混凝土桥梁结构的病害及加固处理
2016-07-05
钢筋混凝土的使用寿命，一直是人们探讨的热点话题之一。任何钢筋混凝土都要经历“使用阶段，加固阶段和死亡阶段”钢筋混凝土在其使用期间，都会或多或少的经受外界条件的干扰和内部因素的影响。使混凝土桥梁受到不同程度的损伤。一般说来，混凝土的使用时间越长，受到的损伤就会越严重。通过对郑州局等部分正在使用的混凝土桥梁的调查可知，钢筋锈蚀、混凝土裂缝、混凝土腐蚀、荷载损伤是混凝土桥梁病害的组成部分。其中混凝土裂缝主要有支座处局部开裂、垂直裂缝、水平裂缝和斜裂缝等。混凝土的腐蚀包括液相腐蚀和气相腐蚀。引起混凝土损伤的原因有很多种，下文将详细的进行描述。
一、混凝土桥梁病害概述
任何混凝土结构在对其使用期间和后期的老化过程中，都会或多或少的存在着初始缺陷。结构设计缺陷、施工过程缺陷、材料运用缺陷、使用缺陷是引起这些问题的主要原因。详细说来就是设计的失误和设计理论的不合理；施工质量差，施工误差大；材料老化速度快，质量差；维修保养工作不到位，超限使用等。在外界因素的影响和使用荷载等的长期作用下。如果不能及时的发现病害并给予处理，那么，初始缺陷加上混凝土结构的自然老化，会使混凝土桥梁结构新伤老伤不断的积累和发展，致使桥梁结构功能不断的退化，在经过一定时间的使用后将会变成危桥，随时都有损毁，坍塌的危险。这些问题的存在使国家和人民生命财产安全受到极大的威胁。相关资料显示，在美国1950年到1994年的桥梁建设中，结构缺损的桥梁所占的比列为13.9%。德国和法国缺损桥梁的统计比例分别为37%和39%。我国截止2000年年底，在全国共有的278809座桥中，危桥有9597座，危桥率为3.4%。尽管交通部门对危桥的加固改造力度从2001年就已经开始加大，统计数据也在逐年的减小，但是每年都会有新的危桥产生，就目前而言，全国国省道及县乡道有将近10000座危桥需要改造。桥梁的健康检测、加固维修和桥梁的损伤诊断是现代桥梁的重要课题。
二、混凝土结构病害成因
（1）预应力混凝土、素混凝土和钢筋混凝土是混凝土结构的主要组成部分。是我国公路和桥梁最普遍采用的结构形式。造成混凝土桥梁病害的原因有很多，主要包括设计不合理、施工质量不过关、保养维护力度不够、材料选择不当及外界环境的不良影响等。结构混凝土可见裂缝的出现是混凝土桥梁结构中最普遍的病害表现。其他不良现象的出现，归结最终原因都是因为不允许裂缝的出现。所以，对混凝土病害分析的实质就是对混凝土裂缝的分析。就混凝土自身的原因来看，裂缝的产生一般是因为混凝土材料的变形，这是因为材料的抗拉强度小于受约束引起的内应力。混凝土和钢筋在受到一定的拉力时，之间存在的变形之差是裂缝宽度形成的原因。在判断混凝土裂缝的成因及其对结构产生的影响时，必须对裂缝的特征进行观察和记录，其包括内容如下：裂缝时候属于正常裂缝；裂缝的病害部位、疏密程度、分布状态和数量；裂缝的大体走向和形状；裂缝表面深度、长度和宽度；裂缝处钢筋锈皮及混凝土保护层的剥落状况；裂缝进一步的发展规律是否会随周边环境的变化而变化等。引起混凝土开裂的原因有很多也很复杂，总体可分为非荷载裂缝和荷载裂缝。使用阶段和设计施工是其形成的主要原因。（此处主要对不允许出现的非正常裂纹而言）
（2）混凝土收缩指得是，混凝土在空气结硬中出现的体积减小的现象。化学收缩和物理收缩是混凝土收缩的两种方式。其中，碳化过程和水化过程中都会出现体积缩小的现象，是化学收缩的主要方式。由于混凝土内自由水的蒸发而引起的混凝土体积的缩小，叫做物理收缩。约束应力的产生是由于受到混凝土体内或者不均匀力的约束而产生的。当混凝土的抗拉强度小于由于约束应力产生的拉应力时，混凝土就会产生裂缝。混凝土表层的收缩裂缝和分层浇筑的大体积混凝土收缩裂缝是收缩引起的可见裂缝的两种表现形式。其中混凝土的配合比及混凝土的养护是混凝土表层收缩裂缝的重要影响因素。一般的，混凝土的收缩会随着水灰比的增大而增大。混凝土的养护工作做的不到位会使混凝土的表面温度高，干燥失水从而产生收缩裂缝。在混凝土的分层浇筑过程中，由于新浇筑的混凝土直接的与之前浇筑的混凝土相接触，这会使原混凝土的缝隙中渗入一部分的水，造成混凝土水灰比的减小，由于硬化后的自由水减少引起混凝土的收缩减小，上层混凝土由于受到离析和振捣的原因，使水灰比较大，混凝土的强度低，收缩大，导致大体积混凝土表面收缩裂纹的出现。
三、混凝土病害的处理、加固技术的运用
（1）在混凝土的病害处理和加固中，施工的对现是桥梁的危险构件，在对其进行加固时，还需要考虑到整体结构在加固之后会有怎样的变化。在制定桥梁的加固设计时，一定要全方位的考虑，保证加固的前提是桥梁的整体结构不受到破坏。同时，对桥梁已有的结构进行可靠性的分析，对其性能、构造原理、和存在缺陷进行全面的分析，对该结构的受力进行分解并分析其持力水平，为之后的加固设计方案打好基础。
（2）在混凝土结构承载力不佳的区段，可以采用粘钢加固法进行处理。这种方法的运用不仅能够对原混凝土的结构部件进行很好的保护，而且施工的工作流程少，工作量小，工艺简单。在对方案进行设计和结构计算中，快速高效。随着施工需要，施喷机具和凝速剂普遍使用，锚喷技术也被广泛的运用到了混凝土的加固过程中。同时，还有外部预应力加固法。
结语
火车牵引运输的交变荷载是铁路混凝土桥梁的主要荷载，这就需要相关额工程工作人员在对桥梁混凝土的病害处理和加固的过程中，要对混凝土的疲劳强度进行认真的考虑。再者，对于任何混凝土而言，病害是无法避免的。这就需要人们正确的去诊断、预测其安全期和使用寿命。由于混凝土锈蚀度、碳化深度及钢筋的锈蚀都是随机发生的，因此对桥梁的抗力及寿命进行科学性的预测很有必要。混凝土病害的及时处理，和混凝土的加固对保证国家和人民生命财产安全有着重大的意义。
参考文献
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