海洋环境下桥墩耐久性质量检测评估

■　王彬（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路水运工程重点试验室，福州　350004）



海洋环境下桥墩耐久性质量检测评估

■王彬1，2
（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路水运工程重点试验室，福州350004）

摘要针对海洋环境下桥梁的混凝土耐久性方面的问题，以我国东南沿海某高速公路主线上的某桥为工程背景，对其浪溅区桥墩进行了耐久性质量检测，评估桥墩的耐久性状况，对其他同类桥梁具有参考意义。

关键词海洋环境桥墩耐久性检测评估

0　引言

随着我国交通事业的迅速发展，越来越多的大桥在建或已建成通车，而钢筋混凝土结构的耐久性失效己逐渐成为困扰土建工程界的一个世界性问题，尤其是处于海洋或恶劣环境下，混凝土结构耐久性的问题更加突出。沿海及近海地区的混凝土结构，由于海洋环境对混凝土的侵蚀，导致钢筋锈蚀而使结构发生早期损坏，丧失了结构的耐久性能，这已成为实际工程中的重要问题。

1　工程概况

本文所述某桥位于我国东南沿海某高速公路主线上，其桥墩浪溅区部分处于干湿交替状态，混凝土表面的氯离子可通过吸收、扩散、渗透等多种途径侵入混凝土内部，而且干湿交替的环境条件使得钢筋脱钝所需的氯离子临界浓度也降到最低，同时供氧供水不足，具备锈蚀发展的充分条件，因此锈蚀最为严重。该桥全长999.600m，桥跨组合为4×40+145+2×260+ 145m。其中4×40m连续T梁为引桥部分，145+2×260+ 145m四跨连续刚构为主桥部分。下部结构引桥为空心薄壁桥墩、双排桩基础，0号台采用桩柱式台，钻孔桩基础，8号台采用重力式台，扩大基础；主桥采用双柱式薄壁墩身，5、6号墩采用群桩基础，7号墩采用明挖墙式基础。中间墩设橡胶支座，过渡墩及桥台梁端设滑板支座。详见图1。

该高速公路沿海桥梁已经运营多年，由于当时施工条件较为困难，且海域环境较为复杂，结构所处的环境等级为Ⅲ-F（海洋环境，南方火热潮湿地区，浪溅区），因此有必要抽取部分桥墩进行耐久性质量检测，评估桥墩的耐久性状况，为桥梁的耐久性养护提供依据。

2　检测项目

此次抽取该桥墩总数的10％且不少于10个构件进行耐久性质量检测，主要检测浪溅区桥墩混凝土氯离子含量和电阻率、混凝土保护层厚度和碳化深度，评定产生锈蚀的环境条件，从而判定出现钢筋锈蚀的可能性，以评估桥墩结构耐久性状况。

图1　某特大桥桥型布置图和桥墩剖面图（单位：m）

2.1测定钢筋混凝土保护层的实际厚度

混凝土保护层为钢筋提供了良好的保护，必要的保护层厚度能够推迟环境中的水汽、有害离子扩散到钢筋表面的时间以及因混凝土碳化使钢筋失去碱性保护的时间，因此，混凝土保护层厚度及其分布均匀性是影响结构钢筋耐久性的一个重要因素。采用钢筋混凝土保护层测定仪测定现场钢筋的混凝土保护层实际厚度。对选定的每一件构件，可对各12根最外侧钢筋的保护层厚度进行检测。对每根钢筋，应在有代表性的部位测量3个点，并要求每一构件的测点均达到试验要求。

2.2混凝土电阻率检测

混凝土电阻率是控制混凝土中钢筋锈蚀速率的因素之一，混凝土电阻率小，钢筋锈蚀发展速度快。因此测量混凝土电阻率可间接评判钢筋的可能锈蚀速率。采用四电极阻抗测量法测定，即在混凝土表面等间距接触四支电极，两外侧电极为电流电极，两内侧电极为电压电极，通过检测两电压电极间的混凝土获得混凝土电阻率。

测区选择可根据混凝土保护层厚度测定结果及桥墩所处的环境进行选择，不少于3个测区，测区应选取最不利位置进行。

2.3混凝土氯离子含量测定

混凝土中的氯离子可诱发并加速钢筋锈蚀，测量混凝土中氯离子含量可间接评判钢筋锈蚀活化的可能性。混凝土中的氯离子含量，采用现场按混凝土不同深度取样，通过对样品进行化学分析的方法加以测定。

2.4混凝土碳化深度检测

当混凝土孔隙溶液具有碱性（PH＞12.5）时，钢筋表面生成一层氧化膜，阻止阳极的铁的溶解，钢筋就可以永不生锈。但碳化以后的混凝土PH值低于10，再加上氧和水的共同作用，就会发生钢筋锈蚀。因此有必要对混凝土碳化深度进行检测，以检验是否穿透混凝土保护层。

