继续锈蚀。 4、 渗入阻锈剂，防止钢筋锈蚀。 四、骨料膨胀引起的裂缝 （一）概况 这是近年来遇到的机率逐渐增多的一种病害，就 我个人而言，自1984年首先在房屋建筑中发现， 继而在桥梁领域中发现。在桥梁方面首先于1995 年在杭州清泰门立交桥上发现，接着于1999年在 上海内环线高架道路黄兴路段空心板梁上发现， 继而于 2001年在上海宝山区龙珍港桥和上海嘉 定区新泾桥和苏州唯定大桥发现，最近在上海内 环线高架道路上又发现桥墩立柱产生该病害。
• （2）空心板梁铰缝砼收缩产生缝隙后，当桥面 铺装钢筋配筋率低时，易造成桥面沿梁长产生顺 桥向裂缝，降低横桥向整体性，使荷载横向分布 集中，并由此降低桥梁承载能力。
• 6）空心板梁封头板砂浆收缩裂缝引起渗水（图 8），使空腔内聚积大量水，曾经在一块空心板 梁的空腔底部钻一孔， 出水量达0.6m3，对普通 钢筋砼空心板梁的受力裂缝在受荷时张开内部水 渗出，导致钢筋锈蚀严重。
• 虽然裂缝在规范里是作为正常使用状态中耐久 性来评价，但结构损坏乃致倒塌往往是从裂缝 的扩展开始的，由安全状态随着时间的延伸而 逐渐转化为不安全状态，因此结构耐久性问题 实质也是安全问题，必须引起重视。 第一节 非荷载裂缝 一、 混凝土收缩裂缝 1、混凝土收缩原因 • 混凝土组成：粗骨料,细骨料,胶结料 水泥＋水→水化→水泥凝胶体→水泥石 • 混凝土收缩实为水泥石收缩，有三种原因：
b 箱内顶板钢筋锈蚀成片顶裂 混凝土保护层 图17 四川路桥箱内腹板和顶板钢筋锈蚀裂缝
• 图18 汉阳路桥桥面板钢筋锈损
图18 汉阳路桥边桥面板钢筋严重锈蚀
4） 钢筋锈蚀的危害 1、 粘结力减弱，降低承载能力 2、 钢筋截面减小，降低承载能力 3、 钢筋锈蚀后易产生应力集中，增加脆性 4、 预加应力钢筋锈蚀后，在高应力作用下会 加快锈蚀，即所谓应力腐蚀现象。 5） 维修加固方法 1、 锈蚀钢筋彻底除锈，补焊钢筋，弥补钢筋锈 损，然后用砼包裹保护。 2、 锈蚀钢筋，彻底除锈，砼补强，外粘贴钢板 或碳纤维布，补充钢筋截面损失。 3、 保护层混凝土已全面碳化，不防锈，采取封 闭砼毛细孔，隔离水及腐蚀性物质，防止钢筋
混凝土桥梁病害诊断 及维修加固技术
郑州大学 孙增寿
第一章 混凝土桥梁病害诊断技术 • 混凝土桥梁病害的主要表现形式： 1、裂缝 2、变形（变位） 3、腐蚀 • 对混凝土结构而言，其病害的最终形式是裂缝。 裂缝可分为两类： 1、非荷载裂缝――材料自损、劣化 （由于材料自身内力引起裂缝） 2、荷载裂缝――外力裂缝 （由于外力、轴线变形或支承变位引起的裂缝）
• 发现变质岩碎石外圈产生白色反应环，这是明 显的弥漫性碱活性骨料所起化学反应的结果， 白色反应环为碱活性骨料在碱和水的作用下产 生的反应物，为吸潮膨胀物，由于碱活性骨料 多 （ 弥漫 型 ）， 故 其内 部 裂缝 呈层离状裂缝 （图19－f）。 • 骨料膨胀先引起端横隔板与板底结合面裂缝后， 由于伸缩缝处漏水不断，导致端横隔板箍筋在 该裂缝处全锈断，这也是先裂后锈的主要表现。 • 2、上海内环线高架道路空心板梁骨料膨胀病害 • 上海内环线高架道路黄兴路1121～1123墩之间 二孔跨径为22m的先张法预应力空心板梁于2000 年发现梁底多处产生混凝土保护层崩裂和崩落，
• 图21－b
• 图21－c为空心板梁底因骨料膨胀的被冲剪部分 的锥状体凿除后，可见潮湿姜黄色石子膨胀骨料 －膨胀源（直径约11cm）
• 图21－c
• 图21－d上述膨胀骨料膨胀，不仅把混凝土胀裂， 还把钢筋胀弯 •
