公路桥梁混凝土中钢筋腐蚀检测方法.pdf

总662期2023年第32期（11月 中）收稿日期：2023-04-11作者简介：李雅（1989），女，工程师，研究方向为道路与桥梁检测。公路桥梁混凝土中钢筋腐蚀检测方法李雅（石家庄市公路桥梁建设集团有限公司，河北 石家庄 050000）摘要：为解决公路桥梁中的钢筋锈蚀问题，结合工程实际情况，分析了钢筋锈蚀原因与危害，提出具体的钢筋锈蚀检测方法，包括表面观测法、敲击法、拖链法、光纤传感技术等，并提出处理及预防措施，指出在钢筋选用方面应优先考虑有环氧树脂保护层的钢筋等。关键词：公路桥梁；钢筋锈蚀；锈蚀检测中图分类号：U445.7文献标识码：B0 引言钢筋是公路桥梁施工中的主要原材料之一，桥梁中几乎所有结构构件中都存在钢筋，在施工中为有效保护钢筋，通常设置保护层，其厚度在相关规范和设计中都有明确要求。在桥梁运营过程中，因受外界环境、前期设计及施工等多方面因素的影响，钢筋可能发生锈蚀，进而导致外部混凝土发生胀裂，造成结构破坏。因此，在实际工作中，应通过钢筋锈蚀检测确定钢筋实际情况，并制定有效措施加以处理和预防。为保证桥梁钢筋腐蚀检测工作质量，本文将结合实例深入分析探讨钢筋检测方法和相应的预防处理措施。1 工程概况某项目起点位于石家庄藁城市张家庄镇李家庄村，起点桩号为K226+800，途径张家庄镇北小屯、小慈邑、正定县南牛乡东杨庄、西杨庄村，终点位于南牛乡拐角铺村，与北绕城高速及新元高速相交，终点桩号为K234+490，路线全长7.69 km。在路基工程方面，项目需填方32.5万m3，其名包括3%水泥土7万m3，5%水泥土3.1万m3。桥涵工程包括8联现浇箱梁，5座涵洞通道以及7处台背回填。路面工程方面，项目需铺设水泥路面14.6万m2和沥青路面14.2万m2。房建工程包括丰化互通收费站，其建筑面积为1 468 m2，为地上二层框架结构；此外，还有收费大棚1 396 m2。2 钢筋锈蚀原因及危害桥梁混凝土结构中的钢筋一旦产生锈蚀将对桥梁正常使用与安全造成很大影响，缩短桥梁使用寿命。在桥梁工程设计过程中，若所选材料或结构形式与实际要求不相符，或施工产生较大误差，导致梁体钢筋的保护层厚度未能达到要求，都可能导致梁体钢筋产生不同程度的锈蚀现象。通过对路段范围内桥梁的深入调查，发现绝大多数桥梁都存在钢筋锈蚀问题，若按照钢筋所处部位，可将钢筋锈蚀情况分成下列几种。1）梁体混凝土结构中钢筋发生锈蚀。主要原因为梁体结构中保护层厚度过小产生开裂，使梁体中的钢筋直接暴露于空气当中，同时和水发生接触产生锈蚀。除此之外，桥梁伸缩缝部位产生漏水，使积水与雨水沿伸缩缝不断流入梁体，导致梁体结构中的钢筋发生锈蚀1。2）桥面板中钢筋发生锈蚀。导致桥面板钢筋发生锈蚀的主要原因为桥面施工中未采用防水材料，桥面混合料的孔隙率超过6%，为透水性路面，导致水分大量渗入。此外，铺装层混凝土施工质量未达到要求，因水的长时间浸泡与受到行车荷载持续作用，导致强度不断降低，同时发生一定程度的粉化现象，最终导致钢筋与水之间发生直接接触造成锈蚀。3）桥梁结构中的其他部件钢筋产生锈蚀，如墩台与防撞墙等。其中墩台部位的钢筋产生锈蚀的原因为河流反复冲刷作用导致钢筋直接外露而不断产生锈蚀2。3 钢筋锈蚀检测方法针对不同部位的钢筋锈蚀现象，可采取下列方式对钢筋锈蚀情况进行检测。1）针对梁体和墩台混凝土结构的钢筋，可采用表面观测法检测。采用该方法能方便地对梁体混凝土结构钢筋进行检查。当桥梁净空相对较高时，可借助高倍望远镜实施观测，先通过仔细检查确定结构是否存在开裂和漏水现象。通常情况下，当混凝土结构开裂160交通世界TRANSPOWORLD并产生漏水现象时，很大概率表明钢筋已经锈蚀，在钢筋锈蚀发展到一定程度后，会使混凝土结构产生龟裂与松散等问题。除此之外，如果混凝土表面存在明显锈迹也可初步判定该混凝土结构中的钢筋发生锈蚀3。2）对于桥面板和铺装层等难以实现直接观测的结构部位，可采用敲击法或拖链法进行检测。