公路橋梁結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題研究

【摘要】當(dāng)前，混凝土橋梁的耐久性問(wèn)題已成為世界各國(guó)普遍關(guān)注的問(wèn)題。本文結(jié)合近年來(lái)橋梁工程建設(shè)實(shí)踐，分析了混凝土橋梁耐久性的主要影響因素，并從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)管理及養(yǎng)護(hù)方面提出改善混凝土橋梁耐久性能的具體措施。

【關(guān)鍵詞】公路橋梁；耐久性；原因；途徑

一、影響橋梁耐久性的原因分析

1．設(shè)計(jì)理論和結(jié)構(gòu)構(gòu)造體系不完善。許多橋梁設(shè)計(jì)往往只滿(mǎn)足于規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，忽視對(duì)結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)及結(jié)構(gòu)耐久性等方面問(wèn)題的考慮。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性小；有的計(jì)算簡(jiǎn)圖和傳力路線(xiàn)不明確，造成局部受力過(guò)大；有的混凝土強(qiáng)度等級(jí)偏低、鋼筋保護(hù)層厚度過(guò)小、鋼筋直徑過(guò)細(xì)、構(gòu)件截面過(guò)薄。以上問(wèn)題的存在削弱了結(jié)構(gòu)的耐久性及安全性。此外，有的設(shè)計(jì)未考慮特殊情況下（如地震、風(fēng)災(zāi)、江河中挖沙、船撞等），可能引起的結(jié)構(gòu)破壞，造成橋梁的安全性不足。

2．混凝土的劣化。一是混凝土的凍融破壞，其結(jié)果是使混凝土開(kāi)裂，甚至崩裂。二是堿——集料反應(yīng)。混凝土中的堿離子與集料中的二氧化硅反應(yīng)生成一種含堿金屬的硅凝膠，造成混凝土內(nèi)部的膨脹，該膨脹所產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力使混凝土內(nèi)部形成微裂縫，甚至造成混凝土的嚴(yán)重開(kāi)裂。三是延緩鈣礬石生成。延緩鈣礬石的生成能使處于潮濕環(huán)境下早期加熱養(yǎng)護(hù)的預(yù)制混凝土構(gòu)件和大斷面、高水泥含量(≥500kg／m3)的現(xiàn)澆混凝土產(chǎn)生膨脹和開(kāi)裂。

3．鋼筋的銹蝕。受力鋼筋的銹蝕將導(dǎo)致其有效截面的下降；銹蝕后鋼筋的體積膨脹又會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂或表面混凝土成塊脫落，從而削弱構(gòu)件整個(gè)截面的面積；隨著鋼筋銹蝕程度的增大，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力減小、共同作用受到損害，從而引起構(gòu)件承載力下降。混凝土開(kāi)裂后又使原來(lái)處于混凝土保護(hù)層下的鋼筋暴露于空氣中，加快了鋼筋銹蝕速度，造成惡性循環(huán)。引起鋼筋銹蝕的兩個(gè)主要原因一是因混凝土碳化使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層的PH值降低，進(jìn)而破壞氧化鐵薄膜；二是氯離子與氧離子的作用而破壞氧化鐵薄膜。氧化鐵薄膜破壞后，鐵原子與水和氧氣共同發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成鐵銹，造成鋼筋的銹蝕。

二、改善橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的有效途徑

1．設(shè)計(jì)方面。在材料、環(huán)境等因素相同的條件下，不斷完善橋梁結(jié)構(gòu)的混凝土耐久性設(shè)計(jì)，將減少正常維修費(fèi)用并延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命，譬如加大混凝土保護(hù)層的厚度，延緩鋼筋鈍化膜的破壞，延遲氯化物對(duì)鋼筋的腐蝕。適當(dāng)加大橋梁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸，解決配筋密度過(guò)密時(shí)，造成混凝土澆筑困難，骨料分布不均勻，混凝土密實(shí)度下降等；并提高橋梁防撞能力，以確保防撞系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)的耐久性。

2．施工方面。施工對(duì)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響是非常重要的，施工必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范以及施工質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，必須進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制。其施工中主要應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：（1）確保所采用的集料不使混凝土發(fā)生超過(guò)容許值的堿骨料反應(yīng)，即試件在6個(gè)月內(nèi)的膨脹率應(yīng)低于0.1%。（2）限制混凝土中各組成材料的氯離子含量，在侵蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)低于0.06%的水泥用量；普通混凝土應(yīng)低于0.10%的水泥用量。（3）控制水灰比和水泥用量。在侵蝕環(huán)境下，水泥用量及水灰比在大氣區(qū)及海水水位變化區(qū)分別不低于360kg/m3和0.5，在海水浪濺區(qū)分別不低于400kg/m3和0.4，在海水水下區(qū)分別不低于300kg/m3和0.5。（4）在環(huán)境惡劣部位采用高性能混凝土HPC，即高強(qiáng)度、高工作性、高耐久性。（5）在施工過(guò)程中確保不發(fā)生泌水、離析現(xiàn)象，加強(qiáng)振搗密實(shí)，尤其是鋼筋密集區(qū)的振搗。（6）對(duì)大體積混凝土采用分層澆筑，設(shè)置冷卻水管降溫，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)和溫控措施，以防止水化熱裂縫。（7）在混凝土養(yǎng)生過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。對(duì)外露面保濕保溫，并應(yīng)注意脫膜時(shí)間，應(yīng)在混凝土達(dá)到足夠強(qiáng)度時(shí)才能脫膜。（8）注意對(duì)鋼筋保護(hù)層的施工，確保鋼筋保護(hù)層厚度。（9）注意對(duì)預(yù)應(yīng)力的施工，提倡采用真空壓漿，確保管道壓漿密度，以防預(yù)應(yīng)力材料銹蝕。（10）對(duì)加入阻銹劑、引氣劑、減水劑等外加劑的混凝土應(yīng)充分拌勻，以發(fā)揮外加劑的防腐作用。（11）對(duì)設(shè)置環(huán)氧涂層鋼筋的混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)特別注意在施工中不損傷環(huán)氧涂層，否則環(huán)氧涂層鋼筋會(huì)加劇腐蝕。

3．運(yùn)營(yíng)管理與養(yǎng)護(hù)方面。運(yùn)營(yíng)管理是確保結(jié)構(gòu)耐久性的重要環(huán)節(jié)，是確保耐久性所要求條件符合設(shè)計(jì)的假設(shè)規(guī)定。在當(dāng)前道路收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)較高的情況下，出現(xiàn)大量超載車(chē)、超重車(chē)，對(duì)耐久性極為不利，應(yīng)引起運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)的高度重視，盡快改變這一局面。同時(shí)，及時(shí)到位的維修養(yǎng)護(hù)是混凝土橋梁耐久性的重要保證，由于人們對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的認(rèn)識(shí)是逐步深入的，已建成的橋梁在耐久性方面存在一些問(wèn)題，更要對(duì)其采取必要的措施來(lái)延長(zhǎng)其使用壽命。

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