混凝土橋梁結構耐久性設計探討

□ 李智慧 王艷嬌

混凝土橋梁結構耐久性設計探討

□ 李智慧 王艷嬌

雖然大多數橋梁的設計壽命在50年甚至100年以上，但是相當一部分橋梁混凝土在3～5年內即開始出現局部開裂、剝落等破壞現象。國內的情況也大致如此。因此，橋梁混凝土的耐久性越來越受到重視。

一、我國鋼筋混凝土橋梁耐久性的現狀

我國的《公路鋼筋混凝土橋梁及預應力混凝土橋涵設計規范》 （JTJ023-89）規定，板的保護層最小厚度為20 mm，混凝土最低強度為C15（用Ⅱ級以上鋼筋時C20），直到04規范（JTG D 62-2004） 才把板的保護層最小厚度提高到40 mm，但仍遠低于歐美國家的相應要求。

與國外相比，我國混凝土結構設計規范的構件最小保護層厚度遠低于國際標準，設計標準低是我國混凝土結構中鋼筋過早銹蝕，結構過早老化的最主要原因。我國當前正在進行全球規模最大的土建工程建設，如果我們現在還不重視提高混凝土結構的耐久性，將在大建還未完成時，就陷入邊新建邊大規模維修，財政不堪重負的怪圈。混凝土結構耐久性最主要和最直接因素是鋼筋銹蝕。由于鋼筋的保護層太薄，混凝土的密實性太差，加上長期處于露天環境下，我國在役的混凝土橋梁出現鋼筋銹蝕、混凝土開裂的現象相當普遍。如天津濱海的3座混凝土橋使用8～10年后，礅柱鋼筋遭嚴重銹蝕，柱體保護層普遍剝落；臺灣澎湖跨海大橋因預應力套管內水泥漿體的氯離子濃度超標2～5倍，導致鋼絞線銹蝕嚴重，大橋出現裂縫及混凝土表面爆開，以至于原設計壽命50年實際使用了6年就需要拆除重建。以上案例均遠低于城市一般橋梁使用壽命50年，特大橋100年的要求。

二、提高橋梁結構耐久性的對策

（一）增加鋼筋保護層的厚度

水和氧氣是鋼筋銹蝕的必要條件，所以提高混凝土結構耐久性的最佳途徑是增加鋼筋混凝土保護層厚度和增加混凝土材料自身的密實性，以延緩水分、氧氣及其它有害化學物質侵入混凝土并到達鋼筋的時間。有研究表明，腐蝕介質滲入混凝土的速度與保護層厚度的平方成反比，所以增加保護層厚度是提高混凝土耐久性的最有效方法。國外一些混凝土結構設計規范從上世紀60年代起均不斷提高鋼筋保護層最小厚度的規定。適當增加鋼筋的混凝土保護層厚度是保證混凝土結構耐久性最有效、最經濟的措施。據有關專家計算，如果我們把鋼筋的混凝土保護層的最小厚度提高到發達國家的水準，每平方米需增加的費用一般也就幾十元到百元，這相當于現在每平方米幾千元的房價來說只是一個很小的數目，但它的結果是結構的壽命可能會成倍增加。目前我國混凝土結構的耐久性現狀十分嚴峻，建議按國外標準進行耐久性設計（尤其是鋼筋的保護層厚度），以提出合理經濟的地方設計標準。

（二）施工過程保證鋼筋保護層的厚度

由于施工時的保護層厚度是很難保證的。加拿大尚允許有20 mm的誤差，在我國施工精度相對較低的條件下，1989年規范將設計保護層厚度定為20 mm，而實際保護層厚度有時僅為3～4 mm，甚至為更小。一般工程上常用預制的砂漿墊塊綁在鋼筋籠上來保證鋼筋的保護層厚度。但是因為在震搗混凝土時，砂漿墊塊容易偏位，不能很好地保證保護層的厚度。而從某些發達地區采用塑料墊塊、塑料夾來代替傳統的砂漿墊塊，這種塑料墊塊具有自鎖定，一致性好，操作簡單的優點，可以有效控制鋼筋的保護層厚度。

科學技術在不斷發展，施工水平也在不斷提高，在提高我國設計標準的同時，還應多了解和采用先進的技術和產品，提高土建工程的施工質量，保證鋼筋的實際保護層厚度，提高混凝土結構的耐久性。

（三）采用高性能混凝土

為提高結構耐久性，應使用密度高的混凝土，這是鋼筋混凝土防蝕的最重要對策之一。一般而言抗壓強度高的混凝土密度亦高，因此在保持適當的性能之下，應盡量降低水灰比，降低水灰比不但會提高混凝土的抗壓強度及水密性，還由于混凝土密度高不但可保持高PH值使之不易降低，且鹽分不易乘隙而滲透進入，因此可以達到防止鹽害之目的。

（四）防止混凝土產生龜裂

鋼筋混凝土無龜裂時，Cl-離子以H ooke之擴散法則，從混凝土表面滲透至鋼筋表面需要100年。對于鋼筋混凝土結構，如果建在濕度較小的地區，混凝土即便存在一些小龜裂，對結構的耐久性影響也不會太大。但在南部沿海地區，如果O2，CO2，H2O等從龜裂處的裂縫進入，可以導致加速混凝土中性化及腐蝕，即鹽分比較容易進入鋼筋表面，將鋼筋表面的鈍態皮膜破壞且加劇腐蝕，嚴重降低結構的耐久年限，因此必須設法避免混凝土表面龜裂的產生。

為了保證鋼筋混凝土橋梁的結構耐久性，應針對鋼筋腐蝕的原因采取合理的防治措施，選擇合理的混凝土材料。鋼筋混凝土防腐蝕的最基本方法是保證鋼筋表面有完整的鈍態保護膜，并用密度高、足夠厚度的高性能保護層混凝土包裹，使鋼筋周圍的PH值維持在12以上，以避免鋼筋生銹。同時，還應在設計和施工方面采取措施避免混凝土表面產生龜裂。如果能依照上述方法來設計和施工，就基本可以確保鋼筋混凝土橋梁的結構安全和耐久性要求。

五大連池市水務局 164100）