水量達0.6m3，對普通鋼筋砼空心板梁的受力裂縫在受荷時張開內(nèi)部水滲出，導致鋼筋銹蝕嚴重。

13

圖8空心板梁封頭板砂漿收縮裂縫滲水7）中層式拱吊桿上端封錨砼因收縮裂縫滲水，通過錨頭孔隙流水鋼束而銹蝕。圖9~圖10為合肥壽春橋吊桿上端封錨砼四周的收縮裂縫和積水。圖11為壽春橋吊桿鋼絲索嚴重銹蝕（采用黃油保護）。

14

圖9壽春路橋中承式拱吊桿頂端封錨砼周邊收縮裂縫

15圖10壽春路橋中承式拱吊桿頂端封錨處有5cm厚積水混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件16圖11壽春路橋吊桿鋼管內(nèi)部黃油由于鋼絲銹蝕物混合成咖啡渣狀并含水份混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件173、

解決方法1）

采用補償收縮砼補償收縮砼是在普通砼中按規(guī)定比例摻加有效膨脹劑，如UEA用量為水泥用量的12～14％，可防止產(chǎn)生收縮裂縫。2）

收縮裂縫，一般采用裂縫封閉方法解決①

注入稀環(huán)氧樹脂膠②

鑿槽后采用無收縮水泥基專用修補砂漿修補③

裂縫較深者鑿槽后采用高強度免振無收縮砂漿修補④涂抹滲透結晶型水泥基漿料，封閉裂縫。3、

解決方法18

由于混凝土剛澆筑、振搗，抹面壓光后，混凝土在自重作用下仍有繼續(xù)沉縮趨勢，此時受到鋼筋阻礙（圖12-a），或模板約束（圖12-b），就會產(chǎn)生裂縫。

圖12混凝土沉落裂縫a—鋼筋阻礙的沉落裂縫b—模板阻礙的沉落裂縫由于混凝土剛澆筑、振搗，抹面壓光后，混凝土在自重作用下仍有191、原因：①振搗不充分

②漏漿③跑模④

模板剛度不夠⑤

砼保護層太?、?/p>

砼坍落度過大⑦

空心板梁空腔氣囊漏氣（圖13）混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件20

圖13空心板澆筑砼初凝后因氣

囊漏氣而產(chǎn)生裂縫

圖13空心板澆筑砼初凝后212、后果：這類裂縫一般為表層裂縫。

3、處理：①沿裂縫鑿U型槽、采用專用修補砂漿修補

②這類裂縫較密時可整片鑿除混凝土保護層，采用免振自流平砂漿修補。

三、鋼筋銹蝕引起的裂縫

砼中鋼筋產(chǎn)生銹蝕后，由于銹皮會吸濕產(chǎn)生化學反應而膨脹，其體積將增大2～4倍，從而脹裂砼保護層。

對于鋼筋銹蝕，首先要分析是先銹后裂，還是先裂后銹。

1)先銹后裂2、后果：這類裂縫一般為表層裂縫。

3、處理：①沿裂縫22

①砼保護層碳化鋼筋外表砼保護層起保護鋼筋作用的機理是因為砼保護層具有弱堿性，與鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜，從而保護鋼筋不被銹蝕，俗稱堿性保護。但砼與空氣中的二氧化碳CO2由水通過毛細孔與砼中氣氫氧化鈣起作用（化學反應）Ca(OH)2＋CO2――CaCO3＋H2O轉(zhuǎn)化為中性的碳酸鈣和水使這部分砼由堿性變成中性，也即PH值由原來的13降低到8～10，這就是砼碳化，當保護層全被碳化，也就是失去堿性保護，在鋼筋表面不能繼續(xù)生成鈍化膜，當外界有腐蝕物質(zhì)時，通過毛孔滲入到鋼筋表面而銹蝕，從而脹裂砼保護層先銹后裂。

①砼保護層碳化23氯離子鋟蝕引起銹蝕

氯離子（Cl－1）存在于鹽中，如Nacl（氯化納）Cacl（氯化鈣），當砼中含有氯離子（Cl－1）時，砼堿度雖然較高，鋼筋周圍的砼尚未碳化，此時鋼筋也會出現(xiàn)銹蝕，這是因為氯離子半徑小，活性大，具有很強穿透鈍化膜的能力，氯離子首先吸附在鈍化膜有缺陷處，使氫氧化鐵反應成易溶的氯化鐵，使鈍化膜局部破壞，產(chǎn)生坑蝕。

