四川陸通檢測科技有限公司 LUTONG DETECTION 孔道壓漿不密實對鋼絞線影響 導讀 預應力鋼絞線要在橋梁使用過程中確保長期發(fā)揮作用,,達到設(shè)計要求,孔道壓漿的質(zhì)量效果是重要的影響因素之一,。 預應力孔道壓漿的目的主要有兩個: 一是排除孔道內(nèi)的水和空氣,,防止預應力鋼絞線被腐蝕,保證構(gòu)件的耐久性,; 二是通過壓漿體使得鋼絞線與周圍混凝土形成一個整體,,改善應力分布和提高構(gòu)件的承載力。 如果壓漿不密實,,水和空氣的進入使得處于高度張拉狀態(tài)的鋼絞線材料易發(fā)生腐蝕,,造成有效預應力降低。嚴重時,,鋼絞線會發(fā)生斷裂,,從而極大地影響橋梁的耐久性、安全性,。 此外,,壓漿質(zhì)量缺陷還會導致混凝土應力集中,,進而改變梁體的設(shè)計受力狀態(tài),從而影響橋梁的承載力和使用壽命,。 一,、鋼絞線銹蝕的影響 預應力鋼絞線的銹蝕分為一般腐蝕和應力腐蝕 其中應力腐蝕是特別危險的腐蝕形式。 所謂應力腐蝕是指鋼材處于受拉狀態(tài)下,,而同時受到腐蝕時發(fā)生的腐蝕的結(jié)果,將引起鋼材急劇地脆性破壞,。 應力腐蝕斷裂是金屬材料在應力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的一種特殊破壞形式,。 不存在應力時腐蝕非常輕微,當應力超過某一臨界值后金屬會在腐蝕并不嚴重的情況下發(fā)生脆斷,。預應力鋼絞線的直徑相對較小,,強度較高,對腐蝕尤其是應力腐蝕更敏感,。而且預應力筋發(fā)生的應力腐蝕不易從構(gòu)件的外表察覺,,其破壞又呈高度脆性,就使構(gòu)件的破壞呈現(xiàn)突然性,,這是由于預應力構(gòu)件本身的性質(zhì)及預應力筋的性質(zhì)造成的,。 預應力鋼材對應力腐蝕具有敏感性,而且鋼材抗拉強度越大敏感性越大,。 應力腐蝕是一種低應力脆性斷裂,,因為導致應力腐蝕開裂的最低應力遠小于材料斷裂強度,而且斷裂前無明顯的塑性變形,,脆性斷裂時其應力水平一般不會超出屈服點,,宏觀塑性變形很小。這一點也是脆性破壞常導致災難性事故的主要原因,。 可以看出,,應力腐蝕產(chǎn)生的破壞具有突然性,從構(gòu)件外表不易察覺,,斷裂速度特別快,,因此預應力筋的防腐是后張預應力混凝土的關(guān)鍵問題,而預應力孔道內(nèi)的壓漿的質(zhì)量成為防腐的重點,。 二,、鋼絞線銹蝕的機理 鋼筋銹蝕是電化學腐蝕過程,必須有水分和氧氣的參與,,而預應力管道壓漿不實造成管道中存在氣,、水、或氣水混合物,,在一定條件下就會發(fā)生預應力筋應力腐蝕,。 孔道中的游離水在低溫凍脹后,,沿預應力孔道方向出現(xiàn)裂縫,這種裂縫是不可恢復的,,如果此游離水不被排除則裂縫會越來越大,,裂縫的存在增加了混凝土的滲透性,使鋼筋產(chǎn)生銹蝕,;另一方面預應力鋼筋腐蝕后,,腐蝕產(chǎn)物體積膨脹, 又會進一步加劇順筋裂縫的擴展,。如此惡性循環(huán),,帶有極大的危險性,影響結(jié)構(gòu)耐久性,; 當有二氧化碳和水氣侵入混凝土內(nèi)部,,與混凝土中的堿性物質(zhì)中和,導致混凝土的 PH 值降低,,造成全部或部分鋼絞線表面鈍化膜破壞,。由于鋼材材質(zhì)和表面的非均勻性,在鋼絞線表面的不同部位總會出現(xiàn)較大的電位差,,形成陽極和陰極,。因此在潮濕環(huán)境下,由于氧氣和水的參與,,預應力筋就有可能發(fā)生電化學反應,陰極,、陽極生成的鐵離子和氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化鐵。上述電化學反應使鋼絞線表面的鐵不斷失去電子而溶于水,,鋼絞線逐漸被腐蝕,,反應生成的氫氧化鐵進一步氧化形成鐵銹。 同時,,鐵銹膨脹還將引起混凝土開裂,,從而導致水分、空氣的進入,,進一步加劇銹蝕,。對于預應力鋼絞線而言,因應力較大對腐蝕的敏感性大可能構(gòu)件表面還未出現(xiàn)裂縫,,構(gòu)件就會因應力腐蝕造成鋼絞線斷裂而突然斷裂,。 若預應力筋無固化壓漿料包裹物,直接與孔道中水接觸,,發(fā)生電化腐蝕,。當孔道中水的 PH 值小于 4 或由于氯離子由裂縫處進入孔道,到達鋼筋表面,,并吸附于局部鈍化膜處時,,可使該處的 PH 值迅速降低,,破壞預應力筋表面的鈍化膜, 引起預應力筋腐蝕,。 對于沿海地區(qū),,由于海風中含有氯離子,對鋼絞線的危害很大,。