论文部分内容阅读
【摘要】当前，混凝土桥梁的耐久性问题已成为世界各国普遍关注的问题。本文结合近年来桥梁工程建设实践，分析了混凝土桥梁耐久性的主要影响因素，并从设计、施工、运营管理及养护方面提出改善混凝土桥梁耐久性能的具体措施。
【关键词】公路桥梁；耐久性；原因；途径
一、影响桥梁耐久性的原因分析
1．设计理论和结构构造体系不完善。许多桥梁设计往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，忽视对结构体系、结构构造、结构材料、结构维护及结构耐久性等方面问题的考虑。有的结构整体性和延性不足，冗余性小；有的计算简图和传力路线不明确，造成局部受力过大；有的混凝土强度等级偏低、钢筋保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄。以上问题的存在削弱了结构的耐久性及安全性。此外，有的设计未考虑特殊情况下（如地震、风灾、江河中挖沙、船撞等），可能引起的结构破坏，造成桥梁的安全性不足。
2．混凝土的劣化。一是混凝土的冻融破坏，其结果是使混凝土开裂，甚至崩裂。二是碱——集料反应。混凝土中的碱离子与集料中的二氧化硅反应生成一种含碱金属的硅凝胶，造成混凝土内部的膨胀，该膨胀所产生的内部应力使混凝土内部形成微裂缝，甚至造成混凝土的严重开裂。三是延缓钙矾石生成。延缓钙矾石的生成能使处于潮湿环境下早期加热养护的预制混凝土构件和大断面、高水泥含量(≥500kg／m3)的现浇混凝土产生膨胀和开裂。
3．钢筋的锈蚀。受力钢筋的锈蚀将导致其有效截面的下降；锈蚀后钢筋的体积膨胀又会导致混凝土开裂或表面混凝土成块脱落，从而削弱构件整个截面的面积；随着钢筋锈蚀程度的增大，钢筋与混凝土之间的粘结力减小、共同作用受到损害，从而引起构件承载力下降。混凝土开裂后又使原来处于混凝土保护层下的钢筋暴露于空气中，加快了钢筋锈蚀速度，造成恶性循环。引起钢筋锈蚀的两个主要原因一是因混凝土碳化使钢筋混凝土结构保护层的PH值降低，进而破坏氧化铁薄膜；二是氯离子与氧离子的作用而破坏氧化铁薄膜。氧化铁薄膜破坏后，铁原子与水和氧气共同发生化学反应生成铁锈，造成钢筋的锈蚀。
二、改善桥梁结构耐久性的有效途径
1．设计方面。在材料、环境等因素相同的条件下，不断完善桥梁结构的混凝土耐久性设计，将减少正常维修费用并延长结构使用寿命，譬如加大混凝土保护层的厚度，延缓钢筋钝化膜的破坏，延迟氯化物对钢筋的腐蚀。适当加大桥梁结构的结构尺寸，解决配筋密度过密时，造成混凝土浇筑困难，骨料分布不均匀，混凝土密实度下降等；并提高桥梁防撞能力，以确保防撞系统与主体结构的耐久性。
2．施工方面。施工对混凝土桥梁结构耐久性的影响是非常重要的，施工必须满足设计要求和施工规范以及施工质量检验标准，必须进行严格的质量控制。其施工中主要应做好以下几点：（1）确保所采用的集料不使混凝土发生超过容许值的碱骨料反应，即试件在6个月内的膨胀率应低于0.1%。（2）限制混凝土中各组成材料的氯离子含量，在侵蚀环境下预应力混凝土应低于0.06%的水泥用量；普通混凝土应低于0.10%的水泥用量。（3）控制水灰比和水泥用量。在侵蚀环境下，水泥用量及水灰比在大气区及海水水位变化区分别不低于360kg/m3和0.5，在海水浪溅区分别不低于400kg/m3和0.4，在海水水下区分别不低于300kg/m3和0.5。（4）在环境恶劣部位采用高性能混凝土HPC，即高强度、高工作性、高耐久性。（5）在施工过程中确保不发生泌水、离析现象，加强振捣密实，尤其是钢筋密集区的振捣。（6）对大体积混凝土采用分层浇筑，设置冷却水管降温，加强养护和温控措施，以防止水化热裂缝。（7）在混凝土养生过程中，应加强养护。对外露面保湿保温，并应注意脱膜时间，应在混凝土达到足够强度时才能脱膜。（8）注意对钢筋保护层的施工，确保钢筋保护层厚度。（9）注意对预应力的施工，提倡采用真空压浆，确保管道压浆密度，以防预应力材料锈蚀。（10）对加入阻锈剂、引气剂、减水剂等外加剂的混凝土应充分拌匀，以发挥外加剂的防腐作用。（11）对设置环氧涂层钢筋的混凝土结构，应特别注意在施工中不损伤环氧涂层，否则环氧涂层钢筋会加剧腐蚀。
3．运营管理与养护方面。运营管理是确保结构耐久性的重要环节，是确保耐久性所要求条件符合设计的假设规定。在当前道路收费标准较高的情况下，出现大量超载车、超重车，对耐久性极为不利，应引起运营管理部门的高度重视，尽快改变这一局面。同时，及时到位的维修养护是混凝土桥梁耐久性的重要保证，由于人们对混凝土结构耐久性的认识是逐步深入的，已建成的桥梁在耐久性方面存在一些问题，更要对其采取必要的措施来延长其使用寿命。
参考文献
[1]筑结构可靠度设计统一标准(GB50068——2001)[S]．中国建筑工业出版社，2001