氯離子來源：

（1）

內(nèi)滲型

50年代冬季施工常用氯鹽（氯化鈣）摻加，防凍，造成鋼筋銹蝕。氯離子鋟蝕引起銹蝕

氯離子（Cl－1）存在于鹽中，如24

（2）

外摻型化工廠海邊地區(qū)結構物北方橋面化冰鹽等由氯離子引起鋼筋銹蝕而脹裂砼保護層，也是先銹后裂類型。2、先裂后銹受力裂縫的裂縫寬度過大，外界腐蝕物質(zhì)有直接通道而銹蝕筋。酸雨腐蝕先腐蝕砼保護層繼而銹蝕鋼筋。骨料膨脹引起砼裂縫后再銹蝕鋼筋。（2）

外摻型253、鋼筋引起砼崩裂的形態(tài)

鋼筋銹蝕引起裂縫形態(tài)一般是順筋向的。對先銹后裂的混凝土構件，實際上在鋼筋銹蝕早期，構件內(nèi)部已有層離裂縫存在，但外部還尚未裂縫，此時可用小錘輕敲聽聲，有空殼聲表示內(nèi)部已有裂縫起殼，然后鑿開檢查。

1）縱筋銹蝕裂縫（圖14）

圖14鋼筋銹蝕引起順筋向裂縫

3、鋼筋引起砼崩裂的形態(tài)

鋼筋銹蝕引起裂縫形態(tài)一般26

2）箍筋銹蝕裂縫（圖15），手摸裂縫邊緣有突出高差感覺。

圖15箍筋銹蝕崩裂混凝土保護層

2）箍筋銹蝕裂縫（圖15），手摸裂縫邊緣有突出高差感覺273）

鋼筋銹蝕后，內(nèi)部混凝土產(chǎn)生層離狀態(tài)（圖16）圖16鋼筋銹蝕后，內(nèi)部砼發(fā)生層離現(xiàn)象3）

鋼筋銹蝕后，內(nèi)部混凝土產(chǎn)生層離狀態(tài)（圖16）28圖17四川路橋箱體腹板和頂板鋼筋大面積銹蝕而崩裂混凝土保護層a腹板鋼筋銹蝕崩裂混凝土表面圖17四川路橋箱體腹板和頂板鋼筋大面積銹蝕而崩裂混凝土保護29b箱內(nèi)頂板鋼筋銹蝕成片頂裂混凝土保護層圖17四川路橋箱內(nèi)腹板和頂板鋼筋銹蝕裂縫混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件30圖18漢陽路橋橋面板鋼筋銹損圖18漢陽路橋橋面板鋼筋銹損31

圖18漢陽路橋邊橋面板鋼筋嚴重銹蝕

圖18漢陽路橋邊橋面板鋼筋嚴重銹蝕324）

鋼筋銹蝕的危害1、

粘結力減弱，降低承載能力2、

鋼筋截面減小，降低承載能力3、

鋼筋銹蝕后易產(chǎn)生應力集中，增加脆性4、

預加應力鋼筋銹蝕后，在高應力作用下會加快銹蝕，即所謂應力腐蝕現(xiàn)象。5）

維修加固方法1、銹蝕鋼筋徹底除銹，補焊鋼筋，彌補鋼筋銹損，然后用砼包裹保護。2、銹蝕鋼筋，徹底除銹，砼補強，外粘貼鋼板或碳纖維布，補充鋼筋截面損失。3、保護層混凝土已全面碳化，不防銹，采取封閉砼毛細孔，隔離水及腐蝕性物質(zhì)，防止鋼筋