其中，拖链法是指在待检测桥面上直接拖过一条铁链，在此过程中注意铁链拖过后发出的声音，若有明显的空洞声音，则可初步判断此部位钢筋存在锈蚀情况；敲击法是指使用小铁锤等器具对待检测部位进行敲击，与拖链法类似，也注意敲击后发出的声音，若有明显的空洞声音，则可初步判断该部位钢筋发生锈蚀。以上是实际钢筋锈蚀检测工作中较为常用的方法，具有操作简单、适用性强和对人员要求较低的优点，可以在专业检测装备相对缺乏的情况下完成钢筋锈蚀检测，且检测准确度较高。然而需要注意的是，上述方法都只能初步判断目标部位的钢筋是否发生锈蚀，并不能对钢筋锈蚀严重程度进行定量描述4。3）光纤传感技术检测。该技术是近几年出现的一种新技术，有较高的实用价值。光纤自身有很强的抗电磁干扰能力，且轻质、耐高温，在混凝土结构中易于放置，适用于钢筋锈蚀检测，同时通过对金属膜的应用还能获取钢筋锈蚀基本信息。将传感器设置在钢筋的周围，进行光时域反射，测出整个结构中钢筋的实际锈蚀情况。敏感膜受到腐蚀作用之前，可通过检测获得光信号，以光信号为依据制成专用传感器，同时将其安装在混凝土结构中，可根据敏感膜实际腐蚀程度对钢筋锈蚀严重程度进行推断。实践表明，该方法能对钢筋锈蚀现象进行实时监测，相较于各类传统检测方法，除了能大幅减少检测与维护方面的成本外，还能减小对混凝土结构的破坏，为后续钢筋锈蚀处理提供可靠的参考依据，保证钢筋锈蚀处理的针对性、准确性与有效性。4 钢筋锈蚀处理措施当检测发现某些混凝土构件中的钢筋发生锈蚀后，应立即采取有效措施加以处理，以免锈蚀不断加重而造成严重破坏。1）当检查发现某结构部位的裂缝超出规范允许值，但该结构部位的钢筋并没有产生严重锈蚀现象时，应将处理的重点放在防止裂缝进一步扩大导致钢筋锈蚀加重上。通常可采用环氧树脂材料进行灌注，即采用人工将预先准备好的树脂材料注入结构裂缝，充分利用树脂材料的良好渗透性及黏结性防止空气与水分大量进入，从而防止钢筋和外界环境之间发生直接接触。目前常用的壁可法采用橡胶管自动注入，注入时压力是一个恒定值，一般为3 kg/cm2，可以将预先备好的修补材料充分注入至宽度只有0.02 mm左右的结构裂缝。与此同时，均匀且足够的压力还能将裂缝中的空气挤到混凝土毛细孔，以便混凝土通过自然呼吸及时将其排出，以有效防止气阻现象的发生，最终保证实际的修补质量与效果。该方法使用的修补材料和传统方法存在很大区别，所用材料有更好的渗透能力、收缩性与耐久性。相比之下，该方法所用材料较为先进，具体操作方法较简单，修补强度高，施工质量与效果易于保证。目前该方法已在结构裂缝处理中得到广泛应用，并取得良好效果5。2）当检测发现桥梁中一些结构部位的钢筋发生较为严重的锈蚀现象时，需要结合实际病害情况制定有效处理措施。当存在修复价值与必要时，应及时进行修补，先将锈蚀部位的混凝土完全清除，然后通过喷砂或使用高压水枪对发生锈蚀的钢筋实施除锈，若钢筋截面积由于锈蚀而大幅缩减，需通过计算确定此修复部位要增加的钢筋，进而保证构件整体配筋率，防止由于配筋率不足导致强度降低；在结束以上各项操作后，于修补处重新浇筑强度足够的混凝土。当混凝土结构层厚度较小已无法支模时，可采用喷射的方法进行浇筑。当没有修复价值与必要时，可通过彻底更换来处理。因钢筋锈蚀程度较为严重，锈蚀面积很大，导致混凝土构件多处发生开裂，要想修补需进行钢筋补强，这样不仅费时费力，而且修补完成后的强度还难以保证。针对这种实际情况，建议对发生病害的结构构件进行更换，以免造成更严重的破坏。3）当梁底钢筋发生锈蚀导致保护层混凝土胀裂脱落时，可采取以下措施处理：当锈蚀情况较为严重时，先将梁底处开裂松散的混凝土全部凿除，直到露出坚实基面；由人工使用钢丝刷对锈蚀的钢筋实施除锈，直到钢筋表面没有明显锈迹；在凿毛交界部位使用清水进行冲洗，然后在钢筋表面涂刷阻锈剂，共2遍，同时在混凝土结构层的表面涂刷一层界面剂；挂设热镀锌钢丝网，其直径为 0.9 mm，钢丝网的网格尺寸为12.7 mm；最后使用专门的砂浆进行修补，直到钢筋保护层厚度达到要求，先揉匀刮糙、再压实抹平。