冰雪灾害性天气后南京长江第二大桥结构混凝土损伤评估研究.pdf

2 0 1 5年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI N A C ONC RE T E AND CE ME NT P ROD UC T S 2 01 5 No 4 Ap r i l 冰雪灾害性天气后南京长江第二大桥结构 混凝土损伤评估研究 赵 晖 1 ,2 ,3 ， 梁新政 2 ,3 ， 张宇峰 3 ( 1 金陵科技学院建筑工程学院， 南京 2 1 1 1 6 9 ； 2 江苏交通科学研究院， 南京 2 1 1 1 1 2 ； 3 长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室， 南京 2 1 1 1 1 2 ) 摘要 ： 冰雪灾害天气下冻融损伤和使用融雪剂会 对桥 梁结构混凝土性能有一定影响。 本文对冰雪灾害天气后 南京长江第二 大桥 不 同结构部位混凝土外观 、 力学性能、 碳化 深度、 钢 筋保护层厚度 、 混凝土氯 离子含量进行检 测 ， 与冰雪灾害天气前 结构混凝土各项性能进行 对比， 对南京长江二桥 结构混凝 土损伤状况进行评估 。检测结果表 明， 冰雪灾害性天 气使结构混凝土可见裂缝数 量增加 ， 裂缝宽度有进 一步扩展趋势 ， 结构混凝土强度 、 碳化深度 、 混凝土 保护层厚度 变化不 大， 冰雪灾害天气后混凝土 中氯 离子含量比冰雪灾害天气前混凝 土氯 离子含量有所增加 。 冰雪 灾 害 天 气 对 南 京 长 江二 桥 各 个 结 构 部 位 混凝 土损 伤 较 小 。 关 键 词 ： 冰 雪 灾 害 天 气 ； 结 构 混凝 土 ； 损 伤 ； 检 测 与 评 估 Ab s t r a c t ：F r e e z i n g a n d t h a wi n g d a ma g e ， d e i c i n g c h e mi c a l s h a v e l a e r e f f e c t o n t h e p r o p e r t i e s o f s t r u c t u r e c o n c r e t e I n t h i s p a p e r ， a f t e r i c e a n d s n o w d i s a s t e r we a t h e r ， t h e a p p e a r a n c e ， me c h a n i c a l p r o p e rti e s ， c a r b o n a t i o n d e p t h ， t h e p r o t e c t i v e l a y e r a n d t h e c h l o r i d e i o n c o n t e n t o f t h e c o n c r e t e a t d i f f e r e n c e s t r u c t u r a l r e g i o n o f S e c o n d Ya n g t z e Ri v e r Bri d g e i n Na n j i n g w e r e t e s t e d ， c o m p a r e d t o t h o s e a t t h e b e g a i n o f i c e a n d s n o w d i s a s t e r w e a t h e r ， t h e d a m a g e s t a t e o f s t r u c t u r e c o n c r e t e w a s t h o r o u g h l y e v a l u a t e d T h e t e s t r e s u l t s s h o w e d t h a t the i c e a n d s n o w d i s a s t e r w e a t h e r r e s u l t i n t h e mo r e a mo u t c o n c r e t e c r a c k a n d t h e wi d e r c o n c r e t e c r a c k ， t h e me c h a n i c al p r o p e r t i e s ， t h e c a r b o n a t i o n d e p t h ， t h e p r o t e c t i v e l a y e r o f t h e c o n c r e t e h a v e n o t s i g n i f i c a n t c h a n g