• 图21－d
• 图21－e空心板梁底骨料膨胀崩落混凝土锥体
图21－e黄兴路内环线高架空心板梁底 骨料膨胀崩落混凝土锥体
1） 化学收缩－水化过程中体积缩小 2）物理收缩－自由水蒸发、干燥引起体积缩小 3）碳化收缩－空气中CO2与混凝土中Ca(OH)2发 生化学反应，产生CaCO3折出水分蒸发，促使 体积缩小。 2、混凝土收缩裂缝的原因－自由收缩受到约束 • 当收缩受到约束而产生的拉应变大于当时砼的 极限拉应变就会 产生与拉应力方向相垂直的裂 缝。 1)砼构件表面收缩龟裂（图1）
图11寿春路桥吊杆钢管内部黄油由于钢丝 锈蚀物混合成咖啡渣状并含水份
• 3、 解决方法 • 1） 采用补偿收缩砼 • 补偿收缩砼是在普通砼中按规定比例掺加有效 膨胀剂，如UEA用量为水泥用量的12～14％， 可防止产生收缩裂缝。 • 2） 收缩裂缝，一般采用裂缝封闭方法解决 • ① 注入稀环氧树脂胶 • ② 凿槽后采用无收缩水泥基专用修补砂浆修 补 • ③ 裂缝较深者凿槽后采用高强度免振无收缩 砂浆修补 • ④ 涂抹渗透结晶型水泥基浆料，封闭裂缝。
图1 混凝土表面龟裂 这类收缩裂缝多数是混凝土构件表层由于 养护不当，表层失水、干缩所造成。这类裂缝 一般不深，多数深度不超过钢筋保护层厚度。 2） 墩台混凝土的竖向收缩裂缝 ① 在岩石基础上浇筑的墩台混凝土，混凝土墩 身要收缩，岩石基础不收缩，由此产生收缩
差，岩石基础阻止墩身砼收缩而在横向产生拉 应力，当该拉应力大于该时段的混凝土极限拉 应变就会产生竖向裂缝，这类墩身、台身的竖 向裂缝为下宽上细，当台身较厚，由于表层收 缩大、内部收缩小，因此显示表层裂缝宽些、 内部裂缝细些，一般不贯通（图2）。
（2） 外掺型 化工厂 海边地区结构物 北方桥面化冰盐等 由氯离子引起钢筋锈蚀而胀裂砼保 护层，也是先锈后裂类型。 2、先裂后锈 ① 受力裂缝的裂缝宽度过大，外界腐蚀物质 有直接通道而锈蚀筋。 ② 酸雨腐蚀先腐蚀砼保护层继而锈蚀钢筋。 ③ 骨料膨胀引起砼裂缝后再锈蚀钢筋。
3、钢筋引起砼崩裂的形态 钢筋锈蚀引起裂缝形态一般是顺筋向的。对 先锈后裂的混凝土构件，实际上在钢筋锈蚀早期， 构件内部已有层离裂缝存在，但外部还尚未裂缝， 此时可用小锤轻敲听声，有空壳声表示内部已有 裂缝起壳，然后凿开检查。 1）纵筋锈蚀裂缝（图14）
• 由于混凝土刚浇筑、振捣，抹面压光后，混凝 土在自重作用下仍有继续沉缩趋势，此时受到 钢筋阻碍（图12-a），或模板约束（图12-b）， 就会产生裂缝。
图12 混凝土沉落裂缝 a—钢筋阻碍的沉落裂缝 b—模板阻碍的沉落裂缝
• 1、原因：① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦
振捣不充分 漏浆 跑模 模板刚度不够 砼保护层太薄 砼坍落度过大 空心板梁空腔气囊漏气（图13）
图13 空心板浇筑砼初凝后因气 囊漏气而产生裂缝
2、后果：这类裂缝一般为表层裂缝。 3、处理： ① 沿裂缝凿U型槽、采用专用修补 砂浆修补 ② 这类裂缝较密时可整片凿除混 凝土保护层，采用免振自流平砂浆修补。 三、钢筋锈蚀引起的裂缝 砼中钢筋产生锈蚀后，由于锈皮会吸湿产生 化学反应而膨胀，其体积将增大2～4倍，从而 胀裂砼保护层。 对于钢筋锈蚀，首先要分析是先锈后裂，还 是先裂后锈。 1) 先锈后裂
图19－e 清泰门立交桥第七孔端横梁凿入内部发 现碱骨料反映特征－变质辉绿岩外圈产生白色 反应环
