SỰ PHÁT TRIỂN GẦN ĐÂY TRONG CÔNG TÁC SỬA CHỮA VÀ GIA CỐ CẦU BÊ TÔNG Ở NHẬT BẢN

SỰ PHÁT TRIỂN GẦN ĐÂY TRONG CÔNG TÁC SỬA CHỮA VÀ GIA CỐ
CẦU BÊ TÔNG Ở NHẬT BẢN

Yoshihiko TAIRA1 và Masamichi YOSHINO1

TÓM TẮT: Một số lượng lớn cầu bê tông ở Nhật Bản được xây dựng trong giai đoạn tăng
trưởng kinh tế cao của thập niên 1960 đến thập niên 1970 đang đối mặt với sự xuống cấp, và
làm nảy sinh mối quan ngại rằng chi phí bảo trì, sửa chữa và gia cố cho các cầu này sẽ tăng
nhanh chóng trong tương lai gần. Báo cáo này giới thiệu các hoạt động và các ứng dụng gần
đây để bảo trì, sửa chữa và gia cố cho những cây cầu bê tông, cũng như các phương pháp quan
trắc đã được phát triển ở Nhật Bản.
TỪ KHOÁ: bảo trì, sửa chữa, gia cố, kỹ thuật khảo sát kiểm định, dự báo thiệt hại, quan trắc
1. GIỚI THIỆU
Một số lượng lớn các cây cầu đã được xây dựng trong những năm 60, 70 - là thời kỳ kinh tế
bùng nổ tại Nhật Bản, chiếm khoảng 40% tổng số cầu, bao gồm cả các công trình đường dẫn đi
kèm. Số lượng các công trình đường quá hạn sử dụng sẽ tăng lên sau 10 đến 20 năm. So với
hiện nay, số cầu đã quá 50 năm sử53%
dụng (tính từ ngay sau khi xây dựng xong) sẽ tăng khoảng
ba lần sau 10 năm và sáu lần sau 20 năm (hình 1). Việc tính toán đo lường đối với sự xuống
cấp nhanh chóng của các cây cầu bị xuống cấp sẽ là một vấn đề đặc biệt quan trọng trong tương
lai. Báo cáo này giới
9%
28%
53%
thiệu những hoạt động
bảo trì cầu ở Nhật Bản 2031
đang được xúc tiến hiện
nay: (1) kỹ thuật khảo sát
kiểm định và dự đoán
2011
2021

2031
thiệt hại, (2) vật liệu sửa
chữa và gia cố, (3)
Hình 1. Tỷ lệ % số lượng cầu trên 50 năm sử dụng
phương pháp quan trắc.
2. HOẠT ĐỘNG BẢO TRÌ Ở NHẬT BẢN
Việc bảo trì các cây cầu ở Nhật Bản đã được tăng tốc từ thế kỷ 21. Quản lý cơ sở vật chất, một
ví dụ về công tác bảo trì bao gồm các bước sau. Trước hết, sau khi đánh giá tình trạng cấu trúc
của công trình, độ vững chắc của nó sẽ được dự đoán. Sau đó xác định thời gian thích hợp, và
vấn đề cốt lõi của việc sửa chữa và gia cố sẽ được lựa chọn và áp dụng. Cuối cùng, việc duy tu
bảo dưỡng được thực hiện, với cách đó chi phí cho vòng đời của cây cầu trở nên thấp nhất. Bộ
1

Công ty tư vấn SumitomoMitsui


Đất đai, Cơ sở hạ tầng và Giao thông vận tải (MLIT) đã duyệt bộ quy tắc "Quy định về kiểm
tra cầu định kỳ" năm 2004. Quy định này mô tả từng thành phần hợp thành cây cầu và các dạng
thiệt hại mà mỗi phần có thể có, đồng thời quy định này cũng đề xuất nên thường xuyên kiểm
tra 5 năm một lần.
3. KỸ THUẬT CHẨN ĐOÁN VÀ DỰ BÁO HƯ HỎNG
3.1 KỸ THUẬT CHẨN ĐOÁN
Khi khảo sát một cấu trúc cầu, hàng loạt các phương pháp và thiết bị kiểm tra cũng như quan
sát trực quan được sử dụng. Các thí nghiệm đánh giá độ bền cơ học thông thường ở Nhật Bản
được thể hiện trong bảng 3.1. Ngày nay các phương pháp khác nhau được phát triển kết hợp
với thiết bị máy bay không người lái có gắn camera giám sát giúp cho việc kiểm tra trực quan
được chi tiết, cụ thể.
Bảng 3.1 Các thí nghiệm đánh giá độ bền cơ học
Các đặc tính
độ bền cơ học được

