混凝土橋梁裂縫的無損檢測及修補
2015-04-15
一、裂縫的危害性
?。ㄒ唬┘铀倩炷撂蓟炷亮芽p的存在，使空氣中的CO2極易滲透到混凝土內(nèi)部，在潮濕的環(huán)境下CO2能與水泥中的氫氧化鈣、硅酸三鈣、硅酸二鈣相互作用并轉(zhuǎn)化成碳酸鹽，中和水泥的基本堿性，使混凝土的堿度降低，導致鋼筋的純化膜遭受破壞，易引起銹蝕，同時由于混凝土碳化會加劇混凝土收縮開裂，導致橋梁結(jié)構(gòu)破壞。
?。ǘ┙档突炷恋挚垢鞣N侵蝕性介質(zhì)的耐腐蝕性能力
（1）溶蝕型混凝土腐蝕。即當水通過裂縫滲入混凝土內(nèi)部或是軟水與水泥石作用時，將一部分水泥的水化產(chǎn)物（如氫氧化鈣）溶解并流失，引起混凝土破壞。這種腐蝕在橋墩上表現(xiàn)突出。
?。?）鹽酸（酸性液體）腐蝕和鎂鹽腐蝕。這類腐蝕的主要生成物不具有膠凝性，且易被水溶解的松軟物質(zhì)，這些物質(zhì)能被通過裂縫或孔隙滲透入混凝土內(nèi)部的水所能溶蝕，使混凝土中的水泥石遭受破壞。
（3）結(jié)晶膨脹型腐蝕。它是混凝土受硫酸鹽的作用，在裂縫和硅孔隙中形成低溶解度的新生物，逐步積累后將產(chǎn)生巨大的應力使混凝土遭受破壞。
（三）影響混凝土結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性混凝土裂縫直接影響混凝土結(jié)構(gòu)物的結(jié)構(gòu)強度和整體穩(wěn)定性，輕則會影響橋梁結(jié)構(gòu)外觀的正常使用和耐久性，嚴重的貫穿性裂縫可能導致橋梁的完全破壞。
二、裂縫的無損檢測與監(jiān)測技術(shù)
?。ㄒ唬┏暡z測。超聲波法用于非破損檢測，就是以超聲波為媒介，獲得物體內(nèi)部信息的一種方法，目前超聲法己應用于醫(yī)療診斷、鋼材探傷、魚群探測等許多領域。在這些領域里，由于組成顆粒小密度大，密度分部也很均勻，所以聲波能很好地傳播，對其內(nèi)部缺陷及其位置等都能準確地檢測出來。掌握混凝土表面產(chǎn)生的裂縫深度，對耐久性診斷和研究修補加固對策有重要意義。測定裂縫深度，基本上都是將發(fā)射探頭和接收探頭，布置在混凝土同一面上的裂縫附近，但由于所選用的波形種類（縱波、橫波及表面波）和聲學參數(shù)（聲速、頻率、相位等）的不同，已有許多種具體方法。
?。ǘ_擊彈性波法一般把彈性體內(nèi)傳播的波總稱為彈性波，用人工發(fā)射彈性波到彈性體內(nèi)，探測彈性體內(nèi)的狀態(tài)，是廣義的彈性波探測法。沖擊彈性波法與超聲波法的原理是一樣的，但遠比超聲波測定的裂縫深度深，沖擊彈性波法只能檢測擴展方向與表面成直角，沒有分支的單純裂縫。
（三）聲發(fā)射檢測法聲發(fā)射檢測法也是利用彈性波進行聲學檢測的具體檢測方法檢測裂縫，和其他方法最大的不同是只能檢測正在發(fā)生的裂縫，不能檢測已發(fā)生的舊裂縫，對正在發(fā)生的裂縫可檢測裂縫發(fā)生的位置（聲發(fā)射源定位），裂縫的大小，擴展情況和種類，以及裂縫的深度等。
?。ㄋ模z影檢測法攝影檢測法主要用作調(diào)查混凝土表面的裂縫攝影法包括普通照相機、錄象機、放射線、紅外線攝影等進行檢測。
?。ㄎ澹﹤鞲袃x器監(jiān)測利用埋設在混凝土中的儀器進行裂縫監(jiān)測，常規(guī)技術(shù)是利用卡爾遜式或弦式測縫計，其控制范圍僅0.12-1，屬點式檢測，由于裂縫出現(xiàn)的空間隨機性，因此往往漏檢，為了及時無遺漏地監(jiān)測裂縫，必須實施大范圍的、連續(xù)、分布式監(jiān)測，即所謂全分布監(jiān)測。