4）

鋼筋銹蝕的危害33繼續(xù)銹蝕。

4、滲入阻銹劑，防止鋼筋銹蝕。四、骨料膨脹引起的裂縫（一）概況

這是近年來遇到的機率逐漸增多的一種病害，就我個人而言，自1984年首先在房屋建筑中發(fā)現(xiàn)，繼而在橋梁領域中發(fā)現(xiàn)。在橋梁方面首先于2019年在杭州清泰門立交橋上發(fā)現(xiàn)，接著于2019年在上海內(nèi)環(huán)線高架道路黃興路段空心板梁上發(fā)現(xiàn)，繼而于2019年在上海寶山區(qū)龍珍港橋和上海嘉定區(qū)新涇橋和蘇州唯定大橋發(fā)現(xiàn)，最近在上海內(nèi)環(huán)線高架道路上又發(fā)現(xiàn)橋墩立柱產(chǎn)生該病害。繼續(xù)銹蝕。341、杭州清泰門立門橋骨料膨脹病害圖19a~f為杭州清泰門立交橋端橫隔板由于堿活性骨料膨脹引起的裂縫形態(tài)圖19－a杭州清泰門立交橋西部第七孔和第八孔實景1、杭州清泰門立門橋骨料膨脹病害35圖19－b清泰門立交橋西部第七孔和第八孔之間伸縮縫西側(cè)第七孔端橫梁底裂縫混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件36圖19－c清泰門立交橋第七孔端橫梁裂縫形態(tài)混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件37圖19－d清泰門立交橋第八孔端橫梁底裂縫形態(tài)混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件38圖19－e清泰門立交橋第七孔端橫梁鑿入內(nèi)部發(fā)現(xiàn)堿骨料反映特征－變質(zhì)輝綠巖外圈產(chǎn)生白色反應環(huán)混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件3919－f清泰門立交橋第七孔端橫梁內(nèi)部層離狀裂縫形態(tài)混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件40圖19－a顯示清泰門立交橋為雙箱并聯(lián)連續(xù)箱梁橋圖19-b為清泰門立交橋西部第七孔與第八孔之間伸縫西側(cè)第七孔端橫梁底面裂縫狀況

由該圖顯示該橫梁北端底面龜裂，在底面和側(cè)面用手指觸摸，可明顯感覺裂縫兩側(cè)有高差，表明一側(cè)“凸出”必然有膨脹源膨脹所致，經(jīng)鑿除松散碎塊后可發(fā)現(xiàn)橫梁底粗鋼筋被向外頂彎彎曲，在橫梁頂部有一橫向裂縫，仔細用手觸摸，該縫可明顯感覺到裂縫下側(cè)相對于上側(cè)凸出10mm，這些均表明混凝土內(nèi)部有多個膨脹源頂出所致。圖19－e為清泰門立交橋第七孔端橫梁鑿入內(nèi)部

圖19－a顯示清泰門立交橋為雙箱并聯(lián)連續(xù)箱梁橋41

發(fā)現(xiàn)變質(zhì)巖碎石外圈產(chǎn)生白色反應環(huán)，這是明顯的彌漫性堿活性骨料所起化學反應的結果，白色反應環(huán)為堿活性骨料在堿和水的作用下產(chǎn)生的反應物，為吸潮膨脹物，由于堿活性骨料多（彌漫型），故其內(nèi)部裂縫呈層離狀裂縫（圖19－f）。骨料膨脹先引起端橫隔板與板底結合面裂縫后，由于伸縮縫處漏水不斷，導致端橫隔板箍筋在該裂縫處全銹斷，這也是先裂后銹的主要表現(xiàn)。2、上海內(nèi)環(huán)線高架道路空心板梁骨料膨脹病害上海內(nèi)環(huán)線高架道路黃興路1121～1123墩之間二孔跨徑為22m的先張法預應力空心板梁于2000年發(fā)現(xiàn)梁底多處產(chǎn)生混凝土保護層崩裂和崩落，發(fā)現(xiàn)變質(zhì)巖碎石外圈產(chǎn)生白色反應環(huán)，這是明顯的彌漫性堿活性骨42

幸好未傷人。圖20－a~d為空心板底崩裂裂縫和崩落后可見白色及姜黃色石子圖20－a幸好未傷人。43圖20－b混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件44圖20－c混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件45圖20－d混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件46圖21－a為空心板梁梁底因骨料膨脹而產(chǎn)生沖剪裂縫形態(tài)，放射形裂縫交點內(nèi)部有一膨脹源（膨脹骨料）

圖21－a圖21－a為空心板梁梁底因骨料膨脹而產(chǎn)生沖剪裂縫形態(tài)，放射形47圖21－b為空心板梁底因骨料膨脹的沖剪裂縫一側(cè)凸，有高差，表明被脹出