氯離子是極強的去鈍化劑,,在鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處,使該處的 PH 值迅速降低,,破壞預應力筋表面的鈍化膜,。氯離子破壞鈍化膜使預應力筋表面露出了鐵基體,與尚完好的鈍化膜區(qū)域之間構(gòu)成電位差,,大面積鈍化膜區(qū)域作為大陰極,鐵基體作為小陽極形成腐蝕電池,。腐蝕電池作用的結(jié)果是在預應力筋表面產(chǎn)生腐蝕坑,,使鋼絞線受拉時引起應力不均勻,造成應力集中,,可能導致預應力筋早期斷裂,,壓漿不密實不僅對預應力混凝土橋梁的耐久性有很大的影響,而且對橋梁的即時承載力也有相當?shù)挠绊?,對于全空管道,,其開裂荷載較全密實孔道低 10%左右,而最大撓度則可能增加 50%,。 三,、現(xiàn)場破損實例 案例一:凍脹橋梁鋼絞線 甘肅境內(nèi)某在建高速,預制箱梁在運行 1 年后沿預應力筋方向出現(xiàn)明顯裂紋,,通過多方面調(diào)查發(fā)現(xiàn)由于孔道內(nèi)部存在積水,,凍結(jié)水結(jié)成冰,進而沿著預應力筋方向發(fā)生凍脹現(xiàn)象,。為找出問題根源所在,,施工方立即對該片梁進行破損驗證。通過開窗發(fā)現(xiàn)預應力孔道內(nèi)部壓漿不密實,,存在泌水現(xiàn)象,,將積水清理干凈后發(fā)現(xiàn)鋼絞線已嚴重銹蝕。 圖 3-1 現(xiàn)場破損照片(圖左腹板開裂,,圖右鋼絞線銹蝕) 案例二:垮塌橋梁鋼絞線 深圳某大橋全長約 5.5 公里,。大橋于 2003 年正式開工,并于 2007 年完工,。在建成后的 12 年內(nèi),,大橋穩(wěn)固地屹立于海上,。直到 2019 年發(fā)現(xiàn)鋼絞線存在斷裂現(xiàn)象。通過將部分位置切割開發(fā)現(xiàn),,孔道內(nèi)部無壓漿料,,鋼絞線銹蝕嚴重。鋼絞線在空氣,、水,、氯離子、高應力作用下發(fā)生電化學反應,,加速鋼絞線銹蝕,,進而導致鋼絞線斷裂。 圖 3-2 銹蝕斷裂鋼絞線 案例三:孔道未注漿導致鋼絞線銹蝕 陜西境內(nèi)某高速在運營 10 余年后,,橋面發(fā)生多處嚴重開裂現(xiàn)象,,經(jīng)多方對橋梁安全性評估發(fā)現(xiàn)該橋梁無法繼續(xù)安全運營。固對該橋梁進行拆除重建,,通過將拆除后的梁板切割開發(fā)現(xiàn)多處預應力孔道未注漿,,或僅少量注漿料。水和空氣的進入使得處于高度張拉狀態(tài)的鋼絞線材料易發(fā)生腐蝕,,造成有效預應力降低,, 進而出現(xiàn)橋面開裂現(xiàn)象。 圖 3-3 鋼絞線銹蝕導致應力損失 通過對多處孔道破開發(fā)現(xiàn)注漿不密實度部位鋼絞線 均存在不同程度銹蝕,。 圖 3-4 銹蝕的鋼絞線 案例三:孔道注漿密實鋼絞線嶄新如初 福建省內(nèi)某舊橋改造工程,,在拆除過程中,業(yè)主單位要求對預制 T 梁注漿飽滿程度及鋼絞線銹蝕程度進行調(diào)查,。施工單位在拆除過程中對注漿飽滿孔道進行完整取樣,,隨即將金屬波紋管破開并剝出鋼絞線,通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)鋼絞線嶄新如初,。 圖 3-5 舊橋拆除 圖 3-6 鋼絞線剝開場景 圖 3-7 注漿密實孔道鋼絞線 案例三:切梁驗證 某課題組在研究預應力孔道壓漿密實程度對鋼絞線及預應力影響程度過程 中,,將一片運營多年的預制 T 型梁切開,切開觀察到孔道內(nèi)部壓漿密實,,鋼絞 線嶄新如初,。 圖 3-8 切梁驗證 四、結(jié) 論 壓漿密實的孔道,,運營多年后,,鋼絞線嶄新如初; 壓漿不密實孔道,,鋼絞 線會發(fā)生銹蝕,,嚴重時會發(fā)生斷裂。 四川陸通檢測科技有限公司 自主研發(fā)的“預應力孔道壓漿密實度質(zhì)量檢測儀” 可有效的對孔道密實度進行快速定性檢測 也可對壓漿缺陷進行定位檢測和缺陷類型判別 檢測過程不受波紋管材質(zhì)影響,。 預應力孔道壓漿密實度質(zhì)量檢測儀 預制梁,,現(xiàn)澆梁等含有預應力結(jié)構(gòu)的孔道壓漿密實度 壓漿密實度測試范圍:定性測試最大160M,,定位測試不受孔道長度限制,任意孔道長度均適用,。
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