鋼筋密集部位混凝土缺陷的檢測與處理方法

劉樂輝，廖輝軍

(湖南路橋建設集團，湖南長沙 410004)

0 引言

橋梁0#塊，橫梁等是橋梁結構中的關鍵構造，橋梁上部構造的自重，營運荷載，以及受溫度，氣候等外部因素影響而產生的附加力都將集中到這些部位，并通過支座傳遞給下部構造，承受的應力大且復雜，尤其是這些構造物中處于橋梁支座上方的區域，受力面積小，應力集中，因此需要布置有較密的鋼筋網來抵抗各種應力。

這些結構復雜，位置重要特殊的構造物常需要在施工現場澆筑成型，受施工工藝，施工水平以及現場條件如鋼筋密集導致混凝土振搗困難，混凝土長時間生產過程中出現質量波動，混凝土工作性能不穩定，工人疲勞，疏忽等原因的制約，使澆筑的混凝土容易出現不密實，松散，蜂窩等缺陷。這些關鍵部位的混凝土缺陷，對橋梁的安全存在重大威脅，必須進行處理。但由于所處的空間狹小特殊，給這些缺陷部位進行高效可靠的質量鑒定，檢測極為困難;而這些部位又應力集中，鋼筋密集，對其進行修補更需要有較高的技術水平，并有很高的質量要求，本文以某大橋箱梁0#塊支座位置混凝土缺陷檢測、修補過程為實例，探討鋼筋密集部位混凝土缺陷的檢測以及修補方法，以供借鑒和參考。

1 工程概況以及混凝土缺陷情況

某大橋是一座特大跨河橋梁，主跨110 m，主梁為變截面混凝土連續梁，箱梁頂板寬17.5 m，底板寬10.5 m，混凝土標號為 C55，0#塊長14 m、高6.5 m、混凝土方量670 m3，0#塊采用鋼管樁支架現場澆筑方法施工，施工完成拆除底模后發現北幅橋7#墩0#塊箱梁底板底面混凝土存在澆注不密實現象，尤其是支座位置附近較嚴重。圖1為北幅橋7#墩0#塊箱梁底板支座附近拆除底模并將松散混凝土鑿除后的照片。

圖1 鑿除松散混凝土后支座位置的混凝土外觀

從圖1可以看出，7#墩0#塊箱梁底板底面的混凝土存在不密實情況，且局部存在混凝土脫空現象，這種缺陷靠目測只能判定主要集中在底板底面第1層至第2層鋼筋網之間，而無法判定第2層鋼筋網以上的混凝土情況。根據設計圖紙，在該位置除箱梁底板底層鋼筋網外，支座以上對應梁底板尚布置有縱橫交錯的3層加密鋼筋網，如圖2所示，因此必須通過相應的無損檢測手段來確定缺陷的具體情況，為該處混凝土缺陷的處治提供依據。

圖2 主橋箱梁0#塊支座位置鋼筋示意圖

2 鋼筋密集部位混凝土缺陷檢測

2.1 不同的混凝土質量檢測方法及適用性

常用的混凝土質量檢測方法包括鉆芯法、回彈法、超聲波法，紅外熱成像以及地質雷達電磁波等。

鉆芯法可以直觀，準確，可靠的展現混凝土的內部密實性情況，但當混凝土中有較多鋼筋時，對鉆頭損害大，取的芯樣易破碎，且僅能反映取樣部位的混凝土質量;鉆芯法也會對結構物造成局部損傷，因此做質量檢測時不能大量鉆芯取樣，該方法適宜與其他無損檢測方法共同使用，用于對其他檢測方法檢測結果的驗證。

回彈法可以快速測量混凝土表層的強度，要求混凝土表面平整，干燥，測試前最好去除混凝土表面碳化層。

地質雷達電磁波法只要反射界面兩側介質的介電常數有明顯的差異，就能形成良好的電磁波反射界面，地質雷達向介質發射電磁波脈沖，產生反射，根據接收到的反射特征，由地質雷達圖象而判斷其地質特征。當結構物發生破損(如出現空洞、裂縫以及脫空等)，在雷達資料中便會出現明顯的反射特征，如脫空時將出現夾層反射，空洞會產生繞射等。因此可以很好的反映出混凝土內部空洞的結構缺陷。