đánh giá

Phương pháp và thiết bị
thí nghiệm được sử
dụng
Phương pháp khoan lấy
mẫu

Sức chịu nén

Phương pháp khoan lấy
mẫu đường kính nhỏ
Súng bật nẩy

Độ sâu trung hòa và
thẩm thấu chlorideion

Phương pháp lõi
Phương pháp khoan
Thí nghiệm độ giãn nở
của lõi

Phản ứng kiềm silic

Kiểm định tổng thể
Thí nghiệm hàm lượng
kiềm
Thí nghiệm silic dạng
keo
Thí nghiệm Trent

Thí nghiệm bề mặt
bê tông

Vết nứt

Thí nghiệm phun nước
Phương pháp thăm dò 4
điểm
Máy ảnh kỹ thuật số
Máy quay kỹ thuật số

Các khía cạnh thí nghiệm chính
và phương pháp thực hiện
Lấy mẫu bằng đường kính lớn nhất của khối được lấy từ
lõi của khối bê tông đem đi thí nghiệm trên 3 lần.
Mẫu có đường kính 20 mm được lấy từ lõi của khối bê tông
được kiểm tra. Độ chính xác của thí nghiệm đạt được sau
khi các lõi đã được kiểm tra nhiều lần.
Pit tông búa nẩy ép lên bề mặt bê tông. Pit tông nẩy trở lại
và độ dài nẩy trở lại được coi là tương ứng với cường độ
nén của bê tông (hình 3.2)
Tìm độ sâu của clorua-ion bằng cách kiểm tra phần lõi bê
tông.
Độ sâu Clorua-ion được xác định bởi bột thu được từ việc
khoan lõi bê tông.
Độ giãn nở của bê tông được xác định bằng độ giãn nở của
lõi khi thí nghiệm.
Kiểm định bằng cách kiểm tra trực quan, kính hiển vi phân
cực và phương pháp nhiễu xạ tia X.

Khả năng phản ứng kiềm-silic được xác định bởi sự có mặt
của hàm lượng kiềm.
Sự có mặt của canxi silicat hydrat (CSH) dạng keo được
xác định bằng phương pháp nhiễu xạ tia X.
Sự truyền khí gas được đo bằng một máy thí nghiệm và
chất lượng của bề mặt bê tông được đánh giá.
Quá trình làm ướt và sấy khô làm thay đổi màu sắc bề mặt
bê tông được đo bằng máy và đánh giá chất lượng .
Hằng số khuếch tán chloride ion và sự ăn mòn thép được
đo bằng điện trở suất của bề mặt bê tông.
Thường được dùng để hỗ trợ trong việc kiểm tra các vết
nứt gãy bằng thị giác đặc biệt là trong trường hợp ở nơi
không có giàn giáo và những vùng khó khăn mà con người
không thể tiếp cận (hình 3.2).


Hình 3.1 Súng bật nẩy

Ảnh 3.2
Kiểm tra các vết nứt, gãy bằng máy ảnh kỹ
thuật số

3.2 DỰ BÁO HƯ HỎNG
Thực trạng của các công trình cầu được ước tính dựa trên dữ liệu và kết quả khảo sát . Theo
Hiệp hội xây dựng Nhật Bản (JSCE), việc thẩm định thực trạng của các công trình được phân
loại thành 6 tiêu chí dưới đây.
- Độ an toàn
- An toàn xã hội

