試論鋼筋混凝土橋梁耐久性設計

張 軍，劉佳鈺

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津市　300074）

試論鋼筋混凝土橋梁耐久性設計

張 軍，劉佳鈺

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津市300074）

鋼筋混凝土結構的橋梁以其造價低廉和施工簡便等優點得到了廣泛的應用，但由于我國長期以來重強度、輕耐久性的設計理念，使得很多鋼筋混凝土橋梁的使用壽命大打折扣，甚至發生嚴重的橋梁事故。基于此，對當前鋼筋混凝土橋梁耐久性的主要影響因素進行了分析，在此基礎上對鋼筋混凝土橋梁耐久性的具體設計進行了探討。

鋼筋混凝土；橋梁；耐久性設計；影響因素

0　引言

混凝土結構的橋梁最早出現在19世紀的法國，由于其造價低、施工簡便，之后在人們的視野中便出現了許多形形色色的鋼筋混凝土橋梁。根據有關橋梁的報告發現，有超過1/4的橋梁耐久性不能夠滿足相關的標準和規范，致使橋梁的功能大打折扣。在我國由于長期存在著重強度、輕耐久性設計的理念，更使得耐久性設計大打折扣［1，2］。本文也通過對近些年發生的橋梁事故進行研究發現，凍融循環、鋼筋腐蝕、混凝土碳化以及機械磨損等逐漸成為橋梁事故的最大誘因。可見，加強鋼筋混凝土橋梁的耐久性設計十分重要［3］。基于該種背景，本文首先對當前鋼筋混凝土橋梁耐久性的主要影響因素進行了分析，在此基礎上對鋼筋混凝土橋梁耐久性的具體設計進行了探討，希望可以為相關的理論和實踐提供一定的借鑒意義。

1　混凝土原材料對耐久性帶來的影響及設計要點

在影響鋼筋混凝土橋梁的耐久性的因素中，混凝土的耐久性是非常關鍵的，而其耐久性又取決于自身的密實度。在混凝土的密實度中，水灰比和水泥用量是兩個關鍵的要素。當水泥用量偏小或者水灰比偏大時，當混凝土構件硬化后就很有可能會留下大量的空隙，從而為施工后的混凝土橋梁留下較大的隱患［4］。因此，在混凝土的制造中，要嚴格規定最大的水灰比和最小的水泥用量值，以有效保證混凝土的密實度，從而保證混凝土的耐久性。除此之外，混凝土施工過程中振搗工作如果不當，也容易產生空洞、麻面或者蜂窩現象，從而不利于鋼筋混凝土橋梁的耐久性。圖1為水灰比對碳化深度的影響圖。

圖1　水灰比對碳化深度的影響圖

除此之外，混凝土原材料中的骨料也會對橋梁的耐久性帶來影響。骨料中的有害活性物質在遇到水后很容易與水泥中的堿性物質發生堿-集料反應，從而引起混凝土的開裂等問題。因此，需要選擇堿性或中性石料軋制成的骨料作為混凝土的原材料［5］。另外，為了有效提升鋼筋混凝土橋梁中混凝土的抗滲、抗凍以及抗侵蝕性性能，可以采用在混凝土中添加外加劑的措施。當前應用最為廣泛的外加劑主要有活性礦物摻合料、引起劑以及堿水劑等。以減水劑為例，其可以有效減小混凝土中的用水量，降低水灰比，有效增強混凝土的密實度，從而有效提升鋼筋混凝土橋梁的耐久性［6］。

2　內部構造對耐久性帶來的影響及設計要點

在鋼筋混凝土橋梁的耐久性內部構造影響因素中，鋼筋保護層和微裂縫是兩個非常關鍵的問題。一般情況下，鋼筋保護層是混凝土構件中起到保護鋼筋、避免鋼筋直接裸露的那一部分外層混凝土。如果鋼筋保護層的厚度不足，就很容易出現混凝土表面脹裂或者鋼筋出現銹蝕的現象，從而對橋梁的耐久性產生影響。如果厚度過大，也容易造成混凝土構件在受力狀態下發生裂縫現象。因此，在我國混凝土結構設計的相關規范中，都對鋼筋保護層的厚度有著明確的規定，避免厚度過大和過小兩種情況［7］。

同時，鋼筋混凝土中的微裂縫也極其容易造成橋梁的耐久性退化。這是因為，一旦出現了微裂縫，外界環境之中的水、鹽等物質就會沿著縫隙進入到混凝土保護層，進而在長期的作用之下到達鋼筋所在的地方，對鋼筋造成銹蝕等問題，因此，要對鋼筋混凝土中的微裂縫問題進行有效控制。造成鋼筋混凝土中微裂縫的主要原因是溫度沒有控制好，在混凝土硬化成型過程中會產生較高水泥水化熱，當混凝土的養護溫度相對較低時，微裂縫將更容易生成。尤其在冬季的施工過程中，要更加注意到混凝土的養護溫度。