[2]金伟良，赵羽习．混凝土结构耐久性[M]．北京：科学出版社，2002
[3]张平，黄有为．钢筋混凝土桥梁结构的耐久性研究[J]．山西建筑．2010（24）：314～315
【关键词】公路桥梁；耐久性；原因；途径
一、影响桥梁耐久性的原因分析
1．设计理论和结构构造体系不完善。许多桥梁设计往往只满足于规范对结构强度计算上的安全度需要，忽视对结构体系、结构构造、结构材料、结构维护及结构耐久性等方面问题的考虑。有的结构整体性和延性不足，冗余性小；有的计算简图和传力路线不明确，造成局部受力过大；有的混凝土强度等级偏低、钢筋保护层厚度过小、钢筋直径过细、构件截面过薄。以上问题的存在削弱了结构的耐久性及安全性。此外，有的设计未考虑特殊情况下（如地震、风灾、江河中挖沙、船撞等），可能引起的结构破坏，造成桥梁的安全性不足。
2．混凝土的劣化。一是混凝土的冻融破坏，其结果是使混凝土开裂，甚至崩裂。二是碱——集料反应。混凝土中的碱离子与集料中的二氧化硅反应生成一种含碱金属的硅凝胶，造成混凝土内部的膨胀，该膨胀所产生的内部应力使混凝土内部形成微裂缝，甚至造成混凝土的严重开裂。三是延缓钙矾石生成。延缓钙矾石的生成能使处于潮湿环境下早期加热养护的预制混凝土构件和大断面、高水泥含量(≥500kg／m3)的现浇混凝土产生膨胀和开裂。
3．钢筋的锈蚀。受力钢筋的锈蚀将导致其有效截面的下降；锈蚀后钢筋的体积膨胀又会导致混凝土开裂或表面混凝土成块脱落，从而削弱构件整个截面的面积；随着钢筋锈蚀程度的增大，钢筋与混凝土之间的粘结力减小、共同作用受到损害，从而引起构件承载力下降。混凝土开裂后又使原来处于混凝土保护层下的钢筋暴露于空气中，加快了钢筋锈蚀速度，造成恶性循环。引起钢筋锈蚀的两个主要原因一是因混凝土碳化使钢筋混凝土结构保护层的PH值降低，进而破坏氧化铁薄膜；二是氯离子与氧离子的作用而破坏氧化铁薄膜。氧化铁薄膜破坏后，铁原子与水和氧气共同发生化学反应生成铁锈，造成钢筋的锈蚀。
二、改善桥梁结构耐久性的有效途径
1．设计方面。在材料、环境等因素相同的条件下，不断完善桥梁结构的混凝土耐久性设计，将减少正常维修费用并延长结构使用寿命，譬如加大混凝土保护层的厚度，延缓钢筋钝化膜的破坏，延迟氯化物对钢筋的腐蚀。适当加大桥梁结构的结构尺寸，解决配筋密度过密时，造成混凝土浇筑困难，骨料分布不均匀，混凝土密实度下降等；并提高桥梁防撞能力，以确保防撞系统与主体结构的耐久性。
2．施工方面。施工对混凝土桥梁结构耐久性的影响是非常重要的，施工必须满足设计要求和施工规范以及施工质量检验标准，必须进行严格的质量控制。其施工中主要应做好以下几点：（1）确保所采用的集料不使混凝土发生超过容许值的碱骨料反应，即试件在6个月内的膨胀率应低于0.1%。（2）限制混凝土中各组成材料的氯离子含量，在侵蚀环境下预应力混凝土应低于0.06%的水泥用量；普通混凝土应低于0.10%的水泥用量。（3）控制水灰比和水泥用量。在侵蚀环境下，水泥用量及水灰比在大气区及海水水位变化区分别不低于360kg/m3和0.5，在海水浪溅区分别不低于400kg/m3和0.4，在海水水下区分别不低于300kg/m3和0.5。（4）在环境恶劣部位采用高性能混凝土HPC，即高强度、高工作性、高耐久性。（5）在施工过程中确保不发生泌水、离析现象，加强振捣密实，尤其是钢筋密集区的振捣。（6）对大体积混凝土采用分层浇筑，设置冷却水管降温，加强养护和温控措施，以防止水化热裂缝。（7）在混凝土养生过程中，应加强养护。对外露面保湿保温，并应注意脱膜时间，应在混凝土达到足够强度时才能脱膜。（8）注意对钢筋保护层的施工，确保钢筋保护层厚度。（9）注意对预应力的施工，提倡采用真空压浆，确保管道压浆密度，以防预应力材料锈蚀。（10）对加入阻锈剂、引气剂、减水剂等外加剂的混凝土应充分拌匀，以发挥外加剂的防腐作用。（11）对设置环氧涂层钢筋的混凝土结构，应特别注意在施工中不损伤环氧涂层，否则环氧涂层钢筋会加剧腐蚀。
3．运营管理与养护方面。运营管理是确保结构耐久性的重要环节，是确保耐久性所要求条件符合设计的假设规定。在当前道路收费标准较高的情况下，出现大量超载车、超重车，对耐久性极为不利，应引起运营管理部门的高度重视，尽快改变这一局面。同时，及时到位的维修养护是混凝土桥梁耐久性的重要保证，由于人们对混凝土结构耐久性的认识是逐步深入的，已建成的桥梁在耐久性方面存在一些问题，更要对其采取必要的措施来延长其使用寿命。
参考文献
[1]筑结构可靠度设计统一标准(GB50068——2001)[S]．中国建筑工业出版社，2001
[2]金伟良，赵羽习．混凝土结构耐久性[M]．北京：科学出版社，2002
[3]张平，黄有为．钢筋混凝土桥梁结构的耐久性研究[J]．山西建筑．2010（24）：314～315