- Mức độ sử dụng

- Diện mạo bề ngoài

- Khả năng phục hồi
- Độ bền

Sau khi kiểm tra từng hạng mục, kết quả khảo sát được đánh giá. Theo bộ quy tắc "Quy định
về kiểm tra cầu định kỳ", các tiêu chí đánh giá và các biện pháp cần thiết cho kết quả khảo sát
được biểu thị trong bảng 3.2.
Bàn 3.2 Tiêu chí đánh giá và các biện pháp cần thiết
Tiêu chí đánh giá
A
B
C
E1
E2
M
S

Nội dung chi tiết và các biện pháp
Hư hại nhẹ hoặc không có thiệt hại, không phải sửa chữa.
Cần thiết phải sửa chữa dựa trên những hư hại đã được đánh giá
Cần thiết phải sửa chữa nhanh chóng.
Cần phải xử lý khẩn cấp để đảm bảo an toàn.
Cần có thêm các biện pháp xử lý khẩn cấp.
Cần thiết phải duy tu bảo dưỡng công trình.
Cần phải khảo sát chi tiết.

Tình trạng hiện tại của một cây cầu bê tông có thể được đánh giá bằng giả định điều kiện thiệt
hại từ các yếu tố gây suy giảm ảnh hưởng đến nó. Khi một công trình bị hư hại bởi một số yếu
tố gây suy giảm, thì việc đánh giá tình trạng của nó trong tương lai cũng như hiện tại là cần

thiết. Bởi vì hiệu suất cấu trúc của một cây cầu thay đổi theo thời gian khi sự xuống cấp diễn
ra. Có nhiều phương pháp đánh giá khác nhau được sử dụng, bao gồm khảo sát định lượng và
đánh giá điều kiện trên cơ sở các giai đoạn suy giảm. Đánh giá sơ bộ về tình trạng của cầu
thường được sử dụng gần đây. Ví dụ, giai đoạn suy giảm do ảnh hưởng của muối (chia thành
các cấp độ) được hiển thị trong bảng 3.3.
Bảng 3.3 Các giai đoạn suy giảm và các biện pháp đối phó (hư hỏng do muối)


Đánh giá tình trạng công trình

Giai đoạn
suy giảm
tiềm ẩn

Giai đoạn
chính thức
suy giảm

○
（○）
－
－
－
－

○
○
－
（○）
－

－

Thường xuyên kiểm tra kỹ lưỡng
Sửa chữa
Hạn chế sử dụng
Gia cường
Tháo dỡ và xây dựng lại
Cải thiện cảnh quan

◎ : Biện pháp tiêu chuẩn được đề nghị
（○）: Biện pháp phòng ngừa

Giai đoạn
suy giảm
nhanh
◎
◎
○
◎
○
◎

Giai đoạn
suy giảm
hoàn toàn
(hư hỏng
nặng)
－
○
◎

◎
◎
○

○ : Biện pháp tùy trường hợp

4. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU SỬA CHỮA VÀ GIA CƯỜNG
4.1 MỘT SỐ KỸ THUẬT SỬA CHỮA
Kỹ thuật sửa chữa chính đối với cầu bao gồm phục hồi chức năng bằng cách thay thế giá, trụ
đỡ và các điểm nối bị giãn ra, làm cho lưu lượng giao thông tốt hơn bằng cách lót những tấm
sàn. Hơn nữa, các kỹ thuật này bao gồm những chỉ định cụ thể cho cầu như phun thêm vữa PC,
các kỹ thuật chung có liên quan đến kết cấu bê tông, như đã được giới thiệu bao gồm các kỹ
thuật trong các lớp phủ bề mặt chống lại cacbonat, muối ăn mòn và ASR (phản ứng kiềm silic);
bảo vệ bằng tia âm cực và khử muối chống lại sự ăn mòn, kiểm soát phản ứng kiềm silica ASR
và sửa chữa dầm. Kỹ thuật sửa chữa chính trong cầu được hiển thị trong bảng 4.1.
Bảng 4.1 Các kỹ thuật sửa chữa chính đối với cầu
Loại hình
sửa chữa
Thay thế gối cầu
Thay thế khe co giãn
Bản nối
Phun thêm vữa PC
Sơn phủ bề mặt
Bảo vệ bằng tia âm cực
và khử muối
Sửa chữa bề mặt bê
tông
Các kỹ thuật khác

