橋梁工程混凝土耐久性設計及應用分析

郝東洪

中交鐵道設計研究總院有限公司東北分公司 遼寧 沈陽 110034

混凝土的耐久性是指混凝土在實際使用條件下及環境介質反復作用下抵抗各種破壞因素，長期保持強度和外觀完整性的能力。在規定的使用年限內，不需要額外的費用加固處理而保持其安全性、良好的使用性能和外觀完整性，從而維持混凝土結構的安全、正常使用的能力。混凝土結構及其構件的耐久性應根據不同的設計使用年限及其相應的極限狀態和不同的環境類別及其作用等級進行設計。同一結構中的不同構件或同一構件中的不同部位由于所處的局部環境條件有異，應予區別對待。混凝土的耐久性和橋梁的安全性密切相關，改善橋梁混凝土的耐久性，提高橋梁的安全性和使用壽命是一個重要的現實問題。

1 影響橋梁工程混凝土耐久性的主要因素

1.1 氣候條件

由于溫度的變化，會引起混凝土的膨脹和收縮。凍融因素是導致混凝土劣化的普遍因素之一。混凝土設計需要重點考慮凍融循環的發展次數和冰凍條件。混凝土是一種多孔隙的復合材料，孔隙中可能進入外部水分。溫度降低到冰點以下時，孔隙中的水就會凍結，體積就會增加，孔隙就會受到壓力影響而變形，融化以后又會產生拉應力，在反復的凍融下，如果混凝土的極限抗拉強度比孔壁的拉應力低，就會出現裂縫，甚至導致混凝土的崩裂[1]。混凝土的密實性和抗滲性能有關，如果密實性低，就會有許多水分進入，破壞混凝土的結構。因此需要提高抗凍融能力，降低水灰比，或者采用引氣劑，提高抗凍性能。

1.2 暴露條件

橋梁混凝土的耐久性受混凝土的耐腐蝕性的影響，混凝土本身有氯離子，在擴散中會進入內部污染混凝土，降低混凝土的性能。氯離子的穿透能力比較強，滲透擴散能力也很強，容易引起鋼筋銹蝕，導致混凝土的開裂[2]。氯化物侵蝕形成的銹蝕產物，也會影響混凝土的結構，從而影響橋梁的壽命。氯化物的銹蝕速度與水灰比、pH、水泥用量和保護層厚度有關。

1.3 荷載條件

荷載條件也是影響混凝土耐久性的重要因素，包括風、地震、車輛等的作用。混凝土的表面會受到車輛、流水懸浮物、流水氣泡沖擊等的影響。通常橋面板的主要性能指標不是表面磨損，在水面有大量浮冰、帶釘輪胎地方等，可能出現比較嚴重的磨損。

2 橋梁工程混凝土耐久性設計和應用

2.1 勘察設計階段

科學有效的設計才能保證工程的質量，橋梁工程面臨的環境復雜多樣，所需要的混凝土也有不同的差異。環境的作用本身多變，不確定性大，對結構材料的影響也有待于進一步的明確。在混凝土勘察設計階段，要通過理化試驗準確確定結構處于的環境類別，準確判斷各種地理因素條件。橋梁工程混凝土的耐久性設計，需要依據橋梁所處的環境類別和作用等級，結合橋梁的使用年限進行設計確定[3]。橋梁結構的設計內容要包括耐久性質量要求、防腐蝕附加措施、環境類別和作用等級、使用年限、防水排水等構造措施、混凝土裂縫控制要求、結構形式和構造、橋梁結構的檢測維護等。

橋梁的使用壽命和環境有關，在混凝土設計時，首先要勘察所處的環境條件。我國對于混凝土耐久性的設計規范中，根據結構環境將混凝土材料腐蝕機理分成五類，一般環境下的為保護層混凝土碳化引起鋼筋銹蝕；在凍融環境下腐蝕的機理為由于反復凍融，導致混凝土損傷；海洋氯化物環境下，由于氯鹽導致的鋼筋腐蝕，與除冰鹽等其他氯化物環境下的機理一樣；化學腐蝕環境中的機理是由于化學作用，導致的混凝土的腐蝕。要準確判斷環境的類別，以及腐蝕的機理，合理設計混凝土，保證混凝土的耐久性。

