鋼筋混凝土橋梁耐久性不足成因分析及對策

【摘要】本文首先介紹了鋼筋混凝土橋梁耐久性不足的原因，并分析了混凝土結構耐久性失效機理，最后介紹了鋼筋混凝土橋梁耐久性的對策研究。

【關鍵詞】鋼筋混凝土，橋梁耐久性不足，成因，對策

一、前言

現今橋梁混凝土的施工中很重要的方面就是混凝土的耐久性，混凝土的耐久性不足會對橋梁的施工質量造成嚴重的威脅。因此了解鋼筋混凝土橋梁耐久性不足成因并找到應對對策非常重要。

二、鋼筋混凝土橋梁耐久性不足的原因

1、混凝土的碳化

混凝土是以水泥沙漿為基體，以骨料為加勁材料的復合材料。混凝土材料具有一定的滲透性，空氣中的二氧化碳擴散到混凝土中與水作用生成碳酸，碳酸與水泥水化熱過程中產生的氫氧化鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣反應生成碳酸鈣，在自由水的作用下碳酸鈣沉淀在混凝土內部的孔穴中，這個過程就是混凝土碳化。

2、混凝土的凍融破壞

混凝土是多孔結構的復合材料，外部的水分會滲入到混凝土的毛細孔和凝膠孔中。當溫度降至冰點以下時，孔隙中的水凍結膨脹，其體積大約可增加9%，只有當孔隙至少91.7%充滿水時，水結冰才產生內應力。孔隙體積膨脹，孔壁受壓變形，冰融化后，就可能使孔壁產生拉應力，當作用于孔壁的拉應力大于混凝土的極限抗拉強度時，就會產生微裂縫。

3、鋼筋的銹蝕

鋼筋在混凝土中處于一種強堿性環境。在這種環境中，鋼筋表面形成一層惰性的氧化鐵薄膜，它使鋼筋表面不存在活性狀態的鐵，鋼筋就不會產生銹蝕。通常，鋼筋表面氧化鐵薄膜遭到破壞的原因主要有兩個：一是混凝土碳化，使鋼筋混凝土結構保護層的PH值降低，進而破壞氧化鐵薄膜；二是氯離子的作用而破壞氧化鐵薄膜。鋼筋的銹蝕會逐漸造成混凝土與鋼筋的粘結力下降，鋼筋的斷面減小，鋼筋延性降低等問題。

4、結構設計不完善

我國現行的公路鋼筋混凝土橋梁結構設計與施工規范主要考慮的是荷載作用下結構安全性與適用性的需要，并未能充分考慮耐久性要求，而且在具體的設計條文中也沒有充分體現出來。這就導致在以往及現在橋梁結構設計中普遍存在重視結構強度設計而輕視耐久性設計的問題。

三、混凝土結構耐久性失效機理

1、鋼筋腐蝕

一般埋在混凝土中鋼筋不會銹蝕，這是由于混凝土呈高度堿性，會在鋼筋表面形成一層防止銹蝕發展的保護膜（鈍化膜）。但是混凝土結構在混凝土碳化、混凝土堿-集料反應、氯離子侵蝕等作用下，鋼筋外面的混凝土中性化或出現開裂等情況，鋼筋失去堿性混凝土的保護，鈍化膜破壞并開始銹蝕，逐漸失去了對其內部鋼筋的保護作用。銹蝕的鋼筋不但截面積有所減少，材料的各項性能也會發生衰退，影響混凝土構件的承載能力和使用性能。鋼筋銹蝕會引起混凝土保護層脹裂，銹脹裂縫產生后鋼筋的銹蝕會加速。

2、混凝土碳化

碳化是空氣中二氧化碳與水泥石中的堿性物質相互作用。使其成分、組織和性能發生變化，使用機能下降的一種很復雜的物理化學過程。碳化會降低混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對鋼筋的保護作用，給混凝土中鋼筋銹蝕帶來不利的影響，同時，混凝土碳化會加劇混凝土的收縮，這些都能導致混凝土產生裂縫和結構的破壞，混凝土碳化與混凝土結構的耐久性密切相關，是衡量鋼筋混凝土結構物可靠度的重要指標。