Kỹ thuật và phương pháp sửa chữa chính

Nâng dầm chính lên trong quá trình thay thế gối cầu, thay cho biện pháp không
nâng, dùng một gối cầu phù hợp với gối cầu được thay thế
Giảm tác động của nước rò rỉ trong cầu bằng các biện pháp thích hợp về chống
thấm và ngăn nước
Sử dụng các vật liệu composite có độ bền cao để kết nối các tấm lót sàn
Phun thêm vữa PC vào phần cầu mà khối lượng vữa còn thiếu (ảnh 4.1)
Sử dụng lớp phủ bảo vệ bề mặt để giảm sự suy giảm do cacbonat, muối ăn mòn
hoặc phản ứng kiềm silic ASR gây nên; Sửa chữa những chỗ hư hỏng; Phương
pháp bao phủ dành cho bảo trì dự phòng, kiểm soát việc bê tông bị nứt.
Bảo vệ dùng tia âm cực bằng cách dùng một hệ thống cung cấp điện bên ngoài
để cung cấp điện cho một cực dương và khử muối bằng dòng điện
Sửa chữa bề mặt bê tông bị hỏng bằng cách tróc vỏ bê tông và sử dụng vật liệu
phục hồi.
Ngăn không cho phản ứng kiềm silic ASR lan rộng bằng cách phun lithium ion
và kiểm soát việc bê tông bị nứt bằng liên kết tấm.

4.2 MỘT SỐ KỸ THUẬT GIA CƯỜNG
Kỹ thuật gia cố chính đối với cầu bao gồm ứng dụng dự ứng lực như đã được chỉ ra ở phần
trước với việc sử dụng các dây cáp bên ngoài trong gia cố dầm cầu, sàn cầu và trụ cầu; các kỹ
thuật để phục hồi hoặc cải thiện kháng tải của cầu bê tông cốt thép (RC) và cầu bê tông dự ứng
lực (PC) bằng liên kết tấm hoặc bằng cách tăng độ dày của tấm sàn lót ở bề mặt dưới cùng và


bằng cách thay thế chính những tấm sàn đó. Phương pháp dự ứng lực thường được áp dụng
trong PC, nhưng cũng có thể áp dụng cho cầu bê tông cũng như cầu thép đều tốt. Kỹ thuật gia
cố chính đối với cầu được biểu thị trong bảng 4.2.
Bảng 4.2. Các kỹ thuật gia cố chính đối với cầu
Các phương
pháp gia cố

Vật liệu

Các phương pháp xây dựng và kỹ thuật chính

Loại bỏ nhu cầu sử dụng những chỗ lồi ra làm điểm lắp đặt
Tấm chằng sợi
bằng cách lắp đặt vật liệu trên cầu hoặc trực tiếp vào cấu trúc
Dự ứng lực
carbon xi măng
bê tông, tăng cường phần giàn bởi một đĩa lệch tâm, và liên
polyme bên ngoài
kết bằng tấm sợi carbon được căng ra.
Liên kết bởi các Tấm sợi carbon Tấm sàn gia cố bằng liên kết sợi carbon và sợi aramid (được
tấm sợi
và tấm sợi aramid áp dụng cho bề mặt dưới của dầm và tấm lưới.)
Tăng độ dày của Vữa xi
bề mặt đáy
polyme

măng Tăng độ dày của bề mặt đáy của tấm sàn bằng phun ướt hoặc
khô.
Thay thế các tấm sàn bằng cách sử dụng các tấm xi măng
Thay thế tấm lót Tấm xi măng
polyme đúc sẵn thông thường hoặc tấm sàn với trọng lượng
sàn
polyme đúc sẵn
thấp hơn, do đó làm giảm tải trọng của dầm chính (ảnh 4.2).
Van điều tiết,
Ứng dụng các thiết bị quan trắc địa chấn như giá trượt và bộ
Thiết bị quan trắc dây chằng bên giảm xóc theo phương ngang; sự biến dạng được kiểm soát