当锈蚀情况并不严重时，可直接使用阻锈剂进行处理。5 钢筋锈蚀预防措施在桥梁工程中，钢筋锈蚀现象是可以有效预防的，但这需要在设计、施工和使用阶段都对此给予足够重视，在不同的阶段采取不同的预防措施。5.1 桥梁工程设计阶段在桥梁工程设计过程中要对钢筋锈蚀预防给予足161总662期2023年第32期（11月 中）够重视，通过合理的专业或专业设计尽可能减少后续养护工作量，从而减少养护方面的经济投入，具体包含以下几方面内容。1）在钢筋选用方面，建议优先考虑有环氧树脂保护层的钢筋，该涂层可以有效预防钢筋发生锈蚀，阻止水或带电离子等介质与钢筋表面直接接触，即便钢筋外部混凝土发生开裂，钢筋自身也有一定能力抵抗锈蚀发生，从而极大地延长结构寿命。目前，该类型的钢筋已在诸多发达国家中大量使用，但这会大幅增加桥梁工程建设费用，所以大多应用在容易产生锈蚀现象的部位。2）在铺装层选择方面，在桥面设计中应使用具有良好密水性的材料，当桥梁处于非冰冻区时，可以在桥面板上铺筑一层厚度为810 cm的防水层，其混凝土标号不能低于桥面板所用混凝土。对于处在受拉区的桥面板，考虑到可能产生裂缝，故建议采用有良好柔性的防水层，将其设置在标号相对较低的垫层上部。需要注意，该防水层的施工成本相对较高，而且施工操作复杂，在实际工程中要综合考虑气候条件与桥梁重要等因素，通过深入的技术经济分析确定是否需要采用该方法。3）在伸缩缝选择方面，应选择与桥梁类型和要求相符的伸缩缝，充分发挥所选伸缩缝的功能，避免水通过伸缩缝不断下渗。4）切实加强桥面结构排水设计，以免桥面上的排水不畅造成钢筋锈蚀。为快速排出桥面上的积水和雨水，建议将铺装层设计成一定双向横坡，将坡度控制在1.5%2.0%。如果桥面上的纵坡超过2.0%且桥长达到50 m以上，则建议在桥面上按照1215 m的间隔距离设置泄水管，而如果桥面纵坡在2.0%以内，则建议按照68 m的间隔距离设置泄水管。在设置泄水管的过程中，要注意其出口处应略低于梁底面，以免水直接洒落于梁体上，使梁体混凝土结构或钢筋受到冲刷。5.2 桥梁工程施工阶段在桥梁工程施工过程中，为防止钢筋锈蚀现象的发生，一方面要及时检测发现锈蚀的钢筋，并及时对其进行除锈处理；另一方面则要在混凝土施工过程中尽可能减小或避免施工误差，使钢筋保护层厚度切实达到相关要求。5.3 桥梁使用阶段在桥梁正式使用过程中，应注意以下几点：1）提高养护管理水平，积极做好定期检查，对钢筋锈蚀现象予以足够重视；2）确保桥面上的排水设施始终保持畅通，在日常工作中应经常进行疏通，以免发生堵塞造成钢筋锈蚀；3）对检查发现病害存在的桥梁须立即处理，避免病害进一步扩大，对桥梁的通行安全造成威胁。6 结束语综上所述，钢筋锈蚀是桥梁工程常见病害类型之一，桥梁混凝土构件的钢筋一旦产生锈蚀，随着时间不断推移，将不断发展和加重，直到构件完全破坏或丧失使用功能。对此，应在明确导致钢筋发生锈蚀的具体原因基础上，在及时做好钢筋锈蚀处理的同时，采取有效措施预防锈蚀现象的发生，以延长桥梁整体使用寿命。参考文献：1 王华，王龙林，王希瑞，等.少量检测数据下服役钢筋混凝土桥梁时变可靠性评估J.西部交通科技，2021（12）：75-77，132.2 潘蕾.公路桥梁工程钢筋混凝土试验检测技术及相关管理问题研究J.交通世界，2021（21）：36-37.3 王洪波，彭月恒，欧定福，等.基于MSA技术的溧宁高速公路桥梁构件钢筋位置检测仪器研究J.山东交通科技，2020（6）：107-110.4 王立军.桥梁结构物钢筋混凝土保护层厚度施工质量控制及检测结果分析J.科学技术创新，2018（26）：120-121.5 薛倬昆，黄伟韬.公路桥梁钢筋混凝土保护层厚度检测问题的探讨J.公路交通科技（应用技术版），2018（6）：199-201.162