3、混凝土堿-集料反應

混凝土堿-集料反應是指混凝土中的堿與集料中的活性組分之間發生的破壞性膨脹反應。該反應發生于混凝土中的活性骨料與混凝土中的堿之間，其反應產物為硅膠體，這種硅膠體遇水膨脹，產生很大的膨脹壓力，從而引起混凝土開裂。混凝土發生堿-集料反應破壞表現為：外觀上主要是表面裂縫、變形和滲出物，而內部特征主要有內部凝膠、反應環、活性堿-集料、內部裂縫、堿含量等。混凝土結構一旦發生堿-集料反應出現裂縫后，會加速混凝土的其他破壞，如空氣、水、二氧化碳等侵入，會使混凝土碳化和鋼筋銹蝕速度加快。

四、鋼筋混凝土橋梁耐久性的對策研究

1、橋梁結構耐久性設計理論

橋梁設計決定著承載構件的工作狀態和結構耐久性。我國橋梁結構設計采用極限狀態設計法，在標準荷載和材料標準強度等取值方面已采用數理統計手段，但在實用上，仍采用了部分經驗手段進行數據調整，屬半概率極限狀態設計方法。由于采用分項系數表達式，因此，計算模式不定系數對正常使用極限狀態可靠度的影響最大，荷載效應次之；由于混凝土材料的離散性，所以，混凝土構件自身對正常使用可靠度也有較大影響。混凝土構件服役一段時間后，會發生碳化等混凝土中性化現象，鋼筋的銹蝕會導致鋼筋面積減小，混凝土保護層漲裂等問題，對結構的使用性能和耐久性能產生不利影響。而結構耐久性設計則應根據結構工作環境的情況，確定耐久性極限狀態及標志。耐久性設計就是根據混凝土結構破損的規律，來驗算結構在設計使用壽命期內抵抗環境作用的能力，是否大于環境對結構的作用。

2、材料使用方面

提高材料本身的耐久性是保證混凝土橋梁結構耐久性的基礎和前提。主要手段有：盡量選用低堿水泥、堿活性低且堅固耐久的骨料或加入一定量的摻合料（如粉煤灰、硅粉、礦渣等）來取代部分水泥以降低混凝土的堿性，控制混凝土中的堿一骨料反應；通過加入減水劑降低水灰比，減少混凝土中的孔隙，以減少或阻止環境中的水分浸入混凝土，從而能起到阻止堿一骨料反應的作用。

3、結構設計方面

在進行結構設計時，設計者除了進行強度設計外，還應該針對不同的使用條件、環境和地區，對結構作一定的耐久性設計，以達到預定的使用壽命。如對混凝土的各項性能指標、結構構造等方面提出一定的具體要求。如果在設計上就存在缺陷或薄弱環節，那么結構就有可能從這些部位或環節開始破壞。

4、使用條件方面

盡量使鋼筋混凝土橋梁避免水的影響，使其處于干燥狀態。對鋼筋來講，最不利的環境是干濕交替。因此，提高普通鋼筋混凝土橋梁結構耐久性的首要途徑就是增加混凝土材料自身的密實性，并增加鋼筋的混凝土保護層厚度。必要時還可采用其他各種方法，如抹面、涂層等來減緩或防止橋梁結構受水分、二氧化碳和有害介質等的作用。

5、管理方面

加強管理，進行定期的檢測和維護，這樣可以及時地發現問題、處理問題，避免事故的發生。如四川宜賓的南門大橋發生橋面塌落事故，就是因為橋面結構與主拱之間的吊桿在連接處發生銹蝕所致，如果進行定期檢測，事故將可能避免。

6、鋼筋混凝土橋梁耐久性劣化和力學性能現狀

主要調查某市公路系統的鋼筋混凝土橋梁。從現場進行的鉆孔取樣，并根據要求制樣，以測定起氯離子滲透性、碳化程度和強度。①鋼筋混凝土氯離子滲透性的檢測。鋼筋混凝土橋梁混凝土試樣的導電量大部分超過4000C，說明混凝土的康氯離子滲透性能已經很差，混凝土耐久性能收到嚴重劣化，混凝土對鋼筋的保護作用已經很弱。中部試樣的導電量大約為兩側混凝土導電量的3/4，說明中部混凝土的抗氯離子滲透性也受到了較強的劣化。

五、結束語

我國鋼筋橋梁混凝土的建設再有了巨大發展的同時，也存在很多亟待需要解決的問題。混凝土結構的耐久性一直是我們工程技術人員努力的方向。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。

參考文獻

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