圖21－b圖21－b為空心板梁底因骨料膨脹的沖剪裂縫一側(cè)凸，有高差，表48圖21－c為空心板梁底因骨料膨脹的被沖剪部分的錐狀體鑿除后，可見潮濕姜黃色石子膨脹骨料－膨脹源（直徑約11cm）圖21－c圖21－c為空心板梁底因骨料膨脹的被沖剪部分的錐狀體鑿除后，49圖21－d上述膨脹骨料膨脹，不僅把混凝土脹裂，還把鋼筋脹彎

圖21－d圖21－d上述膨脹骨料膨脹，不僅把混凝土脹裂，還把鋼筋脹彎50圖21－e空心板梁底骨料膨脹崩落混凝土錐體

圖21－e黃興路內(nèi)環(huán)線高架空心板梁底骨料膨脹崩落混凝土錐體圖21－e空心板梁底骨料膨脹崩落混凝土錐體51對于空心板梁橋其只有一個臨空面，可以直接觀察，而側(cè)面由于梁與梁之間并列靠緊無法檢查裂縫，頂面由于瀝青混凝土覆蓋著，也無法檢查裂縫，因此其內(nèi)部裂縫目前還無直接觀測方法，最近正在聯(lián)系雷達檢測。如果腹板崩裂和頂板崩裂，其破壞的危害性更大，更突然，因此必須引起重視。3、上海寶山龍珍港橋骨料膨脹病害龍珍港橋建于1992年，為一座三孔鋼筋混凝土空心板梁，跨徑組成為8m＋10m＋8m（圖22－a），橋?qū)?9.5m，在2019年2月發(fā)現(xiàn)該橋北半橋中孔（圖22－b）和邊孔車行道橋面鋪裝碎裂（圖22－c），進而發(fā)現(xiàn)空心板頂部碎裂（圖22－d），對碎裂部分檢查可發(fā)現(xiàn)白色、姜黃色骨對于空心板梁橋其只有一個臨空面，可以直接觀察，而側(cè)面由于梁與52

料，表面呈粉狀（圖22－e和22－f），不僅如此，還發(fā)現(xiàn)常有白色反應環(huán)的碎石（圖22－g），這些均為膨脹骨料。圖22-a料，表面呈粉狀（圖22－e和22－f），不僅如此，還發(fā)現(xiàn)常53圖22-b混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件54圖22-c混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件55圖22-d混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件56

圖22-e

57

圖22-f

58圖22-g混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件59該空心板梁底也已全面被膨脹骨料所脹裂，由于與黃興路高架相似，恕不復述。本節(jié)要說明的是空心板梁梁頂碎裂的危害性，以補充前述不足，由于空心板梁頂部處于受壓區(qū)，如受壓區(qū)碎裂到一定程度，則易導致空心板梁突然斷裂，為此必須予以重視。4、嘉定唐華路新涇橋橋墩骨料膨脹病害該橋為一座三孔空心板簡支梁橋（圖23－a），二端橋臺為樁基重力式，中間二橋墩為雙排樁樁基，橋墩承臺高為0.8m，寬為1.7m，其上為三根圓形立柱和蓋梁組成墩身，該橋主要病害是橋墩有嚴重裂縫，具體如下：該空心板梁底也已全面被膨脹骨料所脹裂，由于與黃興路高架相似，60

1）該橋唐行方向橋墩承臺有嚴重裂縫（圖23－b），最大裂縫寬度達30mm以上，其裂縫特征為：（1）裂縫兩側(cè)有明顯高差，最大高差可達幾厘米，圖23－c為承臺園端環(huán)向裂縫，裂縫右側(cè)頂面混凝土高出裂縫左側(cè)混凝土30mm以上。圖23－d為承臺靠唐行方向一側(cè)的邊緣裂縫頂面部分混凝土高出側(cè)面40mm以上。1）該橋唐行方向橋墩承臺有嚴重裂縫（圖23－b），最大裂縫61圖23-a混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件62圖23-b混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件63圖23-c混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件64圖23-d混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件65（2）承臺頂面混凝土有放射狀裂縫（圖23－e）和龜紋狀裂縫（圖23－f）。圖23-e（2）承臺頂面混凝土有放射狀裂縫（圖23－e）和龜紋狀裂縫66圖23-f混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件67(3)裂縫呈層離狀，用錘敲擊混凝土頂面及側(cè)面，有明顯起殼聲，這種剝離層厚度達150mm以上（圖23－g）。