địa chấn
ngoài xi măng bởi các nhánh kết nối, sự gia cố cho cáp bên ngoài và các bộ
polyme.
phận theo trình tự lắp đặt.
Phương pháp gia cố chống địa chấn bởi tấm lót bằng thép tấm
Lót vải
Tấm sợi, bê tông hoặc lưới thép, FRP/tấm aramid, vữa xi măng polyme, gia bố
cho bê tông cốt thép và xi măng polyme cốt thép.
Đệm cao su, đệm có chức năng phân tách, đệm cao su cách ly
Các phương pháp
có chức năng tích hợp, gia cố dịch chuyển, dự ứng lực sử dụng
khác
cho các kết nối.

Ảnh 4.1. Bơm vữa xi măng polyme

Ảnh 4.2. Thay thế tấm lót sàn bằng tấm xi
măng polyme đúc sẵn

5. PHƯƠNG PHÁP QUAN TRẮC
Một cách để quan trắc cầu là sử dụng các dữ liệu đo được vào công tác quản lý hợp lý việc bảo
trì. Các ứng dụng của kỹ thuật quan trắc được sử dụng như một phương tiện để đảm bảo hiệu
quả sử dụng công trình và đòi hỏi sửa chữa cần thiết và các kỹ thuật gia cố trong trường hợp
xuống cấp. Hiện nay, đã có những tiến bộ trong việc nghiên cứu và phát triển của kỹ thuật quan
trắc và đã được áp dụng để sử dụng thực tế. Một vài ví dụ sẽ được giới thiệu dưới đây.
(1) Cảm biến từ elasto (EM: Elasto Magnetic)


Cảm biến áp dụng chiều hướng của lực từ và đo
áp lực (sức căng) của dây chằng PC. Khi một

công trình được hoàn thành, sự đo đạc dài hạn và
bảo trì là có thể. Các thiết bị cảm biến có độ bền
lâu năm. Nó được lắp đặt trực tiếp với một dây
chằng PC và áp lực chứ không phải là chiều
hướng được đo trực tiếp.
(2) Cảm biến âm thanh AE (AE: Acoustic
Emission)
Thiết bị này được cài đặt trong dây chằng PC và
âm thanh ở vị trí đứt gãy của dây chằng được phát
hiện. Có thể quan sát từ một nơi xa nhờ sử dụng
máy tính nối mạng. Nó có hiệu quả trong việc
Ảnh. 5. Cảm biến từ
phát hiện ngay lập tức những bất thường trong
cấu trúc công trình mà nó quan trắc.
(3) Cảm biến sợi quang
Kỹ thuật này sử dụng sợi quang học đã cài đặt và các biện pháp đo sức căng áp dụng cho công
trình trong thực tế và có hiệu quả trong việc bảo đảm hoạt động của nó. Nguyên lý làm việc
phía sau là một thiết bị giám sát truyền ánh sáng vào sợi từ một tần số laser có thể điều hướng
được hoặc nguồn băng thông rộng. Đặc điểm của ánh sáng chuyển động trong sợi được thay
đổi như hàm số của biến dạng. Những thay đổi được phát hiện trong ánh sáng trở lại rải rác, đó
sau đó được thu thập bởi thiết bị giám sát, được phân tích và chuyển thành dạng dữ liệu về biến
dạng.
6. KẾT LUẬN
Những cây cầu bê tông được sử dụng trong một khoảng thời gian dài như những tài sản xã hội.
Khi một cây cầu sụp đổ, hậu quả có thể rất thảm khốc. Vì vậy, điều quan trọng là thực hiện
công việc bảo trì để kéo dài tuổi thọ của những cây cầu ngay từ khi nó còn đang trong tình trạng
tốt. Các kỹ thuật bảo trì khác nhau được phát triển ở Nhật bản, và điều quan trọng là hãy chia
sẻ thông tin này để những tiến bộ xa hơn có thể được giới thiệu trong hiện tại cũng như trong
tương lai gần.
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. JPCI , “Diagnosis Technology on Concrete Structures”2015.


