混凝土桥梁结构耐久性设计探讨

□ 李智慧 王艳娇

混凝土桥梁结构耐久性设计探讨

□ 李智慧 王艳娇

虽然大多数桥梁的设计寿命在50年甚至100年以上，但是相当一部分桥梁混凝土在3～5年内即开始出现局部开裂、剥落等破坏现象。国内的情况也大致如此。因此，桥梁混凝土的耐久性越来越受到重视。

一、我国钢筋混凝土桥梁耐久性的现状

我国的《公路钢筋混凝土桥梁及预应力混凝土桥涵设计规范》 （JTJ023-89）规定，板的保护层最小厚度为20 mm，混凝土最低强度为C15（用Ⅱ级以上钢筋时C20），直到04规范（JTG D 62-2004） 才把板的保护层最小厚度提高到40 mm，但仍远低于欧美国家的相应要求。

与国外相比，我国混凝土结构设计规范的构件最小保护层厚度远低于国际标准，设计标准低是我国混凝土结构中钢筋过早锈蚀，结构过早老化的最主要原因。我国当前正在进行全球规模最大的土建工程建设，如果我们现在还不重视提高混凝土结构的耐久性，将在大建还未完成时，就陷入边新建边大规模维修，财政不堪重负的怪圈。混凝土结构耐久性最主要和最直接因素是钢筋锈蚀。由于钢筋的保护层太薄，混凝土的密实性太差，加上长期处于露天环境下，我国在役的混凝土桥梁出现钢筋锈蚀、混凝土开裂的现象相当普遍。如天津滨海的3座混凝土桥使用8～10年后，礅柱钢筋遭严重锈蚀，柱体保护层普遍剥落；台湾澎湖跨海大桥因预应力套管内水泥浆体的氯离子浓度超标2～5倍，导致钢绞线锈蚀严重，大桥出现裂缝及混凝土表面爆开，以至于原设计寿命50年实际使用了6年就需要拆除重建。以上案例均远低于城市一般桥梁使用寿命50年，特大桥100年的要求。

二、提高桥梁结构耐久性的对策

（一）增加钢筋保护层的厚度

水和氧气是钢筋锈蚀的必要条件，所以提高混凝土结构耐久性的最佳途径是增加钢筋混凝土保护层厚度和增加混凝土材料自身的密实性，以延缓水分、氧气及其它有害化学物质侵入混凝土并到达钢筋的时间。有研究表明，腐蚀介质渗入混凝土的速度与保护层厚度的平方成反比，所以增加保护层厚度是提高混凝土耐久性的最有效方法。国外一些混凝土结构设计规范从上世纪60年代起均不断提高钢筋保护层最小厚度的规定。适当增加钢筋的混凝土保护层厚度是保证混凝土结构耐久性最有效、最经济的措施。据有关专家计算，如果我们把钢筋的混凝土保护层的最小厚度提高到发达国家的水准，每平方米需增加的费用一般也就几十元到百元，这相当于现在每平方米几千元的房价来说只是一个很小的数目，但它的结果是结构的寿命可能会成倍增加。目前我国混凝土结构的耐久性现状十分严峻，建议按国外标准进行耐久性设计（尤其是钢筋的保护层厚度），以提出合理经济的地方设计标准。

（二）施工过程保证钢筋保护层的厚度

由于施工时的保护层厚度是很难保证的。加拿大尚允许有20 mm的误差，在我国施工精度相对较低的条件下，1989年规范将设计保护层厚度定为20 mm，而实际保护层厚度有时仅为3～4 mm，甚至为更小。一般工程上常用预制的砂浆垫块绑在钢筋笼上来保证钢筋的保护层厚度。但是因为在震捣混凝土时，砂浆垫块容易偏位，不能很好地保证保护层的厚度。而从某些发达地区采用塑料垫块、塑料夹来代替传统的砂浆垫块，这种塑料垫块具有自锁定，一致性好，操作简单的优点，可以有效控制钢筋的保护层厚度。

科学技术在不断发展，施工水平也在不断提高，在提高我国设计标准的同时，还应多了解和采用先进的技术和产品，提高土建工程的施工质量，保证钢筋的实际保护层厚度，提高混凝土结构的耐久性。

（三）采用高性能混凝土

为提高结构耐久性，应使用密度高的混凝土，这是钢筋混凝土防蚀的最重要对策之一。一般而言抗压强度高的混凝土密度亦高，因此在保持适当的性能之下，应尽量降低水灰比，降低水灰比不但会提高混凝土的抗压强度及水密性，还由于混凝土密度高不但可保持高PH值使之不易降低，且盐分不易乘隙而渗透进入，因此可以达到防止盐害之目的。

（四）防止混凝土产生龟裂

钢筋混凝土无龟裂时，Cl-离子以H ooke之扩散法则，从混凝土表面渗透至钢筋表面需要100年。对于钢筋混凝土结构，如果建在湿度较小的地区，混凝土即便存在一些小龟裂，对结构的耐久性影响也不会太大。但在南部沿海地区，如果O2，CO2，H2O等从龟裂处的裂缝进入，可以导致加速混凝土中性化及腐蚀，即盐分比较容易进入钢筋表面，将钢筋表面的钝态皮膜破坏且加剧腐蚀，严重降低结构的耐久年限，因此必须设法避免混凝土表面龟裂的产生。

为了保证钢筋混凝土桥梁的结构耐久性，应针对钢筋腐蚀的原因采取合理的防治措施，选择合理的混凝土材料。钢筋混凝土防腐蚀的最基本方法是保证钢筋表面有完整的钝态保护膜，并用密度高、足够厚度的高性能保护层混凝土包裹，使钢筋周围的PH值维持在12以上，以避免钢筋生锈。同时，还应在设计和施工方面采取措施避免混凝土表面产生龟裂。如果能依照上述方法来设计和施工，就基本可以确保钢筋混凝土桥梁的结构安全和耐久性要求。

五大连池市水务局 164100）