圖23-g(3)裂縫呈層離狀，用錘敲擊混凝土頂面及側(cè)面，有明顯起殼聲，68（4）

承臺底部和四周在水下，無法觀察，只能用手支摸，發(fā)現(xiàn)其裂縫形態(tài)與頂部相同，由此可知，該承臺上、下和四周已全面層離起殼。3、

唐行方向橋墩立柱上端也有局部放射狀及龜裂狀裂縫，下端有多條豎向裂縫，長度約為40～50cm。4、

病害原因(1)根據(jù)承臺裂縫二側(cè)有高差，多處呈放射形及龜紋裂縫的特征，可以判斷為粗骨料膨脹所引起，根據(jù)承臺裂縫分布形態(tài)確診含有這類膨脹性骨料是彌漫性的，通過局部打開層離裂縫部位，可見骨料表面附著一層白色粉汗水沫（圖23－h(huán)）或白色漿狀物質(zhì)，這是一種反應物，正是這種反應特的膨脹，是造成承臺嚴重裂縫的根本原因，（4）承臺底部和四周在水下，無法觀察，只能用手支摸，發(fā)現(xiàn)其69

這類反應統(tǒng)稱“堿－骨料反應”（又稱堿集料反應）。根據(jù)有關資料報道，在北京、天津等地橋梁已發(fā)生多起這類病害，如北京西直門立交橋（已拆除），三元立交橋等，這類病害俗稱“混凝土的癌癥”說明對已建混凝土結構來說是難治的病害。這類反應統(tǒng)稱“堿－骨料反應”（又稱堿集料反應）。根據(jù)有關70

圖23-h

71（二）骨料膨脹病害種類及產(chǎn)生條件1、骨料膨脹病害有二類：第一類：“堿骨料反應”引起骨料膨脹，破壞砼。

第二類：含有氧化鎂骨料、硫酸鹽骨料或生石灰緩慢水化膨脹而破壞混凝土。這類病害的進展是由表及里的，這是與外界潮氣由表面通過毛細孔逐漸滲入有關。

2、其中發(fā)生所謂“堿骨料反應”產(chǎn)生的條件有三點：1）混凝土骨料中含有一定量的堿活性二氧化硅，例白云石、蛋白石、玻璃質(zhì)二氧化硅，結晶不完整的二氧化硅礦物等，當含量大于5％時，對混凝土構件可能會產(chǎn)生損害。（二）骨料膨脹病害種類及產(chǎn)生條件72

2）混凝土中堿含量超過一定量（一般控制在3kg/m3之內(nèi)）。

3）水前二點是發(fā)生“堿骨料反應”的必要條件，后一點水是充分條件。對于第二類骨料膨脹的充分條件也是水，它們膨脹后體積可達原體積的2～4倍，相當可觀。

一般產(chǎn)生這類病害是在結構竣工數(shù)年（一般在五年后）后發(fā)生，例杭州清泰門立交橋橫梁病害是建成后7年左右被發(fā)現(xiàn)，內(nèi)環(huán)線高架發(fā)現(xiàn)該類病害為竣工后6年被發(fā)現(xiàn)。

（三）危害性這類材料自損現(xiàn)象危害很大，當在一處首先發(fā)現(xiàn)2）混凝土中堿含量超過一定量（一般控制在3kg/m3之內(nèi)）73發(fā)現(xiàn)這類病害時，應把它當作一個信號，很可能在其它部位也會相繼出現(xiàn)。骨料膨脹病害的危害性：1、

骨料膨脹裂縫后使截面削弱。2、

裂縫處易滲水，銹蝕鋼筋（杭州清泰門立交橋橫梁頂部箍筋全部銹斷）3、

受壓區(qū)因骨料膨脹而損壞，達到一定程度后，可能會出現(xiàn)突然破壞。4、梁端因骨料膨脹而損壞，有可能產(chǎn)生斜壓破壞形態(tài)。綜上所述，對骨料膨脹病害必須予以重視，應該在施工前，對骨料進行檢驗，發(fā)現(xiàn)這類病害時，應把它當作一個信號，很可能在其它部位也會相繼74