超聲波法對于素混凝土和鋼筋較少的結構可以準確測定混凝土內部的缺陷情況，該方法要求結構物至少有兩個相對工作面可以吸附超聲波探頭;但對于鋼筋密集的結構，因鋼筋對聲時值的影響較大，超聲法不能準確判定混凝土內部的缺陷情況。

由于該處混凝土缺陷部位處于支座附近，鋼筋密集，缺陷面積又較大，經過對不同檢測方法的比較，決定綜合采用鉆芯法、回彈法以及地質雷達電磁波法等三種方法，使得檢測手段盡量完備，不同的檢測方法互相驗證，使判定結果可靠，可信，科學。

2.2 不同的檢測方法及結果

2.2.1 鉆芯法檢測的位置及檢測結果

鉆芯取樣檢測的目的主要為了判斷在加密鋼筋網以上以及周邊混凝土的密實性，并對地質雷達的檢測結果進行驗證。根據0#塊結構以及鋼筋布置特點，在北幅橋7號墩0#塊支座附近加密鋼筋旁的4個箱室底板各鉆取1個豎向芯樣，共4個芯樣;在兩邊腹板支座以上約50 cm處共鉆取4個橫向芯樣。鉆取的芯樣直徑為5 cm，長度大約為80 cm，鉆取芯樣的過程中盡量避開鋼筋，圖3為橫向芯樣位置，圖4為取出的芯樣，圖5，圖6為豎向鉆芯位置以及芯樣。

通過對箱梁底板和腹板鉆芯取樣的芯樣進行分析可以發現:

圖3 加密鋼筋網鉆芯取樣位置示意圖(單位:cm)

圖4 圖3所示位置取出的芯樣

圖5 腹板支座附近鉆芯位置示意圖(單位:cm)

圖6 圖5所示位置鉆取的芯樣圖

1)腹板加密鋼筋網以上混凝土芯樣密實性較好，沒有發現空洞、裂縫等缺陷。

2)南腹板支座附近的1#孔孔深57 cm，2#孔孔深18 cm;芯樣的密實性較好，局部存在蜂窩現象。北腹板支座附近的 1#孔孔深 64 cm，2#孔孔深18 cm;芯樣靠近腹板(范圍為從腹板外側向內側延伸大約20 cm)蜂窩現象嚴重，密實性較差;而中間位置處的密實性相對較好，僅局部存在蜂窩現象。

3)箱梁底板加密鋼筋網以上部分芯樣完整，沒有發現空洞和蜂窩現象，混凝土密實性好。

2.2.2 回彈測試結果及分析

回彈測試隨機抽取箱梁底板及腹板混凝土表面干燥、平整、沒有浮漿和修補的位置。回彈的結果如表1，表2。

表1 箱梁南側腹板混凝土強度檢測結果

表2 箱梁底板混凝土強度檢測結果

通過對箱梁底板和腹板表面干燥、平整、沒有浮漿和沒有修補的位置進行回彈強度測試，測試結果表明箱梁南側腹板和箱梁底板的混凝土強度值均大于55 MPa，滿足設計要求。

2.2.3 地質雷達檢測結果及分析

根據現場實際情況，主要對0#塊的下腹板和底板進行地質雷達探測。腹板的探測網格為20 cm×20 cm;對于底板，整體探測網格為80 cm×80 cm，支座附近鋼筋裸露處的加密探測網格為20 cm×20 cm。探測方向均為順橋向和橫橋向。

北幅橋南側腹板縱向測試了8條測線(測線間距為20 cm，測線編號為從腹板底部至頂部的方向依次增大;測試方向為河東至河西方向);豎向測試了39條測線(測線間距為20 cm，測線編號為河東至河西方向依次增大;測試方向為從腹板底部至頂部的方向)，如圖7所示。

