钢筋混凝土桥梁耐久性

钢筋混凝土桥梁耐久性研究李琛(重庆交通大学土木建筑学院，重庆400041)摘要：对当前我国桥梁耐久性问题做出了详细的研究和分析，探讨了钢筋混凝土结构的桥梁耐久性不好的表现形式。在此基础上，作者总结了造成桥梁经常出现事故的主要原因，要通过设计和施工过程中强化桥梁工程整体性防水的重要性，以此确保桥梁的安全。关键词：钢筋混凝土；桥梁；耐久性；施工项目中图分类号：U433.31文献标志码：A文章编号：1675-5781（2015）1钢筋混凝土桥梁的耐久性分析及其重要性混凝土结构的建筑的历史比较短暂，远不如木质结构和钢制结构的建筑。自从19世纪中期开始，科学技术的发展推动了混凝土和钢筋材料的飞速发展，也带来了钢筋混凝土结构的春天。据详细资料表明，到2007年底所统计的公路桥梁总数已达57万座之多。根据美国土木工程师学会在2003年底所公布的关于混凝土桥梁的研究报告中指出，超过四分之一的混凝土桥梁因耐久性不够不能满足功能要求。国内外研究人员通过比较不同桥梁的耐久性，发现桥梁的各个功能部件的损伤都是由于桥梁的耐久性差造成的。作者通过研究分析近些年的钢筋混凝土桥梁出现事故的主要原因，表明了钢筋腐蚀、冻融循环、机械磨损以及混凝土碳化是诱发桥梁事故的主因。2造成混凝土桥梁耐久性降低的因素2.1碳化混凝土基体是水泥砂浆，辅以骨料作为加强材料，基体的主要成分是CHS凝胶，该材料的分子结构呈网状形式，且由于结晶不完整常表现出蜂窝状的形态。混凝土结构常伴随有裂纹、气孔等微观缺陷，所以它本身有渗透性。空气中的CO2与混凝土中的水分发生化学反应，产生H2CO3，它会与水解过程中的生石灰、硅酸盐反应生成碳酸钙，碳酸钙在水的推动下，会沉积于混凝土的微小孔隙中，长年累月就造成了混凝土碳化现象。混凝土的碳化率正比于水灰比，而空气含水量和二氧化碳含量的增加，又会进一步加快碳化速度。如果加强维护保养措施，碳化速率会大大降低。提高混凝土水泥含量、加厚保护层，都会使得混凝土更加密实，进而延缓混凝土碳化到达钢筋层的时间。2.2氧化腐蚀氯离子半径小、穿透性强，极易吸附在钢筋阳极区，代替钝化膜上的氧离子，使氢氧化铁的氢氧根流失，变为无保护作用的氯化铁。因为氯化铁的溶解能力远大于氢氧化铁，加之氯离子扩散过程中的不均匀性，使得钢筋局部区域成为阳极区，发生电化学反应，产生腐蚀作用。实践证明，当混凝土中的氯化物比例大于O．15％时，就会发生锈蚀。而氯化物含量大于1％后，钢筋的腐蚀进度会大大加快。同时，锈蚀产物的扩张会挤压混凝土内部结构，使得混凝土裂纹迅速膨胀扩展，引起崩塌。据统计，氯化物侵袭是造成钢筋锈蚀的最主要原因。2.3混凝土劣化混凝土劣化有两种分别为冻融损伤和碱集料(1)冻融损伤。混凝土系多孔复合材料，很难避免水分进入内部缩孔。外界气温低于零度时，孔隙中的水便会结冰，由于冰的比重g-０．9，因而其体积约会增多10％，产生内应力。一般而言，只有90％以上的孔隙含水时，才会发生冻融。孔隙体积胀大时，孔壁承受压应力，而在冰融化后，孔壁又重新产生拉应力。反复多次的叠加作用会使得压应力不断增加，当其超过材料抗拉强度极限时，便会产生裂纹，甚至是大范围崩裂。提高水灰比和水泥比重，都可以有效预防冻融。此外，尽量减少使用易吸水的集料，要加强排水措施搭建。(2)碱集料反应混凝土中的游离氯氧根离子会与集料中的SO2之问发生反应，在水的催化作用下，产生含碱性金属的硅凝胶，它的形成成长会对混凝土内部结构产生极大的挤压作用，进而形成裂纹，甚至是局部开裂。发生碱集料反应有三个条件：足够的空气湿度，一定量的活性集料，混凝土碱性成分达到一定数量。混凝土宜采用惰性集料，并用低碱水阻挡其他碱组分侵入。也可PAPA粉煤灰、石灰一类的混合料，降低碱含量。3改善钢筋混凝土桥梁耐久性的有效措施3.1保证混凝土的密实度提高混凝土的密实度的方法主要包括以下方法：精确控制水灰比，骨料要严格把关，混凝土的振捣工艺要规范。3.2保证混凝土与钢筋之间的粘附力符合要求要确保混凝土的性能指标符合施工要求，防止坍落度过大，钢筋的布置要符合设计要求，与混凝土的捣实要充分，减小钢筋混凝土混凝土之间的缝隙。