（六）光纖傳感網(wǎng)絡監(jiān)測在各國競相開發(fā)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測高科技領域里，光纖傳感以其獨特優(yōu)勢居于中心地位，它靈巧、精度高、抗電磁干擾，且可靠耐久，易于光纖傳輸組成自動化遙測系統(tǒng)。光纖傳感應用于結(jié)構(gòu)工程監(jiān)測始于20世紀90年代初，如航空航天器、橋梁等的溫度、振動、應變檢測等裂縫的發(fā)生可以用埋設在混凝土中光纖的光強變化監(jiān)測，而裂縫的定位可用多模光纖在裂縫處的光強突然下降或診斷完成，通過衰減曲線上的裂縫損耗突變點，可以準確地確定裂縫的位置，針對混凝土裂縫檢測的特點，研制出基于光時域反射技術(shù)的光纖裂縫傳感網(wǎng)絡，可實現(xiàn)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的分布檢測，凡裂縫與光纖傳感網(wǎng)絡相交，均可感知，并可定寬、定位、定向。
三、裂縫修補方法
（一）表面封閉法
?。?）表面涂抹通常是在混凝土表面沿寬度較小的裂縫涂抹樹脂保護膜，在裂縫寬度有可能變動時，可采用具有跟蹤性的焦油環(huán)氧樹脂等材料，在裂縫多而且密集或者混凝土老化，砂漿離析的結(jié)構(gòu)物上也可大面積涂抹保護膜。
?。?）鑿深槽嵌。先沿裂縫鑿一條深槽，槽形根據(jù)裂縫位置和填補材料而定，然后在槽內(nèi)嵌補各種粘結(jié)材料，如環(huán)氧砂漿、瀝青、甲凝等。
（3）表面噴漿。噴漿修補是在經(jīng)鑿毛處理的裂縫表面，噴射一層密實而且強度高的水泥砂漿保護層來封閉裂縫的一種修補方法，根據(jù)裂縫的部位、性質(zhì)和修補要求與條件，可采用無筋素噴漿，或掛網(wǎng)噴漿結(jié)合鑿槽嵌補等修補方法。
?。?）打箍加固封閉法。當鋼筋混凝土產(chǎn)生主應力裂縫時，可采用在裂縫處加箍使裂縫封閉的方法，箍可用扁鋼焊成或圓鋼制成，可以直箍也可以斜箍，其方向應和裂縫方向垂直，墩臺或樁基等下部結(jié)構(gòu)承載能力不足，出現(xiàn)裂縫時也可以采取這種方法。
（二）灌漿法先將結(jié)構(gòu)物的裂縫或孔隙與外界封閉，僅留出進漿口及排氣孔，然后將較低粘度的漿液通過壓漿泵以一定的壓力將漿液壓入縫隙內(nèi)并使其擴散，膠凝固化，以達到恢復整體性、強度、耐久性及抗?jié)B性的目的。漿液主要有：水泥漿、水泥-水玻璃、環(huán)氧糠酮、聚氨脂、丙凝和甲凝等后幾種方法都屬于化學灌漿法，其強度高效果好。
?。ㄈ┱迟N加固法
?。?）注入法粘貼鋼板。這種方法是在混凝土表面與鋼板之間加墊塊等使兩者之間保持一定空隙，并用環(huán)氧樹脂膠泥封閉四周，而后從注入口注入環(huán)氧樹脂，同時排出空隙中的空氣，由于是從一方注入因而容易殘留氣泡，施工時一般用木槌隨時敲打鋼板來確定是否灌實，這種施工法雖然費時，但即使混凝土表面不平整也可進行施工。
（2）壓粘法粘貼鋼板。這種施工方法是在混凝土表面及鋼板表面各涂上1-2厚的環(huán)氧樹脂，然后利用已固定在混凝土中的錨桿把鋼板壓緊在混凝土面上，隨著環(huán)氧樹脂被擠出，粘貼面之間的空氣也被排出，用這種方法幾乎不會殘留氣泡，粘結(jié)效果也好，此法適用于混凝土表面平整的場合。
?。?）粘貼碳纖維布。粘貼碳纖維布修補技術(shù)是一種新型的技術(shù)，它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，利用其良好的抗拉性能達到修補加強的目的，這種修補方法基本不增加原結(jié)構(gòu)的自重及尺寸。
（4）混凝土損傷自愈合。模仿動物骨組織結(jié)構(gòu)，并基于生物組織對受創(chuàng)傷部位能自愈合的機理，在混凝土材料中復合具有特殊修復功能的材料，在混凝土內(nèi)部形成仿生自愈合的網(wǎng)絡系統(tǒng)，當混凝土出現(xiàn)裂縫時，損傷部位的粘結(jié)材料被釋放流出并深入微裂縫，使裂縫重新愈合，恢復甚至提高混凝土材料的性能。目前，此種方法尚處于研究開發(fā)階段，今后將會是混凝土智能材料的發(fā)展方向。
