公路工程混凝土结构耐久性设计与应用

2013-05-11刘兆印

中国新技术新产品 2013年10期

刘兆印

（濮阳市通达路桥工程监理有限公司，河南濮阳 457000）

1 概述

随着建筑行业的不断发展，混凝土也得到广泛的运用，人们对于混凝土的了解也仅限于其具有良好耐久性能，因此，混凝土耐久性能中的问题却被人们所忽略，从而导致钢筋混凝土构成的耐久性的研究未能跟上工程行业发展的步伐，并容易因此产生较多的不利因素。根据相关行业的调查研究，造成混凝土结构耐久性丧失的因素有许多，包括混凝土结构的设计、施工过程及维修几个方面。虽然钢筋混凝土结构的耐久性的相关要求没有在设计规范中明确注明，但是这一规定也没能有效的在设计中体现，使得工程设计至今为止仍然存在着忽略耐久性设计的现象。研究表明，混凝土耐久性设计的关键并不在于对裂缝的控制。在《桥规JTGD62》中明确记录了关于混凝土耐久性设计的内容，详细指出环境条件下混凝土结构的耐久性设计和施工的原则及要求，是整个结构设计上的飞跃，是工程行业的技术革新，对于工程设计质量的提升有着很大作用。

2 混凝土结构的耐久性及影响因素

混凝土结构的耐久性主要是体现其抵抗性能的关键，在受到气候作用、物理化学作用及其他破坏过程后仍有抵抗作用。混凝土容易产生有裂缝、孔道、气泡等缺陷，在这些缺陷中，容易受到环境影响，容易出现碳化或冻融现象发生，导致锈蚀出现，因此使钢筋混凝土的受力性能受到影响。钢筋机构还容易受到腐蚀及撞击的外在因素的影响。混凝土结构的耐久性主要表现在胰腺癌三个方面：第一，由于裂缝、磨损、破碎及溶蚀等现象造成混凝土的损伤。第二，钢筋的锈蚀，产生脆化、疲劳等现象出现。第三，钢筋与混凝土之间的固定作用得到削弱。在近期看，这些因素容易使建筑物的外观及使用功能受到影响，从长远看来，导致建筑物的安全性能降低，存在安全隐患的发生，并使建筑物的使用寿命受到影响。

导致混凝土耐久性变化的因素有一些几个方面：混凝土材料的性能；混凝土机构的设计及质量；）混凝土结构的施工环境；混凝土结构的使用及防护方式。

影响混凝土材料的耐久性的内因主要体现在其自身的性能和结构设计与施工质量几个方面。混凝土结构的耐久性也直接受到混凝土材料的影响，如水泥的配合比、评中级数量等因素。以及混凝土的缺陷与相应因素想混合，都使混凝土结构的耐久性受到影响。

影响混凝土材料的耐久性的外因主要表现在施工环境及防护措施两方面。由于环境因素造成的混凝土结构的损伤及破坏主要表现在：

表1 结构混凝土耐久性的基本要求

2.1 碳化现象的发生

混凝土碳化现象主要是通过与外界环境因素与混凝土发生化学反应，钢筋的表层会有一层碱性薄膜产生，作为保护层在钢筋材料中避免与酸性介质发生反应，出现侵蚀现象。碳化现象的发生，实际上是导致混凝土的性能发生变化，降低了其自身的碱性作用，不仅造成保护膜受到损害，而且与其他物质接触后会使钢筋出现锈蚀。

2.2 氯离子的侵蚀现象

氯离子通过与外界环境的接触对混凝土造成反应，导致混凝土出现侵蚀的现象氯离子主要来源于海水中，由于北方受到环境的影响，冬季为了消除道路上的冰雪，采用盐来进行作业，容易产生氯离子渗入混凝土中出现化学侵蚀，使结构的整体受到破坏，最终导致钢筋出现锈蚀现象。

2.3 碱骨料的反应现象

由于水泥中的碱与骨料中的活性硅相结合发生了化学反应就是所谓的碱与骨料反应，由于碱与硅酸盐相互凝结，加上水分自身所拥有的膨胀作用，使混凝土出现裂缝问题。

混凝土受到碱和骨料相结合的反应造成其结构发生破坏，其破坏程度在其他影响因素中发展最快，如持续下去，后果不堪设想。如果碱和骨料一旦发生反应，要想控制，就会相当困难。正常情况下不超过两年，混凝土就够就会出现裂缝现象，所以混凝土结构的主要症状就在于碱与骨料发生的反应。

2.4 冻融现象的发生

由于水分会渗透进入混凝土里边，在气温较低的情况下会出现结冰情况，然后会导致混凝土出现膨胀，使混凝土的结构受到损害。随着温度的不断改变，会循环出现结冰、消融现象，最终使混凝土自身的强度得到损害，最终会导致混凝土出现破落及裂缝等现象发生。