2.2 混凝土原材料的選擇

在橋梁工程混凝土的設計中，要明確提出混凝土原材料的選用、混凝土配比的主要參數及引氣等要求，根據需要提出混凝土的氯離子擴散系數、抗凍耐久性指數或抗凍等級等具體指標。在設計中要進行試驗配比，設計具體的材料和配比，進行混凝土抗壓強度試驗、鹽凍試驗、普通快速凍融試驗，評價混凝土防止鋼筋銹蝕的能力，確定鋼筋銹蝕率和氯離子擴散深度。橋面混凝土需要有高的抗凍性以及高的抗鹽凍剝蝕能力。空心板梁混凝土，需要有高的抗鋼筋銹蝕能力、抗凍性、抗鹽凍剝蝕能力[4]。承臺墩柱混凝土，需要高的抗凍性、抗鹽凍剝蝕能力。根據橋面和承臺墩柱混凝土的坍落度，選擇合適的減水劑，并用引氣劑來進行調整。

混凝土原材料的選擇要綜合考慮環境條件、設計目標、腐蝕類型等，主要有粗細骨料、摻和料、水泥、拌合水、外加劑。不同的環境條件要選擇合適的水泥品種，保證混凝土的耐久性，需要水泥品質的穩定，同時保證強度等級，合理控制有害物質含量。礦物摻和料能夠改善混凝土的綜合性能，有些礦粉有利于提升混凝土的耐久性，但可能會降低強度，因此需要經過試驗確定使用的量和選擇的品種，并且不含有有害物質，符合性能要求。混凝土的耐久性也受到骨料級配、粒形的影響，需要根據環境情況進行試驗，測試骨料的物理力學性能，選擇適合的級配和粒形。混凝土中使用的外加劑有引氣劑、減水劑、阻銹劑等，適量的外加劑能夠改善混凝土的性能，提高耐久性。外加劑的使用要符合混凝土的規定，依據實際工程情況進行選擇。

2.3 合理設計施工應用控制

在混凝土耐久性設計中，要注重施工環節的設計和控制，保證耐久性混凝土的應用。配制混凝土的主要依據是用水量和配合比，要避免隨意加水，控制好設計參數的應用，避免影響混凝土的結構強度和性能。保證混凝土的耐久性還需要有好的密實性和均勻性，因此要嚴格控制混凝土的澆筑過程，及時解決實際問題[5]。在澆筑前設計方案，依據方案進行工作。混凝土進入現場需要檢驗坍落度，檢驗混凝土拌合料的工作性，如果不符合要求，要及時補救。混凝土澆筑要保持合適的溫度，寒冷的冬季要有防凍和保溫措施，炎熱的季節要有降溫措施。混凝土的耐久性和強度與養護也密切相關，養護的關鍵是溫度和濕度，主要方法有兩種，濕養護和蒸汽養護，依據現場實際情況確定養護方法。

要注重混凝土裂縫的控制，避免裂縫對混凝土安全性和耐久性，以及橋梁外觀的影響。通常混凝土材料的抗拉強度比外界的拉應力低，就會產生裂縫。裂縫的原因不同，采取的控制方法和措施也有差別。在橋梁工程混凝土設計中，需要注重構件的形狀，防止剛度的突變，依據裂縫寬度和變形的要求設計橋梁截面的剛度，合理布置鋼筋和結構分縫。施工中需要嚴格控制原材料的質量和施工工藝，避免質量缺陷。

總之，橋梁工程混凝土的耐久性受多方面因素的影響，

混凝土的耐久性關系著整個橋梁的工程質量和使用壽命，因此要合理設計混凝土結構，加強對施工環境的勘察，綜合環境類別、使用年限等合理設計，科學設置原材料，合理設計配比，進行相關試驗，保證混凝土的性能，注重施工使用中的質量控制，控制各個環節的混凝土使用，保證混凝土的耐久性。

參考文獻

[1] 楊仁貴.混凝土橋梁耐久性設計與施工關鍵技術探討[J].黑龍江交通科技,2016,39(9):129-129.

[2] 張軍,劉佳鈺.試論鋼筋混凝土橋梁耐久性設計[J].城市道橋與防洪,2016,(1):46-47.

[3] 周浩,劉勇志.鋼筋混凝土橋梁耐久性設計方法[J].工程建設與設計,2016,(13):124-125.

[4] 張志超,邱華,王爽,等.橋梁混凝土耐久性設計[J].工程技術研究,2017,(6):213-214.

[5] 袁益超.混凝土橋梁結構的耐久性設計與優化方式研究[J].工程技術:引文版,2017,(1):00294-00294.