3　外部環境對耐久性帶來的影響及設計要點

當前，對鋼筋混凝土橋梁的耐久性造成影響的主要外部環境因素主要包括水、空氣、侵蝕性鹽以及車輛的荷載等。具體來說，主要表現為：

（1）水

水是對鋼筋混凝土橋梁耐久性帶來影響外部因素中的主要原因。當外部的水進入到混凝土之中后，尤其在經過凍融循環之后，混凝土就容易發生脹裂或者剝蝕。也就是說，在鋼筋混凝土橋梁中，務必要做好防水措施。一般來說，可以通過在橋面鋪裝防水層或者在鋼筋混凝土梁板的外側腹板上涂刷防水材料的方式，前者可以有效防范橋面積水進入到橋梁的上部結構中，而后者可以有效避免梁體受到雨水的侵蝕［8］。除此之外，還要做好橋面的排水設施建設工作，以避免排水不暢給橋梁耐久性帶來的影響。

（2）空氣

空氣對鋼筋混凝土橋梁的耐久性帶來影響的主要因素是二氧化碳。當二氧化碳進入到混凝土內部時，就容易與其中的堿性物質發生化學反應以生成水和碳酸鹽，而這種使得鋼筋混凝土橋梁中的混凝土堿性降低的過程稱之為混凝土碳化。這是一種嚴重的化學腐蝕。混凝土中的堿性物質可以對鋼筋起到很好的保護作用，生成難溶的Fe2O3、Fe3O4。如果混凝土中的堿性降低，尤其當碳化影響到鋼筋的保護層時，就容易使得鋼筋發生腐蝕。因此，在應對該種因素的影響中，可以采用低水灰比、在混凝土表面涂抹聚合物防護層的方法，以增強鋼筋混凝土的抗碳化能力。

根據當前的調查結果可知，混凝土碳化深度與碳化時間的平方根成正比，如下式：

式中：XC表示碳化的深度；k表示碳化系數，其是綜合反映碳化速度快慢的參數，主要取決于混凝土的滲透性和環境條件；t為碳化時間。

（3）侵蝕性鹽

本文中所描述的侵蝕性鹽主要是指硫酸鹽或者氯鹽等，當它們遇到水后就會使得侵蝕的作用能力進一步加強，從而加速鋼筋混凝土橋梁的退化。這是因為，硫酸鹽在水的作用下滲入到混凝土之中時，就會形成鈣礬石，從而使混凝土產生脹裂現象，造成其表面開裂。同時開裂的表面又使得侵蝕性鹽更加容易進入，從而形成惡性循環，加速混凝土的破壞作用。值得一提的是，如果鋼筋混凝土橋梁是存在于海洋環境中，由于其構件混凝土處于干濕循環中，其表面孔隙內侵蝕性鹽的濃度會逐漸增加，在濃度差作用下侵蝕性鹽會逐步向混凝土的內部滲入，直至鋼筋表面，造成鋼筋混凝土腐蝕。因此，更需要做好特殊的防腐措施，當前應用比較廣泛的是環氧樹脂涂層鋼筋等，可以有效提升其耐久性。

（4）車輛荷載

車輛荷載對鋼筋混凝土橋梁耐久性帶來的影響作用不能小覷，尤其在長期超載作用下，橋梁的混凝土構件會因為不合理的受力而產生裂縫，產生的裂縫又容易使環境中的其他侵蝕性鹽等很輕易地進入到混凝土內部，以對其耐久性帶來影響，甚至會威脅到橋梁的運營安全，帶來突發的橋梁安全事故。因此，針對該種問題，就需要橋梁管理和養護部門的共同努力下，嚴格按照橋梁的設計荷載對車輛進行限載，對于超載的車輛要堅決不予通行。

4　結　語

綜上所述，混凝土原材料因素、內部構造因素以及外部環境因素對鋼筋混凝土橋梁的耐久性帶來了較大的影響，因此，要針對這些因素采取必要的耐久性設計策略。當然，在具體的實踐中，橋梁的耐久性除了需要完善的耐久性設計以外，還應該進行合理的材料選擇，嚴格施工質量，在加強運營管理和維護的基礎上，保障鋼筋混凝土橋梁的安全、穩定運行。

［1］何俊.鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土橋梁耐久性的影響分析［J］.價值工程，2014（27）:114-115.

［2］王磊.裂縫對于鋼筋混凝土橋梁耐久性的影響及防范措施［J］.交通建設與管理，2014（24）:138-140.

［3］龔耀輝.鋼筋混凝土橋梁耐久性不足成因分析及對策［J］.江西建材，2014（8）:196，203.

［4］閆慧穎.鋼筋混凝土橋梁耐久性的化學性影響因素［J］.科技致富向導，2014（2）:87.

［5］于涇泓.鋼筋混凝土橋梁耐久性、腐蝕病害及對策［J］.交通世界（建養.機械），2013（4）:260-261.

［6］劉祥，劉志文.氯鹽環境下鋼筋混凝土橋梁耐久性評估［J］.重慶交通大學學報：自然科學版，2013（S1）:764-768，775.

［7］羅強.鋼筋混凝土橋梁結構耐久性差的成因分析［J］.經營管理者，2011（1）:346.

［8］賀吉寧.混凝土性能與鋼筋混凝土橋梁的耐久性［J］.科技信息，2011（24）:740，742.

U448.34

B

1009-7716（2016）01-0046-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.01.014

2015-08-26

張軍（1984-），男，天津人，工程師，從事道路橋梁設計工作。