文档介绍：全省桥梁检测技术交流研讨班
福建省交通科学技术研究所
科研为本创新为魂服务为策奉献交通
现役桥梁耐久性影响因素及检测与评估方法的探讨
报告人:刘芬元
2009年8月3日
科研为本创新为魂服务为策奉献交通
砼结构,在过去、现在和将来的桥梁建设中都起着极其重大的作用。目前砼成为世界上最庞大的桥梁建造材料和结构形式。当受到环境、有害化学物质的侵蚀,和承受车辆、风、地震、疲劳、超载、人为因素等外来作用,同时材料的自身性能不断退化,从而导致结构各部分不同程度的损伤和劣化。远达不到人们预想的使用寿命(设计年限)的要求,甚至在几年、十几年内就发生严重破坏,使得砼桥梁结构的“耐久性”问题显得更为突出。
耐久性研究状况
砼生产所需的水泥、砂、石等原材料均需大量消耗国土资源并破坏植被与河,水泥生产排放的二氧化碳已占人类活动排放总量的1/5~1/6。我国现在每年生产5亿多吨水泥,与之相伴的是年耗20多亿立方米的砂石,长此以往实难以适应环境保护的需要。桥梁工程的高耐久,结构使用寿命延长意味着节约材料,也是可持续发展的需要。
自1987年以来,我国结构工程学科的发展战略已经沿结构及其藕联系统的整个“生命周期”布开,以可靠性(包括安全、适用)和耐久性为研究主线。1994年国家正式立项的攀登计划“重大土木及水利工程安全性与耐久性的基础研究”是土木工程学科唯一攀登任务,于2000年完成。
浙江大学金伟良教授主持完成的“沿海混凝土结构耐久性理论及应用技术”重大科研课题,荣获2008年国家科技进步二等奖。在国际上首次建立了混凝土构件耐久性退化全过程性能和极限状态,形成了基于可靠度的沿海混凝土结构耐久性评估与设计理论体系;该成果已应用于杭州湾跨海大桥、青岛海湾大桥、青岛海底隧道等重大工程。针对我国公路桥梁存在的耐久性突出问题由交通部公路研究院牵头,联合多家单位及省份目前开展“桥梁耐久性关键技术研究”重大课题研究,该项目包含十个子课题。研究目的一方面提出一套较为全面的混凝土桥梁耐久性指标体系和评估方法,为桥梁施工和养护维修对策制定提供决策依据,以期提高桥梁建设质量和降低桥梁养护成本,合理配置资源,确保桥梁运营安全;另一方面,研究成果还可为远期相关技术指南、规范的制定提供理论框架。
2003年10月,茅以升科教基金桥梁委员会等方面举办的“21世纪国际桥梁技术的发展与展望”技术论坛上指出:提高桥梁耐久性,是21世纪初期中国桥梁工程师所要奋斗的目标。
耐久性影响因素
(1)结构设计
(2)材料性质
(3)施工质量
(4)外界环境条件
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桥梁材料本身的劣化是使桥梁结构耐久性变差的主要因素,材料的劣化包括混凝土劣化和钢筋劣化。因些对混凝土碳化、钢筋锈蚀、碱—集料反应、腐蚀介质的侵入、砼表面磨损等导致劣化的机理的应充分认识,它是进行耐久性检测与评估的依据和基础。
第一部分:桥梁材质的劣化机理
材质劣化影响因素
空气、土壤、地下水等环境中酸性气体或液体侵入混凝土中,与水泥中的碱性物质发生反应,使混凝土中的PH值下降的过程称为混凝土的中性化过程,其中大气环境中的CO2引起的中性反应称为混凝土的碳化。由于大气中均有一定含量的CO2,因此碳化是最普通的中性化过程。混凝土碳化反应产生的CaCO3和其他固态产物堵塞在孔隙中,使已经碳化的砼密实度与强度提高,另一方面碳化使砼脆性变大,但总体上来讲,碳化对砼力学性能及构件受力性能负面影响不大,混凝土碳化的最大危害是会引起钢筋锈蚀。碳化是一般大气环境下混凝土中钢筋锐钝锈蚀的前提条件,从而影响砼结构的耐久性。
混凝土碳化的机理