RECENT DEVELOPMENTS ON REPAIR AND STRENGTHENING
OF CONCRETE BRIDGES IN JAPAN

Yoshihiko TAIRA2 and Masamichi YOSHINO1

ABSTRACT: A large number of concrete bridges that have been constructed during the high
economic growth period of the 1960s to 1970s have been facing aging in Japan, and it is of
concern that the cost of maintenance, repair and strengthening for these bridges will increase
rapidly in the near future. This report introduces recent activities and applications for the
maintenance, repair and strengthening of concrete bridges, as well as the monitoring methods
developed in Japan.
KEYWORDS: maintenance, repair, strengthening, investigation diagnostic technique, damage
prediction, monitoring,
1. INTRODUCTION
A number of structures have been constructed during the economic boom in the 1960s~1970s
in Japan. These account to about 40% of all bridges which comprise road structures. The
number of superannuated road structure will
increase after 10 and 20 years. At present, the
53%
number of bridges more than 50 years in service (right after construction) will be about three
times the present number 10 years later and six times 20 years later (Fig. 1). The measurement
of the rapid degradation of aging
9%
28%
bridges will be a serious problem in
53%
the future. This report introduces 2031

bridge maintenance activities in
Japan that are currently being
tackled;
(1)
investigation
2011
2021
2031
diagnostic techniques and damage
prediction, (2) materials repair and
Fig. 1. Percentage of the number of bridges
strengthening, (3) monitoring
more than 50 years .
method.
2. MAINTENANCE WORK IN JAPAN
Maintenance work of bridges in Japan have been accelerated since the 21st century. Asset
management, an example of maintenance work includes the following. First, after assessment
of the structural state of the structure, its soundness is predicted. Then appropriate time is
decided and the nature of repair and strengthening will be selected and then applied. Lastly,
maintenance management is conducted, so that the life cycle cost becomes the least. The
Ministry of Land, Infrastructure and Transportation (MLIT) revised the "Bridge regular
inspection (manual)" in 2004. This describes each component part of the bridge and the kind of
damage each part may acquire, and this also suggests regular inspection every 5 years.

1

Sumitomo Mitsui Construction Co.,Ltd.


3. INVESTIGATION DIAGNOSTIC TECHNICS AND DAMAGE PREDICTIONS

3.1 Investigation Diagnostic Techniques
When investigating a structure, various methods and equipment as well as visual inspections
are used. Common mechanical and durability assessment tests in Japan are shown in Table 3.1.
Various ways have been developed nowadays with the combination of ‘Drones’ equipped with
cameras for assisted visual inspection in particular.
Table 3.1 Mechanical and Durability Assessment Tests
Assessed
Durability and
Mechanical
Properties
Compressive
strength

Test method
and/or equipment
used
Core-method
Small diameter
core-method
Rebound hammer

Chloride-ion
penetration and
neutralizing depth
Alkali-silica
reaction

Core-method
Drill-method

Concrete Surface
Test

Trent test

Core
expansibility test
Aggregate
determination
Alkali content
test
Silica gel test

Water spray test

Cracking

Four point probe
method
Digital Camera
Digital Video

Test outline and methodology
More than three times the diameter of the maximum aggregate size
is cored from concrete and is tested.
Twenty millimeter diameter of cored concretes are tested. Test
precision is attained by several testing of cores.
The plunger of the rebound hammer is pressed against the concrete
surface. The plunger rebounds and the extent of the rebound is
presumed to correspond to the compressive strength of concrete

(Photo 3.2).
Chloride-ion depth detection is through concrete core inspection.
Chloride-ion depth is determined by the collected powder from
drilled concrete cores.
The degree of expansion of concrete is determined by the increased
expansion of the test core.
Determination by visual inspection, polarized microscopy and X-ray
diffraction method.
The possibility of alkali-silica reaction is determined by the
presence of alkali content.
Presence of calcium silicate hydrates (CSH) gel is determined by Xray diffraction method.
Gas transmission is measured by a testing machine and the quality
of concrete surface is assessed.
Surface color change of concrete during wetting g and drying
process is measured with a machine and the quality of concrete
surface is presumed.
Diffusivity constant of chloride ion and corrosion of steel are
measured by electric resistivity of concrete surface.
Occasionally used to aide in the quantitative visual inspection of
cracks especially in cases where scaffolding are not available and in
difficult parts where human entry is not possible (Photo 3.2).