對水泥及添加劑的堿含量加以控制，做好防水隔離。對于已建結構，必須發(fā)現(xiàn)一處及時進行有效修補一處，同時作好砼毛細孔封閉工作，隔絕水分或潮氣浸入，若發(fā)現(xiàn)已較嚴重，則應拆除重建。（四）骨料膨脹裂縫的辨別方法：膨脹骨料在構件淺層，一般呈網(wǎng)狀及放射形裂縫，裂縫交點處為膨脹骨料所在位置（圖24）。對水泥及添加劑的堿含量加以控制，做好防水隔離。75

a立面圖

76b平面圖圖24骨料膨脹剪錐體混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件772、當膨脹骨料在鋼筋背后，則骨料膨脹后，會把鋼筋頂彎，此時有可能產(chǎn)生順鋼筋裂縫，但其長度不長，同時可能出現(xiàn)砼被沖剪破裂，其裂縫為周邊一圈。3、砼沖剪錐體邊緣裂縫的二側(cè)有高差。若內(nèi)部膨脹骨料為彌漫性分布，其內(nèi)部有可能產(chǎn)生層理狀千層餅似的裂縫（圖25）。圖25多顆膨脹源引起層離裂縫2、當膨脹骨料在鋼筋背后，則骨料膨脹后，會把鋼筋頂彎，78

5、與網(wǎng)狀收縮裂縫的區(qū)別有二點：一是收縮裂縫一般發(fā)生時間較早，多在施工后即發(fā)生，而骨料膨脹裂縫均在幾年之后發(fā)生；二是收縮裂縫二側(cè)無高差，而骨料膨脹裂縫二側(cè)有高差。（五）骨料膨脹類型判別由于骨料膨脹類型較多，這里從表面大致判別1、石子周圍有白色反應環(huán)者，多為堿活性骨料所產(chǎn)生。2、裂縫中滲出乳白色，黃褐色，咖啡色，甚致黑色的堿硅凝膠，用濕布不易擦掉，多為堿骨料反應。3、膨脹源呈白色粉團、姜黃色石子和多為含氧化鎂石子及生石灰吸潮膨脹所致。5、與網(wǎng)狀收縮裂縫的區(qū)別有二點：一是收縮裂縫一般發(fā)生時間79（六）處理方法1、在施工前，應該對骨料進行檢驗，對水泥及添加劑的堿含量加以控制，做好防水隔離，這是最好的預防措施。2、對于已建結構，必須發(fā)現(xiàn)一處應及時進行有效修補一處，同時作好混凝土毛細孔封閉工作，隔絕水分或潮氣浸入，以減緩病害發(fā)展速度。若發(fā)現(xiàn)病害已較嚴重維修加固已不經(jīng)濟時，則應拆除重建。六、鋼管拱橋裂縫1、鋼管混凝土拱拱腳構造裂縫鋼管混凝土拱的拱腳與系梁連接處若采用鋼筋混凝土連接構℃下圖為義烏賓王橋拱腳裂縫；

圖26-a,26-b為賓王橋?qū)嵕?；（六）處理方?0

圖26-a

81圖26-b混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件82圖27-a,27-b為賓王橋拱腳連接構造混凝土順拱向裂縫

圖27-a圖27-a,27-b為賓王橋拱腳連接構造混凝土順拱向裂縫83圖27-b混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件84產(chǎn)生這類裂縫的根本原因是由于鋼復拱的鋼管導熱系數(shù)高，而混凝土的導熱系數(shù)低，當在日照作用下，鋼管溫度比混凝土高，以致鋼管膨脹量比混凝土大，從而脹裂外包混凝土，雖然混凝土內(nèi)部已布置了非常多的鋼筋，但效果甚少。2、鋼管與核心混凝土粘結脫殼其主要原因是日照后，鋼筆鋼管溫度高于核心混凝土所產(chǎn)生。七、大體積混凝土水化熱引起的裂縫大體積混凝土澆筑過程中，由于水泥水化過程中會產(chǎn)生大量熱量，導致內(nèi)外溫差而裂縫，一般在澆筑過程中，應采取措施控制內(nèi)外溫差而裂縫，一般在澆筑過程中，產(chǎn)生這類裂縫的根本原因是由于鋼復拱的鋼管導熱系數(shù)高，而混凝土85