檢測結果(圖8)表明，北幅橋南側腹板靠近支座位置附近區域(深度大約20 cm左右)局部存在少量蜂窩現象，其它位置密實性較好，沒有發現缺陷;北幅橋南側腹板保護層厚度平均值大約在5.1 cm左右。

北側腹板縱向測試了6條測線(測線間距為20 cm，測線編號為從腹板底部至頂部的方向依次增大;測試方向為河東至河西方向);豎向測試了45條測線(測線間距為20 cm，測試方向為從腹板底部至頂部的方向)。

檢測結果表明，北幅橋北側腹板靠近支座位置附近區域(深度大約20 cm左右)局部存在蜂窩嚴重，其它位置在不同程度也存在蜂窩現象;北幅橋北側腹板保護層厚度平均值大約在5.0 cm左右。

圖7 南側腹板測試位置

圖8 南側腹板測試結果照片之一

重點測試部位為支座及周邊位置，將該塊區域共分為三片進行測試，分別為支座東側，支座西側，兩個支座及支座之間區域。見圖9。

圖9 支座及周邊位置分塊測試示意圖

通過對地質雷達測試照片(如圖10)進行分析發現，箱梁底板東側，西側以及支座之間的局部位置均存在不密實和脫空現象，尤其是靠近支座位置附近，且深度方向主要集中在底板底面的第一層鋼筋網和第二層鋼筋網之間，大約在15 cm范圍內，而第二層鋼筋網以上混凝土密實性均較好。鋼筋保護層厚度實測值大約在4.8 cm左右。箱梁底板混凝土不密實區域主要集中在南北兩支座附近周圍較大范圍，其面積大約為34.7 m2，大約占整個0#塊底板面積147 m2的23.6%。

圖10 底板測試結果照片之一

3 鋼筋密集部位混凝土缺陷的修補

根據檢測結果，北幅橋7號墩0#塊箱梁底板第二層鋼筋網以下較大范圍內存在不密實區域，尤其是南北支座以上及其附近范圍內混凝土不密實較為嚴重，針對上述缺陷應采取相應的處治措施以保證結構安全。

3.1 修補灌注材料的選擇及性能要求

如前文所述，該部位鋼筋密集，且處于支座位置，不可能全部鑿除重新澆筑，若進行灌漿處理，則要求灌漿材料必須滲透性好，且不能有粗骨料，否則無法保證灌注效果。經過綜合比選，最終確定采用固特邦公司生產的JN—F封口膠、JN—Z植筋膠、JN—L灌注膠、HPMW高強砂漿、JN—J界面劑、JN建筑結構膠。對支座部位鑿除缺陷混凝土后，用壓力灌JN—L灌注膠;對非支座部位鑿除缺陷混凝土后噴HPMW的M60高強砂漿。

JN—L低粘度灌縫膠(灌支座上的缺陷部位)系A、B兩組分改性環氧樹脂類低粘度液狀膠粘劑，其主要特點是:極強的滲透力，粘度很低;硬化時基本不收縮;抗老化及耐介質(酸、堿及水等)性好;環境溫度5℃以上即可很好固化;可操作時間長，使用方便、無毒;該處混凝土缺陷處于支座上方，鋼筋密集，混凝土蜂窩，孔洞較多，而該處作業空間狹小，不易操作，施工時間長，適宜使用該種材料進行灌注。

HPMW高強砂漿(用于非支座處混凝土缺陷修補)是以高強硅酸鹽水泥為基體、以高性能聚合物為主要改性組分的多用途水泥基復合材料，主要由水泥、聚合物、礦物摻合料、抗裂纖維、水泥超塑化劑、集料等組成，具有超強界面粘結高強高韌、防腐防銹、抗裂抗滲等特點，適宜用作該處非支座位置混凝土缺陷的修補。