2.5 钢筋材料的锈蚀

影响钢筋混凝土结构耐久性及使用寿命的关键因素就是钢筋的腐蚀。钢筋混凝土通过碳化及钝化现象导致钢筋出现腐蚀，钢筋的腐蚀主要是通过对钢筋表层的碱性钝化膜的破坏，并与水分及氧气的相互结合造成的。钢筋腐蚀的表现还通过体积膨胀来表现出来，使混凝土出现裂缝现象，导致钢筋与混凝土间的粘结力度降低，钢筋的截面面积减少，使结构承载力度及使用寿命受到影响。由于上述的影响因素，加以时间的过度推移，使上述现象逐渐加重，容易导致安全事故的发生。

3 混凝土结构耐久性的设计

混凝土材料的自身优势及结构的使用环境是影响混凝土结构的关键性因素，其耐久性能与结构设计及施工、养护等都相互联系。参考行业内的研究成果及工作经验可以看出，使混凝土结构的耐久性能够合理的运用主要表现的一下几个方面：选用高耐久性的混凝土，使混凝土的密实度增强，促使混凝土自身的抗破损能力得到提升；对桥面的排水及防水层的设计应逐渐加强，使桥梁的环境作用条件得到合理改善；优化桥梁的结构设计，例如，应加大混凝土结构的保护层厚度，使钢筋的构造得到优化，避免裂缝现象的发生，选用防腐作用好的钢筋进行作业。

3.1 混凝土结构耐久性的基本要求

要想使混凝土的耐久性得到提升，关键在于混凝土材料的构成，其内容主要包括水与石灰的配合比，水泥的用量和合适的强度等条件，沪宁图材料的构成是整个工程能否建设出一个高质高效的项目的关键因素及首要前提，对整个工程项目有着很大的影响。

在总则《桥规JTGD62》中明确收纳了关于混凝土耐久性的内容，明确指出在环境不同的情况下，对结构混凝土的要求、合理的水灰配比、水泥用量、水泥强度及氯离子和碱的含量等因素都做出了相关规定。

为此，除了选择级配良好的集料和精心施工保证混凝土充分捣实和水泥充分水化外，水灰比是影响混凝土密实性的最重要的条件。为了保证混凝土有足够的耐久性，控制最低水泥用量也很重要的，因为单位水泥用量较高的混凝土，混凝土拌合物比较均匀，可减少混凝土捣实中出现的局部缺陷。混凝土抗冻融的能力与其含气量有密切关系，因此，有抗冻要求的结构混凝土应掺入适量的引气剂。

3.2 使钢筋混凝土的保护层厚度得到增加

混凝土之所以会出现碳化现象是由于钢筋锈蚀现象产生的。是根据混凝土保护层碳化而引发的钢筋表层保护膜遭到破坏，导致钢筋出现锈蚀。加厚钢筋外层的保护膜厚度，尽可能的降低钢筋锈蚀的现象出现，有效的提升混凝土结构耐久性能。

3.3 保护层厚度大于50mm时，亦在保护层内设置钢筋网

《耐久性设计与施工CCES01》规定，钢筋的混凝土保护层厚度C应保持在一般应不小于表给出的最小保护层厚度与保护层厚度施工负允差△之和，即C≥Cmin+△，式中的施工负允差△对现浇混凝土构件可取5～10mm，对工厂生产的预制构件可取0～5mm，视钢筋施工定位工艺和质量保证的可靠程度而定，必要时可取更高的数值。

3.4 钢筋的构造得到加强，混凝土裂缝得到控制

混凝土中出现裂缝的原因是由于混凝土结构中出现损伤及破坏，混凝土病害产生的最主要表现就是裂缝现象。混凝土的渗透性受到裂缝的影响，侵蚀作用也就越大，混凝土的耐久性也会降低。混凝土侵蚀的速度很快，一般出现在混凝土出现裂缝以后，最终导致混凝土耐久性能逐步降低。所以，提升混凝土的耐久性能是控制混凝土裂缝的关键所在。依据相关规范及要求，正确处理相关裂缝工作的控制，采取合理有效的措施进行改造，使混凝土施工过程中尽可能的减少工程项目中的裂缝问题出现。

《桥规JTGD62》总则中突出强调了加强水平防缩钢筋和箍筋在控制裂缝中的作用，提高了水平防收缩钢筋的配筋率和箍筋间距的限制。

3.5 提升后张法预应力钢筋管道压浆质量的方法

影响混凝土耐久性的另一关键因素是后张法预应力钢筋管道的压浆质量。相关总则规定，预应力钢筋管道压浆所用水泥浆的抗压强度不得低于30MPa，水灰比应保持在0.4-0.5之间，为了减少收缩，可以运用相关技术，对其掺入适量的膨胀剂进行试验。

《耐久性设计与施工》提出，导致结构的突然破坏是预应力钢筋的腐蚀现象导致的，由于事先不易被发现，在设计中应特别注意，运用多重防护手段，对容易造成氯盐侵蚀的因素应特别注意。对于锚具及连接器等钢材设备，应采用环氧涂层或涂锌，要求后张预应力体系管道具备良好的密封性能，不能用金属材料的螺旋管替代，应采用良好密封性能的高密度塑料波形管，对于管道的灌浆材料及方法应做好事前的准备工作，避免由于浆体硬化造成的气孔出现，运用真空灌技术，特殊情况下还可以在在观景材料中加入适量的防锈剂。