19－f 清泰门立交桥第七孔端横梁 内部层离状裂缝形态
• 图19－a显示清泰门立交桥为双箱并联连续箱梁 桥 • 图19-b为清泰门立交桥西部第七孔与第八孔之 间伸缝西侧第七孔端横梁底面裂缝状况 • 由该图显示该横梁北端底面龟裂，在底面和 侧面用手指触摸，可明显感觉裂缝两侧有高差， 表明一侧“凸出”必然有膨胀源膨胀所致，经 凿除松散碎块后可发现横梁底粗钢筋被向外顶 弯弯曲，在横梁顶部有一横向裂缝，仔细用手 触摸，该缝可明显感觉到裂缝下侧相对于上侧 凸出10mm，这些均表明混凝土内部有多个膨胀 源顶出所致。 • 图19－e为清泰门立交桥第七孔端横梁凿入内部
• 1、杭州清泰门立门桥骨料膨胀病害 • 图19a~f为杭州清泰门立交桥端横隔板由于碱活 性骨料膨胀引起的裂缝形态
图19－a 杭州清泰门立交桥西部第七孔 和第八孔实景
图19－b 清泰门立交桥西部第七孔和第八孔之间 伸缩缝西侧第七孔端横梁底裂缝
图19－c 清泰门立交桥第七孔端横梁裂缝形态
图19－d 清泰门立交桥第八孔 端横梁底裂缝形态
• 对于空心板梁桥其只有一个临空面，可以直接观 察，而侧面由于梁与梁之间并列靠紧无法检查裂 缝，顶面由于沥青混凝土覆盖着，也无法检查裂 缝，因此其内部裂缝目前还无直接观测方法，最 近正在联系雷达检测。 • 如果腹板崩裂和顶板崩裂，其破坏的危害性更大， 更突然，因此必须引起重视。 • 3、上海宝山龙珍港桥骨料膨胀病害 • 龙珍港桥建于1992年，为一座三孔钢筋混凝土空 心板梁，跨径组成为8m＋10m＋8m（图22－a）， 桥宽29.5m，在2001年2月发现该桥北半桥中孔 （图22－b）和边孔车行道桥面铺装碎裂（图22 －c），进而发现空心板顶部碎裂（图22－d）， 对碎裂部分检查可发现白色、姜黄色骨
图8 空心板梁封头板砂浆收缩裂缝渗水 • 7）中层式拱吊杆上端封锚砼因收缩裂缝渗水， 通过锚头孔隙流水钢束而锈蚀。图9~图10为合肥 寿春桥吊杆上端封锚砼四周的收缩裂缝和积水。 图11为寿春桥吊杆钢丝索端 封锚砼周边收缩裂缝
图10 寿春路桥中承式拱吊杆顶端 封锚处有5cm厚积水
图5 T梁裂缝
5）预制构件拼装湿接头收缩裂缝的危害 （1）拱片之间的横系梁、横隔板的湿接头产生 收缩裂缝后，大大减弱桥梁横向整体性（图 6）。
图6 刚架拱（苏州金鸡桥）横隔板 湿接头收缩裂缝
• ① 造成拱片顶部桥面顺桥向裂缝（图7）。
图7 刚架拱桥面纵向裂缝 • ② 荷载横向分布集中，降低承载能力。 • ③ 产生横向摇摆。
• 幸好未伤人。 • 图20－a~d为空心板底崩裂裂缝和崩落后可见白 色及姜黄色石子
图20－a
• 图20－b
图20－c
• 图20－d
• 图21－a为空心板梁梁底因骨料膨胀而产生冲剪 裂缝形态，放射形裂缝交点内部有一膨胀源 （膨胀骨料）
图21－a
• 图21－b为空心板梁底因骨料膨胀的冲剪裂缝一 侧凸，有高差，表明被胀出 •
①
砼保护层碳化 钢筋外表砼保护层起保护钢筋作用的机理是因 为砼保护层具有弱碱性，与钢筋表面产生一层钝 化膜，从而保护钢筋不被锈蚀，俗称碱性保护。 但砼与空气中的二氧化碳CO2由水通过毛细孔 与砼中气氢氧化钙起作用（化学反应）Ca(OH)2 ＋CO2――CaCO3 ＋H2O转化为中性的碳酸钙和水 使这部分砼由碱性变成中性，也即PH值由原来的 13降低到8～10，这就是砼碳化，当保护层全被 碳化，也就是失去碱性保护，在钢筋表面不能继 续生成钝化膜，当外界有腐蚀物质时，通过毛孔 渗入到钢筋表面而锈蚀，从而胀裂砼保护层先锈 后裂 。