3.3确保碱-集料反应工艺符合施工要求要确保碱－集料反应工艺符合设计施工的要求，具体做到如下几个方面。若在施工时采用钾、钠离子含量较大的混凝土添加剂时，应该进行专门的实验确保混凝土施工质量不会受影响。针对预应力混凝土，不得使用海砂，如果非得使用的话，应该将海砂用淡水冲洗至氯离子含量低于万分之二。施工时，要使用碱含量低于0．6％的水泥。3.4主要针对钢筋锈蚀的防护工作可以采取增加钢筋保护层的厚度，多采用非金属材质的筋，在钢筋表面涂上防护层，阴极保护等措施来做好钢筋腐蚀的防护工作。4案例分析以永定新河特大桥为例，永定新河特大桥在唐津高速公路塘沽区与宁河县交界处，坐落于天津市永定新河上，全长17km，由主桥以及南北两侧的测桥构成。永定新河特大桥被誉为是北部第一座矮塔斜拉桥，横跨天津市最为重要的河流之－永定新河。该桥梁外观形式新颖，安全可靠、造价合理且使用耐久，是不可多得的优秀桥梁作品之一。鉴于桥梁所处的地方是在新河河流上，该地段处于永定河的泄洪尾段，不仅要担负起泄洪的重任，还要扮演起海河流域北部四条河流(永定河、北运河、潮白河以及蓟运河)入海的主要通道。不仅如此，该桥梁工程施工处的永定新河河面宽广，受潮汐水位的影响比较大，特别是在春季，要承受其冬天累计的寒冰所产生的流冰的巨大冲击力。当地许多其他桥梁由于长期饱受流水的侵蚀以及流冰的冲击，导致许多桥梁使用期短甚至部分桥面出现垮塌的情形。所以在进行永定新河特大桥设计的过程中，设计师们着重从桥梁的耐久性角度考虑。耐久性的设计主要出于以下几个方面考虑。(1)根据桥梁所处的水文环境和地理位置，确定桥梁耐久性的基本技术指标。(2)选择合适的桥梁形式，构造上的设计有助于提高桥梁的耐久性。(3)合理的预估桥梁的承载能力，做出能够满足构造工艺的设计。(4)对桥基处的保护层厚度进行研究并讨论得出合理的裂缝控制技术。不仅如此，在进行选择材质的过程中，项目承建公司特别对混凝土的原材料提出了较高的要求，具体做到如下：选用环境作用等级达到D以上的水泥并且确保水泥中的C3A含量低于8％。另外，用于特殊结构的水泥另作其他要求。5总结混凝土桥梁耐久性的影响因素较多，是内外因素叠加作用的结果。外界环境、设计选材的合理性、施工质量、后期维护的完善程度都会对其产生影响。我们的工作重心应放在研究混凝土的自身特性及其与自然环境的接口性质上，积极推进新型添加剂的研发试制。同时，要加强后期维护保养措施，及时发现问题，使得混凝土桥梁能够切实发挥自身功效。参考文献：[1]薛有利．高速公路路面养护问题研究[J]．中国科技博览，201l(07)：92—93．[2]夏辉，窦智．漫谈高速公路路面养护措施与施工[J]．致富时代(下半月)，2011(2)：184．[3]RichardsonMG．FundamentalsofDurableReinforcedConcrete[M]．London：SponPress，2002．[4]JTGD62—2004．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]．[5]InformationBulletin；IB08．RepairstoConcrete[s]．Cement&concreteAssociationofNewZealand。2005．[6]JTG／TJ22—2008．公路桥梁加固设计规范[S]．[7]王丽玫．外加剂对混凝土耐久性影响研究[J]．四川建筑科学研究，2012(8)．[8]徐国良．结构混凝土耐久性影响因素的研究进展与探讨[J]．材料导报，2013(6)．[9]GB／T50476-2008，混凝土结构耐久性设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，2008．[10]JTJ023—85，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2004．