e t h e c h l o rid e i o n c o n t e n t o f t h e c o n c r e t e a f t e r i c e a n d s n o w d i s a s t e r we a t h e r i n c r e a s e T h e i c e a n d s n o w d i s a s t e r we a t h e r h a s a s ma l l e r d a ma g e o n t h e p r o p e r t i e s o f t h e c o n c r e t e a t d i f f e r e n c e s t ru c t u r a l r e g i o n Ke y wo r d s ： I c e a n d s n o w d i s a s t e r we a t h e r ； S t ru c t u r a l c o n c r e t e ； Da ma g e ； I n s p e c t i o n a n d e v a l u a t i o n 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 1 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 O O 一 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) 0 4 - 1 4 0 7 0前 言 2 0 0 8年初 ， 我 国南方地 区遭遇了多年不遇的大 面积冰雪灾害性天气 ， 南京长江第二大桥积雪深度 达 4 0 c m， 对交通畅通造成极大压力 。为了尽量缩短 封闭通行时间 ， 南京长江二桥使用融雪剂来加快 冰 雪融化速度 ， 为快速恢复道路交通起到重要作用。 国内外相关研究表明， 冰雪灾害天气下冻融对 桥梁结构混凝土的性能有很大影响 ， 冻融使结构混 凝土毛细孔 中水转化成冰产生膨胀压力而产生冻 融破坏 ， 使混凝土裂纹增加 、 裂纹宽度变大 ， 但不会 使混凝土宏观力学性能发生明显变 - 2 。同时 ， 冻 融破坏增加 了混凝土氯离子扩散系数和扩散深度 ， 冻融作用后钢筋混凝土粘结性能有一定的退化 3 。 冰雪融 化过程 中使用 的融雪剂在毛细孔 中过冷 结 冰增加了破坏力， 同时冰雪融化时吸收 了大量热量 基金项 目： 江苏省科技支撑计划支持项 目( B E 2 0 0 8 6 0 2 ) 。 一 1 4一 会导致冰雪覆盖层下混凝土温度剧降 ， 加速了混凝 土冻融破坏的程度 ， 三者共同作用加剧 了结构混凝 土损伤 ， 结构混凝土产生裂缝 ， 结构混凝土强度降 低嘲 。室内试验与现场实例表明， 结构混凝土在含有 融雪剂水 中的冻融次数 明显低于在纯水 中的冻融 次数 ，混凝土质量损失大于纯水 中的质量损失 ， 随 着冻融次数的增加 ， 结构混凝土开始出现分层剥落 和集料暴露 ， 融雪剂的存在还会加速混凝土碱骨料 反应【6 。含氯融雪剂渗透到结构混凝土中还易诱 发 结构混凝土 中钢筋的腐蚀 ， 导致钢筋钝化 区范围减 小 ， 钢筋表面电位向正向移动 ， 加速钢筋腐蚀 ， 钢筋 发生锈蚀后产物体积膨胀 2 6倍 ，导致顺钢筋开 裂 、 脱落现象和构件或结构承载力下降或丧失7 1 。美 国公路研究战略计划披露 ， 截止到 2 0 0 0年末 ， 因撒 融雪盐导致 6 0多万座桥梁 中一半 以上出现 了腐蚀 破坏 ， 4 0 桥梁 因承载力不足需进行修复与加固处 理8 - 9 1 。我国北京西直门桥、 东直门桥、 三元桥等立交 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵 晖， 梁新政 ， 张宇峰 冰雪灾害性天气后南京长江第二大桥结构混凝土损伤评估研究 右 幅第三 跨腹板 ( 冰 雪后 ) 5 7 5 8 6 O 5 8 5 7 5 6 5 9 5 4 5 8 5 7 5 2 5 4 5 7 5 9 5 7 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 8期 表 3 承重构件实测强度状况评定标准 表 4 冰雪前后结构物主要构件混凝土强度评定 注 ： 分别为平均强度匀质系数和推定强度匀质 系数 ； K = 实测平 均换算强度 极 限抗压强度值 ， K 实测强度推定值 极 限抗压强度值 。 