Photo 3.1 Rebound hammer

Photo 3.2 Inspection of cracks by digital
camara

3.2 Damage Predictions
The performance of structures are estimated based on surveyed data and results. According to

The Japan Society of Civil Engineers launches (JSCE), the performance verification of
structures is classified into the following six items.
- Safety performance
- Public safety

- Usability performance - Reparability
- Appearance
- Durability performance

After verifying each item, surveyed results are assessed. According to "Bridge regular
inspection (manual)", the assessment criteria and the necessary measures for the surveyed
results are indicated in Table 3.2.
Table 3.2 Assessment Criteria and Necessary Measures
Assessment Criteria
A
B
C
E1
E2
M
S

Details and Necessary Measures
Slight damage or absence of damage, repair is not
necessary.
Repair is necessary based on assessed damages.
Prompt repair is necessary.
Emergency response is necessary to attain safety.
Additional emergency response is necessary.
Maintenance construction is necessary.

Detailed survey is necessary.

The current condition of a concrete structure can be assessed by presuming the damage
condition based from degradation factors that influences it. When a structure is damaged by
certain degradation factors, it’s necessary to predict its future condition as well as assess its
present condition. This is because the structural performance of a structure changes over time
once degradation takes place. There are various evaluation methods used, this includes
quantitative investigations and assessment of condition based from degradation stages. Simple
assessment of the structure’s condition is often used lately. For example, deterioration stages
under the influence of salt damage (scaling) are shown in Table 3.3.
Table 3.3 Deterioration stages and countermeasures (salt damage)


Accelerated
degradation
stage
Frequent and careful check
○
○
◎
Repair
○
（○）
◎
Restricted use
○
－
－
Strengthening
－

（○）
◎
Removal and Reconstruction
○
－
－
Improvement of landscape
－
－
◎
◎ : Recommended standard measure, ○ : Case dependent measure,
（○）: Preventive measure
Assessed condition of the
structure

Incubation
stage

Degradation
stage

Degraded
(damaged)
stage
－
○
◎
◎
◎
○

4. INTRODUCTION TO MATERIAL REPAIR AND STRENGTHENING
4.1 Repair techniques
Major repair techniques in bridges include function recovery by replacing the bearing and
expansion joints, and improvement of traffic experience by connection of deck slabs. Further,
these techniques include those specified for bridges such as re-injection of PC grout, and the
general techniques related to concrete structures, as exemplified these include techniques in
surface coating against carbonation, salt scaling and ASR (alkali silica reaction); cathodic
protection and or desalination against salt damage (scaling), ASR control and girder repair.
Major repair techniques in bridges are shown in Table 4.1.
Table 4.1 Major repair techniques in bridge
Type of repair work
Bearing replacement
Replacement of
expansion joints
Deck slab connection
Re-injection of PC
grout
Surface coating
Cathodic protection
and desalination
Concrete surface
repair
Others

Major repair techniques and methods
Jacking-up of the main girder during bearing replacement, replacing the
reaction without jacking-up, and using a bearing that is suited for the bearing
being replaced
Minimizing the impact of water leakage in bridges by the proper application of

waterproofing and waterstops
The use of highly durable composite materials for deck slab connection
Re-injection of PC grout to sections of existing PC bridges where the volume of
the injected grout is insufficient (Photo 4.1)
Use of surface protection coating for minimizing the deterioration caused by
carbonation, salt damage or ASR; repair of deterioration and damages; coating
method intended for preventive maintenance, concrete separation control
Cathodic protection by using an external power supply system to provide
current to an anode and desalination by electrophoresis
Repair of damaged concrete surfaces by chipping and application of restoration
materials
Non-expansion of ASR by injection of lithium ion and concrete separation
control by sheet bonding