應采取措施控制內(nèi)外差不超過25℃;但往往由于管理不善，保溫措施不力而裂縫。圖28為某斜拉橋塔基混凝土承臺，養(yǎng)護狀況應采取措施控制內(nèi)外差不超過25℃;但往往由于管理不善，保溫86圖29為承臺混凝土西側(cè)面北部豎向裂縫

混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件87圖30為承臺混凝土西側(cè)面中部豎向裂縫混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件88

圖31為承臺混凝土西側(cè)面南部豎向裂縫

89

圖32為承臺混凝土測溫

90圖33為用超聲波探測裂縫深度混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件91第一節(jié)

荷載裂縫一、正截面裂縫（圖34）所謂正截面裂縫是指垂直于構件軸線的截面在正彎矩或負彎矩作用下產(chǎn)生的裂縫，這類裂縫一般垂直于構件軸線方向。圖34第一節(jié)

荷載裂縫92二、斜截面裂縫在梁端的剪力作用下，當主拉應力超過混凝土抗拉強度，即為產(chǎn)生斜截面裂縫（圖34），對于箱梁，在扭矩作用下，也會產(chǎn)生斜截面裂縫。一、

組合結構裂縫在裝配組合式結構中，往往由于結合面強度不足，并在結合面未予配筋而在結合面受剪較大處及結合面受拉較大處產(chǎn)生裂縫（圖35）。這類裂縫必須引起重視，由于結合面裂縫后，會造成截面承載能力極度降低，在作荷載試驗時，一般應該檢測截面整體性檢驗。二、斜截面裂縫93

a肋板組合截面的結合面裂縫b結合面裂縫部位圖35結合面裂縫

94四、

預加應力不足引起裂縫預加應力不足，會導致混凝土結構提前出現(xiàn)裂縫，圖36為上海中山西路三號橋由于對箱梁剪滯效應估計不足，而導致預加應力不足而產(chǎn)生正截面裂縫。圖36上海中山西路三號橋由于預加應力不足引起箱梁底板下緣裂縫四、

預加應力不足引起裂縫95五、

預應力混凝土錨下應力集中引起裂縫由于預應梁在張拉時，若混凝土強度未達到一定要求，或錨下配置抗應力集中鋼筋不足時，就會出現(xiàn)距錨具一定距離產(chǎn)生順應力鋼筋方向的縱向裂縫。圖37－a為某橋預應力橫梁端部產(chǎn)生明顯的錨下應力集中裂縫。五、

預應力混凝土錨下應力集中引起裂縫96

圖37－b為錨下混凝土應力分布示意圖。由圖37－b可知在錨具處作用局部的集中力后，在錨具下一定范圍內(nèi)是處于橫向受壓狀態(tài)，但過后即產(chǎn)生橫向受拉狀態(tài)，當其拉應力大于當時混凝土抗拉強度，即會沿預應方向裂縫。

97六、

混凝土受壓裂縫鋼筋混凝土拱橋由于拱腳過大水平位移或船撞，往往引起拱腳下緣處于較高壓應力狀態(tài)，當壓應力超過其抗壓強度，就會產(chǎn)生沿受壓方向的裂縫而破壞。圖38為某剛架拱橋拱腳截面下緣混凝土產(chǎn)生受壓縱向裂縫形態(tài)，這種破壞形態(tài)類似于混凝土立方塊受壓破壞時的形態(tài)。六、

混凝土受壓裂縫98

圖38如果受壓繼續(xù)加大，則下緣將全部壓碎，內(nèi)部下緣鋼筋會產(chǎn)生壓屈現(xiàn)象，這在軟土地基上早期拱橋中是常見現(xiàn)象，如圖39示意圖。

99

圖39七、

橋面板沖剪裂縫在六十～七十年代修建的橋梁中，特別是雙曲拱農(nóng)橋，大量采用少筋混凝土微彎板，往往未經(jīng)計算和試驗就應用于橋梁上，

100

在當時趟小型拖拉機還能使用，但隨著國民經(jīng)濟發(fā)展，車載重越來越大，導致經(jīng)常發(fā)生橋面板沖剪坡壞，如圖40。

圖40在當時趟小型拖拉機還能使用，但隨著國民經(jīng)濟發(fā)展，車載重越來101也有一些老橋，由于橋面板板底鋼筋銹蝕導致橋面板混凝土被脹裂崩落，使截面嚴重減弱而發(fā)生沖剪破壞，如上海四川路橋就發(fā)生這樣的事故。八、