表 5 冰雪前后腹板混凝土碳化深度 比较 一 1 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵 晖， 梁新政 ， 张宇峰 冰雪灾害性天气后南京长江第二大桥结构混凝土损伤评估研究 表 中 ： D 为混凝 土保 护层厚度特 征值 ， D = D 一 ； D 为混凝土 保护层厚度平 均值 ； 为 混凝 土保护层厚 度设计值 ； K为 混凝土保护层厚 度合格判定 系数值 ， 1 5 1 0 ， K = I 6 9 5 ； S o 为测量部位测点保护层厚度标准差 。 构部位 ， 冰雪灾 害性天气后混凝土氯离子含量比冰 雪前混凝土氯离子含量有所增加 ， 但混凝土氯离子 含量均远远小于 0 1 5 ， 根据表 9所示的评定标准 ， 氯离子诱发钢筋锈蚀的可能性很小 。 表 7 保护层厚度 对结构钢 筋耐久性 的影 响评判标准 表 8 冰雪前后腹板混凝 土中氯离子含 量比较 表 9 氯离子含量对钢筋锈蚀影响程度 的评定标准 4结论 ( 1 ) 冰雪灾 害天气后 ， 南京长 江二桥北汉桥 主 梁底板和顶板可见裂缝数量明显增加 ， 微小 的可见 裂缝宽度有进一步扩展趋势 ； 并且主梁底板空鼓面 积 、 混凝 土破损 面积 、 露筋锈蚀面积有进一步扩大 趋势 。 ( 2 ) 冰雪灾害性 天气前后南京长江二桥不 同结 构部位混凝土强度 、 碳化深度 、 混凝土保护层厚 度 变化不大 ， 冰雪灾害天气对南京长江二桥结构混凝 土的性能有一定影响 ， 但影响程度不大。 ( 3 ) 冰雪灾害天气后混凝土中氯离子含量 比冰 雪前混凝土氯离子含量有所增加 ， 但 冰雪灾害天气 前后 结构 混凝 土 氯离 子含 量测 试数 据远 远 小 于 0 1 5 ， 氯离子诱发钢筋锈蚀可能性很小 。 ( 4 ) 冰雪灾害天气对南京长江二桥各个结构部 ( 下转第 2 4页 ) 一 】 9一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 8期 天 。施工分别按下弦 内侧 、 上弦内侧 、 下 弦外侧 、 上 弦外侧 、 下弦缀板 、 上弦缀板的顺序进行 。 5结语 通过优化减水剂性能及调整膨胀剂掺量 ， 配制 出高性能钢管混凝土 ， 所配制的钢管混凝土工作性 能满足设计及施工要求 ，力学性能达到设计要求。 本工程共计 8根钢管 4根缀板共 1 0 0 0 m 混凝土 ， 按 照一次两根 、 4 d一个循环的施工周期 ，在一个月内 完成了钢管和缀板的顶升灌注。施工季节在四月初 到五月初 ， 气温适宜 ， 和混凝土配合 比试配环境温 度接近 ， 非常适合钢管混凝土的灌 注。实际施工 中 单根钢管灌注时间约 2 h ， 混凝 土坍落度 、 扩展度经 时损失小 ， 满足施工要求 。施工完成后检测混凝土 强度及膨胀率均满足设计要求 ， 灌注混凝土后 的钢 管实体经敲打和超声波探伤 ，钢管 内部混凝土密 实， ? 昆凝土紧贴钢管内壁， 没有脱空现象 。 参考文献 ： 1 】中华人 民共 和国国家质量 监督检验 检疫总局，中国国家 标准化 管理委员会 J G J T 2 8 3 2 0 1 2自密实混凝 土应 用技术 规程【 S 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 2 【 2 】中华人 民共和 国国家质 量监督检 验检疫 总局， 中国国家 标准化管理委员会 G B 8 0 7 6 2 0 0 8混凝土外加剂 S 】 北 京： 中国标准出版社， 2 0 0 9 3 中华人 民共和 国国家 质量监督 检验检疫 总局， 中国国家 标准化管理委员会 G B 2 3 4 3 9 2 0 0 9混凝 土膨胀剂 S 】 北京： 中国标准出版社， 2 0 1 0 4 中华人 民共 和国交通 运输部 J T G T F 5 0 2 0 1 1公路桥 涵 施工技术规范 S 】 北京： 人 民交通出版社， 2 0 1 1 【 5 胡 曙光， 丁庆军 钢管混凝 土【 M】 北京： 人 民交 通出版社， 20 0 7 6 谢 希凡， 石勇 南 宁永和大桥 C 5 0钢管混 凝土配合 比试 验 研究f J 桥梁建设 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 8 2 - 8 4 7 郑舟军， 沈成武， 罗冰 钢管 膨胀混凝土试验与研究 f J 武 汉理工大学 学报： 交通科学与工程版， 2 0 0 7 ， 3 1 ( 1 ) ： 7 0 - 7 2 8 】 张鸿 微膨胀高性能混凝土在钢管拱桥 中的应用 J 华东 公路， 2 0 0 3 ( 5 ) ： 6 0 6 3 9 】 谢 功元， 彭劲 ， 袁长 春， 等 支井 河大桥 C 5 0钢管微 膨胀 混凝土配合比试验【 J j 桥梁建设， 2 0 0 9 ( 4 ) ： 3 6 - 3 8 收稿 日期 ： 2 01 5 0 2 2 6 作者简介 刘洪 波( 1 9 8 3 一 ) ， 男 ， 工程师。 