4.2 Strengthening techniques
The major strengthening techniques in bridges include the application of prestressing as
exemplified with the use of external cables in reinforcing beam bridges, deck slab bridge and
hinged bridge; the techniques for recovering or improving the load resistance of reinforced


concrete (RC) bridges and prestress concrete (PC) bridges by sheet bonding or by increasing
the thickness of the bottom surface of the deck slab and by replacement of the deck slab itself.
Prestressing is typically applied in PC, but is also applicable not only to concrete bridges but to
steel bridge as well. Major strengthening techniques in bridges are shown in Table 4.2.
Table 4.2 Major strengthening techniques in bridge
Strengthening
Methods
Prestressing

Bonding of fiber

sheets
Increased
thickness of
bottom surfaces
Replacement of
deck slab

Materials

Major techniques and construction methods

External PC
Tendon
Carbon fiber sheet

Eliminates the need of using anchorage protrusions by installing
them on existing bridge or directly on the structure, reinforcement
of the hinged section by an extremely eccentric lay-out, and carbon
fiber sheet tension bonding.
Deck slab reinforcement by carbon fiber and aramid fiber sheet
bonding (This is applicable to the lower surface of the girder and
web.)
Increased thickness of the bottom surface of deck slab by wet/dry
spraying

Carbon fiber sheet
Aramid fiber
sheet
Polymer cement
mortar

Precast PC deck
slab

seismic devices
and seismic
control

Damper, External
PC Tendon

Lining

Fiber sheet,
Concreting

Others

-

Replacement of the deck slab by using conventional precast PC
deck slab or deck slab with reduced weight, thus reducing the load
of the existing main girder (Photo 4.2), deck slab joint and so on.
Application of seismic devices such as slide bearing and horizontal
force damper seismic control by dampers; deformation control by
leg connection, external cable reinforcement and member
installation method
Seismic reinforcement method by lining of steel plate/panel,
FRP/aramid sheets, polymer cement mortar, reinforcing concrete
steel rods and PC steel rods
Rubber bearing, distributed function type bearing, isolation

(integrated function type) rubber bearing, shear reinforcement,
prestressing used for connections.

Photo 4.1 Re-injection of PC grout

Photo 4.2 Replacement of deck slab by
precast PC deck slab

5. MONITORING METHOD
One way to monitor a structure is to utilize the measured data for its rational maintenance
management. The application of monitoring techniques is used as a means to confirm its
structural performance and employ the necessary repair and strengthening techniques in case
of deterioration.
At present, there have been advancement in the research and development of monitoring
techniques and these have been applied to practical use. Several examples are introduced below.
(1) EM Sensor (EM: Elasto Magnetic)


The sensor applies magnetic strain and measures the stress (tension) of PC tendons. When a
structure is completed, long-term measurements and maintenance are possible. The device’s
sensor has a long term durability. It’s directly installed to a PC tendon and stress rather than
strain are directly measured.
(2) AE Sensor (AE: Acoustic Emission)
This device is installed in PC tendons and the fracturing sound of tendons is detected.
Monitoring from a distant location is possible through the use of network computers. It is
effective in immediate detection of abnormalities in the structure it monitors.
(3) Optical fiber sensors
This technique uses installed optical fibers and measures the strain exerted by the structure in
real time and is effective in confirming its behavior. The working principle behind is that a
monitoring unit transmits light into the fiber from a tunable frequency laser or broadband source.

Characteristics of the light traveling within the fiber are modified as function of the strain. These
changes are detected in the back-scattered light, which is later collected by the monitor,
analyzed and converted into strain data.
6. CONCLUSION
Concrete structures are used in an extended period as social properties. Once a structure
collapses, the consequences could be severe and devastating. Therefore, it’s is important to
perform maintenance work to lengthen the structure’s service life while maintaining it in good
condition. Various maintenance techniques have been developed in Japan, and it is of
importance to share these information so that further improvement may be introduced at this
point and in the near future.
7. REFERENCES
2. JPCI , “Diagnosis Technology on Concrete Structures”2015.