混凝土桥梁碳化耐久性评估与提升研究

摘要

钢筋混凝土桥梁因其成本较低、适用性强、整体性好和承载力高等优点,在中小跨桥梁建造中得到广泛应用.在实际运营中,钢筋混凝土桥梁易遭受环境的碳化侵蚀,随着桥梁服役时间的增加,碳化深度逐渐加深,将引起钢筋锈蚀和混凝土保护层开裂等问题.这种现象在干湿交替环境中更为严重,如不及时处理,将导致钢筋与混凝土粘结力降低和钢筋有效受力面积减小,造成桥梁承载能力及耐久性能下降,影响桥梁的使用安全.因此,开展干湿交替复合作用下桥梁的碳化耐久性研究具有重要意义.本文依托交通运输部建设科技项目"在役混凝土梁桥基于可靠性理论的构件层次耐久性评估方法研究"(2015318814190)和云南省交通运输厅科技计划项目"既有公路构造物耐久性评价与提升技术"(云交科教[2016]163号-(二)),开展了干湿交替复合作用下桥梁混凝土碳化耐久性评估方法及提升技术的理论和试验研究.具体研究内容和结论如下: (1)对云南省小磨高速公路进行现场调研,确定桥梁构件处于大气和局部干湿交替环境耐久性病害、检测指标和检测方法;对实测混凝土保护层厚度、混凝土强度和碳化系数进行统计分析,确定各参数统计特征;基于小磨高速公路和南方多地桥梁实测数据,建立基于混凝土强度并考虑干湿交替等因素影响的碳化深度预测模型. (2)设置不同的干湿交替与碳化制度,实验室模拟一般大气、高温日晒、河面水位变动及不同程度雨水冲刷环境,对混凝土碳化性能、渗透型涂层处理后混凝土的碳化性能、涂层材料在混凝土中的渗透深度以及涂层处理后混凝土的吸水率等进行试验研究.研究表明,干湿交替环境对混凝土碳化具有影响,烘干-碳化制度下混凝土碳化速度最快,浸泡-碳化制度下混凝土碳化速度最慢;随着干湿比的减小,碳化深度呈降低趋势.硅烷适用于一般大气及高温日晒环境的防护,河面水位变动环境硅烷处理后混凝土碳化深度反而增加.水泥基渗透结晶型涂层适用于一般大气、高温日晒和河面水位变动环境的防护,对与水频繁接触的混凝土防护效果最好.随着干湿比的减小,硅烷及水泥基渗透结晶型涂层抗碳化效果均提高. (3)建立桥梁耐久年限预测评估方法,分析了云南省小磨高速公路及南方多地桥梁构件的可靠指标.在大气和局部干湿交替环境中,各桥梁构件的可靠指标值均较高,渗透型涂层表面防护处理后,混凝土碳化可靠指标的下降速度减慢.对在役桥梁耐久年限进行评估,采用渗透型涂层防护措施延长混凝土桥梁耐久年限具有良好效果.

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