桥梁劣化检测及诊断分析方法评介.doc

PAGE PAGE 1 第二章 RC橋梁劣化檢測及診斷分析方法 橋梁的各項功能，在其生命週期中會隨著建造時所使用之規範、材料、施工品質等基本先天特質及在各種外在經濟、物理因素交互影響之下，而逐漸劣化，因而導致其無法完全達到預期之設計要求。RC結構在服務年限中，致使其承載能力損傷的可能原因大至可分成三大類：1.鋼筋腐蝕：就如同慢性疾病。2.洪災：可視為急性病症。3.震災：如同意外傷害。在這些因素交互作用下，並不容易量化橋梁的物理使用壽命。也因此有些學者專家建議以機率表示橋梁壽命，亦有些學者認為現今尚有許多未瞭解的變數，據此所推測的橋梁壽命評估，誤差過大，並不具特別意義。但可以廣被接受的觀念則是：有建全的體質，才可能在各種疾病災變中存活下來。而要瞭解橋梁的體質是否建全，就必須進行劣化診斷，但在進行劣化診斷之前要有正確的評估資料，而要取得正確的檢測評估資料就必須充分的瞭解產生劣化的原因及劣化機制。 由於國內對腐蝕耐久的慢性病研究較少，然而就算有良好的耐震設計，亦可能在數年後，因腐蝕使體質減弱而變得不堪一擊。因此，劣化檢測及診斷分析方法的探討就非常重要。本章探討的內容為：2.1橋梁劣化成因。2.2劣化分析理論評介。2.3劣化檢測與診斷。2.4劣化機制再探討。2.5以裂縫為主的診斷方法。2.6劣化檢測與診斷分析建議流程。 2.1橋梁劣化成因 RC構造物的耐久性是指結構物在其使用過程中受外界環境或內部自身所產 生的侵蝕破壞，使其物理機能逐漸劣化所致。此種劣化現象有不同分類方式。 2.1.1劣化分類 從混凝土結構的損傷機理，可以將混凝土劣化分為化學作用引起的損傷和物理作用引起的損傷兩大類。另外，生物作用對混凝土損傷也有一定影響。但不論那種損傷大致上可分為內部原因及外部原因。 所謂內部原因是指混凝土自身的一些缺陷，例如在混凝土內部存在毛細管路，就會提供了空汽中的二氧化碳、水分或有害物的入侵管道。另外也可能是施工時被填入氯鹽或使用含氯的骨料使鋼筋銹蝕;或是鹼骨材含量過高，使混凝土開裂等，此種混凝土自身存在缺陷的主要是來自混凝土一開始的結構設計、材料使用和施工的缺失。外部原因主要是指自然環境與使用環境引起的劣化，又可以分：一般環境、特殊環境及災害環境。一般環境是指環境中的二氧化碳、溫度、濕度、酸雨等，使混凝土碳化，進而使鋼筋腐蝕的環境。而溫度與濕度等則是影響鋼筋腐蝕的最主要因素;特殊環境中的酸、鹼、鹽則是導致鋼筋腐蝕、混凝土破裂的最主要原因，例如沿海地區的鹽害、寒冷地區的凍害、腐蝕性土壤的侵蝕等。災害環境主要是指地震、火害、洪水等突發的損傷。 由於化學作用所產生的結構劣化現象主要有：混凝土的碳化、混凝土中的鋼筋銹蝕、鹼骨材反應及混凝土的化學侵蝕(如硫酸鹽侵蝕、酸侵蝕等)；由於物理作用使結構劣化的現象主要有：混凝土凍融破壞、磨損、碰撞、沖蝕等。這些使結構產生劣化的主要原因與劣化現象的關係可由[圖2.1.1-1]示之： [圖2.1.1-1]耐久損傷原因與劣化現象的關係[1] 若以耐久性損傷來探討劣化現象，則主要有以下幾種類型： 1.混凝土碳化 混凝土碳化是混凝土中的鹼環境中的CO2發生化學反應，產生成CaCO3的過程，這使混凝土的鹼性降低，因而失去對鋼筋的保護作用，是一般大氣境的混凝土中鋼筋銹蝕的前提條件。一般以碳化深度來當成衡量混凝土碳化程度的指標。 2.鋼筋銹蝕 混凝土碳化後，在適當的條件下會使鋼筋腐蝕。另外，有Cl-存在時(如在海洋環境、工業區環境、混凝土中摻有氯鹽等)，即使混凝土仍保持強鹼，鋼筋也有可能生銹(水氣進入)。一般以鋼筋銹蝕面積率、鋼筋斷面損失率、鋼筋銹蝕深度等表示腐蝕狀況。 3.混凝土凍融破壞 混凝土洞融破壞在寒冷地區是常見的劣化現象。但台灣地區少見。 4.混凝土裂縫 由於混凝土的收縮應變、溫度應力、基礎不均勻沉陷及荷重的作用，都將會使混凝土產生裂縫;混凝土中鋼筋銹蝕也將導致混凝土產生沿鋼筋方向的裂縫;混凝土凍融、鹼骨材反應也會使混凝土產生裂縫。混凝土裂縫一般是以裂縫寬度作為量度指標。 5.混凝土強度降低 一般大氣環境下混凝土強度在相當長的時間亦不一定會下降，但在惡劣的環境下(如海邊、鹼骨材反應等)，會隨結構物服務時間的增長，而使強度降低。一般以鑽心強度或衝鎚等NDT強度當成混凝土強度的指標。 6.結構物的大變形 這主要是荷載作用下(包括振動、疲乏)梁、板的過大變形或及不均勻沉陷都會引起混凝土開裂而劣化。一般以沉陷量(cm)示之。 大氣環境下劣化所造成的耐久損傷評估，雖然為時間的函數，但主要還是考慮安全性及適用性的折損，也就是劣化而導致使用性能低下到何種程度的評估，其基本的評估框架如[圖2.1.1-2] [圖2.1.1-2]大氣環境下混凝土耐久性損傷評估框架[1] 2.1.2 劣化機理 結構物劣