橋面伸縮縫構造的損壞1、

板式橡膠伸縮縫往往由于螺母松掉而損壞。2、型鋼伸縮縫構造，由于橋面板端部無端橫隔板，使橋面板的抗彎剛度不足，而導致型鋼伸縮縫兩側(cè)錨固混凝土碎裂，圖41。也有一些老橋，由于橋面板板底鋼筋銹蝕導致橋面板混凝土被脹裂崩102

圖41

103九、

橋面縱向裂縫橋面縱向裂縫主橋梁上部結構橫向整體性差所致。1、

拼裝式T梁，由于橫隔板拼縫處下緣焊接鋼板脫焊，導致橫向整體性差而使橋面產(chǎn)生錯動裂縫，圖42。a九、

橋面縱向裂縫104b圖42T梁橫隔板焊接鋼板脫焊及橋面縱裂混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件1052、

上海式的空心板梁由于鉸縫構造較小，施工時又不注意混凝土強度，在活載作用下極易剪裂，而造成橋面產(chǎn)生縱向裂縫。3、

槽形梁由于兩梁之間簡支板在活載下，產(chǎn)生撓曲變形而導致縱裂，圖43。圖432、

上海式的空心板梁由于鉸縫構造較小，施106十、

支座變位引起的裂縫1、連續(xù)梁因橋墩不均勻沉降引起的裂縫（圖44）

圖44連續(xù)梁支座不均勻沉降引起的裂縫2、

拱圈因拱腳水平變位引起的裂縫（圖45）十、

支座變位引起的裂縫107圖45拱圈因拱腳變位引起的裂縫

跨中下緣正彎矩裂縫拱腳區(qū)段上緣負彎矩裂縫3、剛架拱因拱腳變位引起的裂縫（圖46）混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件108

圖46剛架拱因拱腳變位引起裂縫第三節(jié)

裂縫調(diào)查及形態(tài)分析鋼筋混凝土閏害的主要表現(xiàn)是“裂縫”。一、裂縫調(diào)查方法：

109

1、

目測：裂縫界面、走向、部位、裂縫寬度2、

用筆勾畫在裂縫邊約3～5mm處用粉筆或記號筆或毛筆勾畫線，以示醒目和照相記錄。1、

目測：裂縫界面、走向、部位、裂縫寬度110

3、

注出位置坐標4、沿裂縫劃三個小圈，第一個圈是裂縫寬度最寬處（如①）；第二個圈是主鋼筋重心處裂縫寬度（②如）；第三個圈是裂縫未處裂縫寬度（如③）。并予以注明分子――裂縫寬度以mm計；分母――時間（年、月、日）

111

5、

用于觸摸裂縫1)裂縫二側(cè)無高差

2)裂縫二側(cè)有高差

5、

用于觸摸裂縫112并把感覺予以記錄

混凝土橋梁病害診斷及維修加固技術同濟大學ppt課件1136、

觀察裂縫處顏色1）

裂縫處有白漿滲出2）

裂縫處有其它顏色粘液滲出（如鐵銹色姜黃色等）3）

鐘乳液7、

用手指或布擦拭，觀察和指感1）

用手指或布容易擦掉不留痕跡2）

用手指或布容易擦不掉仍留痕跡3）

指感：粘感不粘感8、

裂縫真?zhèn)闻袆e觀察裂縫：遠望，但不夠，只有靠近觀察才能確定關鍵：界面分析和部位分析6、

觀察裂縫處顏色114

界面分析：

1）界面清淅

是

界面分析：1152）界面模糊否

主要是局部漏漿所致2）界面模糊1163）無界面，表面凹凸

否

模板制作不平整3）無界面，表面凹凸117

9、

關于裂縫寬度的檢測1）

裂縫寬度應指主筋重心部位的裂縫寬度9、

關于裂縫寬度的檢測1182）

裂縫寬度真?zhèn)闻袆e10、

在裂縫部位用小錘敲擊若聲響輕脆，則內(nèi)部未起殼，估計內(nèi)部沒有脹裂現(xiàn)象產(chǎn)生。若聲響沉悶和明顯起殼聲，則內(nèi)部有脹裂現(xiàn)象產(chǎn)生。2）

裂縫寬度真?zhèn)闻袆e119

11、

裂縫寬