3.2 缺陷混凝土修補施工步驟

3.2.1 支座位置缺陷部位的修補

對支座混凝土缺陷部位用高壓水射流槍鑿除鋼筋間夾層及松散混凝土，混凝土缺陷清理干凈后，埋設注膠管，采用多次灌膠法，在同部位按深度埋設注入深度為2.5 cm，5 cm，7.5 cm……的注膠管直至與頂部注膠管相差2.5 cm左右，形成多個注膠高度的注膠管群。埋設注膠管后，用JN—F封口膠在支座鋼板邊封邊，形成第一道防護。在支座邊100 cm范圍內植入Ф 12帶肋剪切銷釘，銷釘植入深度為大于10d，按30 cm間距呈梅花狀布置，上布鋼筋網Ф 6.5間距10 cm。待JN—Z植筋膠固化后，再在高強砂漿區域噴JN—J界面劑。用高壓噴漿機朝支座邊噴射M60的HPMW高強砂漿，每層厚度控制在2 cm左右，分多次噴射，至低于支座頂部鋼板約2 cm，做好前7 d養護。高強砂漿噴完后用氣泵連接注膠管，看氣流是否暢通，對阻管的應及時清空。HPM高強砂漿固化后，用壓力泵壓含C骨料(成分為石英砂，粒徑1～2 mm)的JN—L灌注膠壓滿底部大面積部位缺陷區域，先從注膠高度為5 cm的膠管開始壓膠，待高于支座2.5 cm的注膠管冒膠后，用小鉗將管端夾緊，膠體每次壓入高度控制在2.5 cm高，壓膠90 min后根據膠體的反映溫度再注高度為7.5 cm的膠管壓膠(JN—L膠)，直至5 cm高的膠管冒膠，并用小鉗將其夾緊，依此類推。直至缺陷頂部安裝排氣管冒膠為止，并保持其壓力。

3.2.2 非支座處混凝土缺陷處理

將板底缺陷用高壓水射流槍沖洗干凈，對比較特殊的夾層用人工鑿除。在缺陷混凝土板底植入Ф 12帶肋剪切銷釘，銷釘植入深度為大于10d，按30 cm間距呈梅花狀布置。植入銷釘用JN—Z植筋膠植入，植入銷釘后布鋼筋網Ф 6.5間距10 cm，鋼筋網與銷釘通過電焊點焊，使形成一個整體。對缺陷修補處，處理前澆水充分濕潤，按JN—J界面劑的使用方法，用高壓氣泵噴射界面劑，厚度約2 mm。

高強砂漿其強度和工作性受水灰比影響很大，因HPMW中含有化學外加劑，在水中溶解需一定時間，隨攪拌時間延長，砂漿會逐漸變稀，應特別注意控制加水量。用水量過大將導致砂漿強度下降、流動性過大。采用盤式砂漿攪拌機并按以下程序攪拌。加水后攪拌時間越長，砂漿工作性越好，但過長時間的攪拌將可能導致砂漿引氣量增大。見圖11。

圖11 攪拌程序

砂漿拌好后用高壓噴漿機朝混凝土缺陷部位噴高強砂漿，每次噴射厚度為2 cm，最厚不大于4 cm，在初凝前再噴下道高強砂漿。

砂漿終凝后即可澆水或覆蓋養護，使表面保持24 h濕潤，潮濕養護時間一般7～14 d。

3.2.3 修補后的檢驗

用地質雷達對原缺陷混凝土位置全面檢測，并進行鉆芯取樣檢測驗證，地質雷達檢測結果表明，原缺陷部位均已密實，無孔洞，脫空現象圖像出現，鉆取的芯樣也驗證了這一結論，從芯樣可以看出，缺陷混凝土內部的孔洞，空隙均已被JN－L灌注膠填滿，使用現場抽取的修補材料制作的試塊實測抗壓強度達80 MPa，滿足該區域混凝土強度要求。

4 結束語

通過對多種檢測方法的綜合運用，可以有效、可靠地對鋼筋密集部位的混凝土密實性、空洞、松散等缺陷進行檢測判定，在對混凝土缺陷程度有充分認識的基礎上，選用合理的缺陷修補方案，采用滲透性好，無粗骨料的環氧樹脂JN—L灌注膠壓力注漿可以保證鋼筋密集部位有缺陷混凝土的修補質量，從而消除質量隱患，確保橋梁結構安全。

［1］趙永輝，吳健生，萬明浩.鋼筋混凝土地層透視雷達無損檢測技術［J］.工程勘察，2002(1).