通 讯地址 ： 武汉 市沌 口经济开发 区新 民南路 1 1 1 号 联 系 电话 ： 1 5 2 7 1 8 31 7 1 2 E ma i l ： 3 6 0 9 3 6 0 1 6q q t o m ( 上接第 l 9页) 位混凝土的损伤较小。 参 考 文 献 ： 1 】 李 连志 除冰盐对 混凝土路 面破坏机理 及预 防措 施的研 究 D1 哈尔滨： 东北林业 大学， 2 0 0 7 【 2 Y e h i a ，S ，T u a n ，C Y ，F e r d o n ，D C o n d u c t i v e c o n c r e t e o v e r ! a y f o r b ri d g e d e c k d e i c i n g ： m i x t u r e p r o p o r t i o n i n g ， o p t i m i z a t i o n a n d p r o p e r t i e s J _ A C I Ma t e r i a l s J o u r n al ， 2 0 0 0 ， 9 7 ( 2 ) ： 1 72 -1 81 3 王海超， 何世钦 ， 贡金鑫 冻融循环后腐蚀 钢筋与混凝土 粘结性能试验研究 J 】 混凝土， 2 0 0 7 ， 8 ( 7 ) ： 1 - 3 【 4 洪锦祥， 缪 昌文， 黄卫 冻融损伤对 昆 凝 土氯离子扩散性 能的影 响 J 】 混凝 土， 2 0 0 6 ， 1 ( 8 ) ： 3 6 - 3 8 【 5 】 洪乃丰 融雪剂及 其对基础设 施的腐蚀 危害 f J 建 筑技 术， 2 0 0 5 ， 3 5 ( 4 ) ： 2 5 6 2 5 8 6 杨全兵 盐及 融雪剂种类 对混凝 土剥蚀破坏 影响的研究 J 建筑材料 学报， 2 0 0 6 ( 8 ) 1 4 6 4 - 4 6 7 【 7 】 刘丽平 化学融雪 与大桥结构耐久性 J 中国市政工程， 2 0 0 8 ， 4 ( 5 ) ： 2 2 - 2 4 【 8 卢木 混凝土 耐久性研究现状 和研 究方 向 J 1 工业建筑， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 5 ) ： 1 - 4 9 】日本土木学会编， 张富春译 混凝 土构 筑物 的维护 、修补 与拆除 M 北京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 0 一 2 4一 【 1 0 万德友 我国铁路桥梁 病害浅析与对 策【 C 中国铁道学 会桥梁病害诊断及剩余寿命评估学术讨论会， 大连， 1 9 9 5 【 l 1 】中华 人 民共 和 国交通部 J T G F 8 0 1 2 0 0 4公 路工程 质 量检验评定标准 S 北京： 人民交通 出版社， 2 0 0 4 1 2 】中华人 民共 和 国建设部 J G J 厂 r 2 3 2 0 0 1回弹法检 测混 凝 土抗压 强度 技 术规 程 【 S 】 北 京：中国建 筑 工业 出 版社 ， 2 0 01 【 1 3 】 中国工程建 设标 准化协会 C E C S 0 2 2 0 0 5超声 回弹综 合法检测混凝 土强度技术 规程 【 S 】 北 京： 中国计 划 出版 社， 2 0 0 5 1 4 】 中华人 民共 和 国交通 运输部 J T G T J 2 1 2 0 1 1公 路桥 梁承载能力检测评定 规程 S 】 北京： 中国计划出版社， 2 0 1 1 1 5 】中华人 民共和 国建设部 ， 国家 质量监 督检 验检疫 总局 G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2混凝土结 构工程施 工质量验 收规范【 S 】 北 京： 中国建筑工业出版社， 2 o o 2 1 6 中华人 民共 和国交通部 J T J r 2 7 0 1 9 9 8水运工程混凝 土试验规程 S 】 北京： 人 民交通 出版社， 1 9 9 9 收稿 日期 ： 2 0 1 5 一 O 1 3 0 作者简介 ： 赵晖( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 副教授 。 通讯地址 ： 南京市 江宁区翠屏东南小 区 联系电话 ： 1 8 9 1 3 8 0 6 6 3 7 E - ma i l ： n j z h a o h u i 1 6 3 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m