公路工程混凝土結構耐久性設計與應用

劉兆印

（濮陽市通達路橋工程監理有限公司，河南 濮陽 457000）

1 概述

隨著建筑行業的不斷發展，混凝土也得到廣泛的運用，人們對于混凝土的了解也僅限于其具有良好耐久性能，因此，混凝土耐久性能中的問題卻被人們所忽略，從而導致鋼筋混凝土構成的耐久性的研究未能跟上工程行業發展的步伐，并容易因此產生較多的不利因素。根據相關行業的調查研究，造成混凝土結構耐久性喪失的因素有許多，包括混凝土結構的設計、施工過程及維修幾個方面。雖然鋼筋混凝土結構的耐久性的相關要求沒有在設計規范中明確注明，但是這一規定也沒能有效的在設計中體現，使得工程設計至今為止仍然存在著忽略耐久性設計的現象。研究表明，混凝土耐久性設計的關鍵并不在于對裂縫的控制。在《橋規JTGD62》中明確記錄了關于混凝土耐久性設計的內容，詳細指出環境條件下混凝土結構的耐久性設計和施工的原則及要求，是整個結構設計上的飛躍，是工程行業的技術革新，對于工程設計質量的提升有著很大作用。

2 混凝土結構的耐久性及影響因素

混凝土結構的耐久性主要是體現其抵抗性能的關鍵，在受到氣候作用、物理化學作用及其他破壞過程后仍有抵抗作用。混凝土容易產生有裂縫、孔道、氣泡等缺陷，在這些缺陷中，容易受到環境影響，容易出現碳化或凍融現象發生，導致銹蝕出現，因此使鋼筋混凝土的受力性能受到影響。鋼筋機構還容易受到腐蝕及撞擊的外在因素的影響。混凝土結構的耐久性主要表現在胰腺癌三個方面：第一，由于裂縫、磨損、破碎及溶蝕等現象造成混凝土的損傷。第二，鋼筋的銹蝕，產生脆化、疲勞等現象出現。第三，鋼筋與混凝土之間的固定作用得到削弱。在近期看，這些因素容易使建筑物的外觀及使用功能受到影響，從長遠看來，導致建筑物的安全性能降低，存在安全隱患的發生，并使建筑物的使用壽命受到影響。

導致混凝土耐久性變化的因素有一些幾個方面：混凝土材料的性能；混凝土機構的設計及質量；）混凝土結構的施工環境；混凝土結構的使用及防護方式。

影響混凝土材料的耐久性的內因主要體現在其自身的性能和結構設計與施工質量幾個方面。混凝土結構的耐久性也直接受到混凝土材料的影響，如水泥的配合比、評中級數量等因素。以及混凝土的缺陷與相應因素想混合，都使混凝土結構的耐久性受到影響。

影響混凝土材料的耐久性的外因主要表現在施工環境及防護措施兩方面。由于環境因素造成的混凝土結構的損傷及破壞主要表現在：

表1 結構混凝土耐久性的基本要求

2.1 碳化現象的發生

混凝土碳化現象主要是通過與外界環境因素與混凝土發生化學反應，鋼筋的表層會有一層堿性薄膜產生，作為保護層在鋼筋材料中避免與酸性介質發生反應，出現侵蝕現象。碳化現象的發生，實際上是導致混凝土的性能發生變化，降低了其自身的堿性作用，不僅造成保護膜受到損害，而且與其他物質接觸后會使鋼筋出現銹蝕。

2.2 氯離子的侵蝕現象

氯離子通過與外界環境的接觸對混凝土造成反應，導致混凝土出現侵蝕的現象氯離子主要來源于海水中，由于北方受到環境的影響，冬季為了消除道路上的冰雪，采用鹽來進行作業，容易產生氯離子滲入混凝土中出現化學侵蝕，使結構的整體受到破壞，最終導致鋼筋出現銹蝕現象。

2.3 堿骨料的反應現象

由于水泥中的堿與骨料中的活性硅相結合發生了化學反應就是所謂的堿與骨料反應，由于堿與硅酸鹽相互凝結，加上水分自身所擁有的膨脹作用，使混凝土出現裂縫問題。

混凝土受到堿和骨料相結合的反應造成其結構發生破壞，其破壞程度在其他影響因素中發展最快，如持續下去，后果不堪設想。如果堿和骨料一旦發生反應，要想控制，就會相當困難。正常情況下不超過兩年，混凝土就夠就會出現裂縫現象，所以混凝土結構的主要癥狀就在于堿與骨料發生的反應。

2.4 凍融現象的發生

由于水分會滲透進入混凝土里邊，在氣溫較低的情況下會出現結冰情況，然后會導致混凝土出現膨脹，使混凝土的結構受到損害。隨著溫度的不斷改變，會循環出現結冰、消融現象，最終使混凝土自身的強度得到損害，最終會導致混凝土出現破落及裂縫等現象發生。

2.5 鋼筋材料的銹蝕

影響鋼筋混凝土結構耐久性及使用壽命的關鍵因素就是鋼筋的腐蝕。鋼筋混凝土通過碳化及鈍化現象導致鋼筋出現腐蝕，鋼筋的腐蝕主要是通過對鋼筋表層的堿性鈍化膜的破壞，并與水分及氧氣的相互結合造成的。鋼筋腐蝕的表現還通過體積膨脹來表現出來，使混凝土出現裂縫現象，導致鋼筋與混凝土間的粘結力度降低，鋼筋的截面面積減少，使結構承載力度及使用壽命受到影響。由于上述的影響因素，加以時間的過度推移，使上述現象逐漸加重，容易導致安全事故的發生。