碳化深度混凝土氯离子含量同时进行，测区选择根据混凝土保护层厚度测定结果、混凝土电阻率及桥墩所处的环境进行选择，不少于3个测区，测区应选取最不利位置进行，利用氯离子含量的测孔中滴入1％酒精酚酞试剂，然后用碳化深度仪量测从混凝土表面测孔中酚酞变色前缘的距离。

3　检测结果及分析评定

3.1混凝土保护层厚度

全桥抽取12个墩柱进行检测，采用CM9保护层厚度测定仪测墩柱保护层的厚度，根据参考文献2和参考文献3中评定保护层的厚度对结构钢筋耐久性的影响程度评定方法进行评定，见表1。

表1　钢筋混凝土保护层厚度评定标准

检测结果如表2所示，检测结果表明Dne/Dnd大部分在0.32～0.62之间，对结构钢筋耐久性的影响较大，钢筋容易发生锈蚀。另外，根据检测结果我们发现，5#-3墩柱钢筋笼偏向于上游侧，5#-4墩柱钢筋笼偏向下游侧，6#-1墩柱8#台侧混凝土保护层厚度偏薄，6#-2墩柱上游侧混凝土保护层厚度偏薄，6#-3墩柱0#台侧混凝土保护层厚度偏薄，6#-4墩柱上游侧混凝土保护层厚度偏薄。

表2　桥墩混凝土保护层厚度测试结果

3.2混凝土氯离子含量

全桥抽取12个墩柱进行检测，采用冲击钻在墩柱上钻取混凝土粉末，用氯离子含量测定仪测定墩柱混凝土中氯离子的含量。根据参考文献2和参考文献3中评定氯离子含量对钢筋锈蚀的影响程度评定方法进行评定，见表3。检测结果如表4所示，检测结果表明氯离子含量在0.015％～0.20％，混凝土中氯离子含量对钢筋锈蚀的影响程度总体很小。

表3　混凝土氯离子含量评定标准

表4　桥墩实测氯离子含量

3.3混凝土电阻率

全桥抽取12个墩柱进行检测，采用RM混凝土电阻率测定仪测定墩柱混凝土的电阻率。根据参考文献2和参考文献3中评定混凝土电阻率对钢筋锈蚀的影响程度评定方法进行评定，见表5。检测结果如表6所示，检测结果表明混凝土电阻率在26000Ω·cm～96000Ω·cm，钢筋的可能锈蚀程度很慢。

表5　混凝土电阻率评定标准

表6　桥墩混凝土电阻率

3.4混凝土碳化深度

全桥抽取12个墩柱进行检测，采用氯离含量的测孔中滴入1％酒精酚酞试剂，然后用碳化深度仪量测从混凝土表面测孔中酚酞变色前缘的距离。根据文献2和文献3中评定碳化深度对钢筋锈蚀影响程度评定方法进行评定，见表7。检测结果如表8所示，检测结果表明碳化深度与保护层厚度比值均小于1，碳化深度对钢筋锈蚀影响很小，但最大值为2.55cm，碳化速度相对同类桥较快。

表7　碳化深度对钢筋锈蚀影响程度的评定标准表

表8　桥墩碳化深度测试结果

4　结论与建议

对该桥桥墩的耐久性质量检测表明：

（1）氯离子含量在0.015％～0.20％，混凝土中氯离子含量对钢筋锈蚀的影响程度总体很小；

（2）混凝土电阻率在26000Ω·cm～96000Ω·cm，混凝土钢筋可能锈蚀程度很慢；

（3）混凝土保护层检测结果表明5#-3墩柱、5#-4墩柱钢筋笼出现偏位，6#-1墩柱、6#-2墩柱、6#-3墩柱、6#-4墩柱混凝土保护层厚度均偏薄，Dne/Dnd大部分在0.32～0.62之间，对结构钢筋耐久性的影响较大，钢筋容易发生锈蚀；

（4）碳化深度目前对钢筋锈蚀影响很小，但碳化深度最大值为2.55cm，碳化速度相对同类桥较快。

从本次检测结果来看，各检测指标对钢筋锈蚀的影响程度较小，虽然该桥常年处于海洋环境当中，但总体来说该桥墩混凝土结构耐久性能良好。影响该桥墩混凝土结构耐久性的主要因素是混凝土保护层厚度。因此，后续应加强混凝土表观病害的观测，可建立混凝土耐久性定期检测和评估机制，以确保其设计生命周期的实现以及避免因发生严重耐久性不足时而导致更大的维修经济损失，必要时还应采取防护和加固措施。

参考文献

［1］程云虹，刘斌.混凝土结构耐久性研究现状及趋势.东北大学学报（自然科学版），2003（06）.

［2］JTG/T J21-2011，公路桥梁承载能力检测评定规程.

［3］交通部公路科学研究院.结构混凝土现场检测技术（下册）.

［4］水金锋.海潮影响区钢筋混凝土桥梁的耐久性研究［D］.大连理工大学，2006.

［5］牛世久.钢筋混凝土桥梁耐久性病害特殊检测技术分析.山西建筑，2007（15）.

［6］李忠梅.钢筋混凝土桥梁耐久性的分析研究［D］.山东大学，2005.