3 混凝土結構耐久性的設計

混凝土材料的自身優勢及結構的使用環境是影響混凝土結構的關鍵性因素，其耐久性能與結構設計及施工、養護等都相互聯系。參考行業內的研究成果及工作經驗可以看出，使混凝土結構的耐久性能夠合理的運用主要表現的一下幾個方面：選用高耐久性的混凝土，使混凝土的密實度增強，促使混凝土自身的抗破損能力得到提升；對橋面的排水及防水層的設計應逐漸加強，使橋梁的環境作用條件得到合理改善；優化橋梁的結構設計，例如，應加大混凝土結構的保護層厚度，使鋼筋的構造得到優化，避免裂縫現象的發生，選用防腐作用好的鋼筋進行作業。

3.1 混凝土結構耐久性的基本要求

要想使混凝土的耐久性得到提升，關鍵在于混凝土材料的構成，其內容主要包括水與石灰的配合比，水泥的用量和合適的強度等條件，滬寧圖材料的構成是整個工程能否建設出一個高質高效的項目的關鍵因素及首要前提，對整個工程項目有著很大的影響。

在總則《橋規JTGD62》中明確收納了關于混凝土耐久性的內容，明確指出在環境不同的情況下，對結構混凝土的要求、合理的水灰配比、水泥用量、水泥強度及氯離子和堿的含量等因素都做出了相關規定。

為此，除了選擇級配良好的集料和精心施工保證混凝土充分搗實和水泥充分水化外，水灰比是影響混凝土密實性的最重要的條件。為了保證混凝土有足夠的耐久性，控制最低水泥用量也很重要的，因為單位水泥用量較高的混凝土，混凝土拌合物比較均勻，可減少混凝土搗實中出現的局部缺陷。混凝土抗凍融的能力與其含氣量有密切關系，因此，有抗凍要求的結構混凝土應摻入適量的引氣劑。

3.2 使鋼筋混凝土的保護層厚度得到增加

混凝土之所以會出現碳化現象是由于鋼筋銹蝕現象產生的。是根據混凝土保護層碳化而引發的鋼筋表層保護膜遭到破壞，導致鋼筋出現銹蝕。加厚鋼筋外層的保護膜厚度，盡可能的降低鋼筋銹蝕的現象出現，有效的提升混凝土結構耐久性能。

3.3 保護層厚度大于50mm時，亦在保護層內設置鋼筋網

《耐久性設計與施工CCES01》規定，鋼筋的混凝土保護層厚度C應保持在一般應不小于表給出的最小保護層厚度與保護層厚度施工負允差△之和，即C≥Cmin+△，式中的施工負允差△對現澆混凝土構件可取5～10mm，對工廠生產的預制構件可取0～5mm，視鋼筋施工定位工藝和質量保證的可靠程度而定，必要時可取更高的數值。

3.4 鋼筋的構造得到加強，混凝土裂縫得到控制

混凝土中出現裂縫的原因是由于混凝土結構中出現損傷及破壞，混凝土病害產生的最主要表現就是裂縫現象。混凝土的滲透性受到裂縫的影響，侵蝕作用也就越大，混凝土的耐久性也會降低。混凝土侵蝕的速度很快，一般出現在混凝土出現裂縫以后，最終導致混凝土耐久性能逐步降低。所以，提升混凝土的耐久性能是控制混凝土裂縫的關鍵所在。依據相關規范及要求，正確處理相關裂縫工作的控制，采取合理有效的措施進行改造，使混凝土施工過程中盡可能的減少工程項目中的裂縫問題出現。

《橋規JTGD62》總則中突出強調了加強水平防縮鋼筋和箍筋在控制裂縫中的作用，提高了水平防收縮鋼筋的配筋率和箍筋間距的限制。

3.5 提升后張法預應力鋼筋管道壓漿質量的方法

影響混凝土耐久性的另一關鍵因素是后張法預應力鋼筋管道的壓漿質量。相關總則規定，預應力鋼筋管道壓漿所用水泥漿的抗壓強度不得低于30MPa，水灰比應保持在0.4-0.5之間，為了減少收縮，可以運用相關技術，對其摻入適量的膨脹劑進行試驗。

《耐久性設計與施工》提出，導致結構的突然破壞是預應力鋼筋的腐蝕現象導致的，由于事先不易被發現，在設計中應特別注意，運用多重防護手段，對容易造成氯鹽侵蝕的因素應特別注意。對于錨具及連接器等鋼材設備，應采用環氧涂層或涂鋅，要求后張預應力體系管道具備良好的密封性能，不能用金屬材料的螺旋管替代，應采用良好密封性能的高密度塑料波形管，對于管道的灌漿材料及方法應做好事前的準備工作，避免由于漿體硬化造成的氣孔出現，運用真空灌技術，特殊情況下還可以在在觀景材料中加入適量的防銹劑。

3.6 對橋面的鋪裝防水設計進行有效控制

橋面的鋪裝防水設計對整個工程的防護有很大的影響，對工程應進行合理有效的施工及設計。

對于橋面鋪裝層應采用自身有較好密實性的并且在C30等級以上的混凝土進行施工，在混凝土中應該鋪設鋼筋結構網，使混凝土裂縫現象得到控制。采用復合纖維混凝土和在混凝土中摻入水泥基滲透結晶材料(賽柏斯)，都能起到較好的防水效果。

要求施工單位應在鋪裝層頂面應設置防水層，對于特殊部分，例如連續梁的負彎矩段，更應合理把握好其防水設施的設計，這一點應十分重視。

排水管的設計方面，應對排水周圍的構造細節應特別注意，防止水分通過裂縫深入梁內。

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[2]曾紅，淺談混凝土結構耐久性設計[J]四川建材.2012（10）.

[3]李克非，陳肇元.混凝土結構耐久性設計中鋼筋保護層的規定與建議[J].東南大學學報(自然科學版).2006（S2）.