试论钢筋混凝土桥梁耐久性设计

张 军，刘佳钰

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津市　300074）

试论钢筋混凝土桥梁耐久性设计

张 军，刘佳钰

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津市300074）

钢筋混凝土结构的桥梁以其造价低廉和施工简便等优点得到了广泛的应用，但由于我国长期以来重强度、轻耐久性的设计理念，使得很多钢筋混凝土桥梁的使用寿命大打折扣，甚至发生严重的桥梁事故。基于此，对当前钢筋混凝土桥梁耐久性的主要影响因素进行了分析，在此基础上对钢筋混凝土桥梁耐久性的具体设计进行了探讨。

钢筋混凝土；桥梁；耐久性设计；影响因素

0　引言

混凝土结构的桥梁最早出现在19世纪的法国，由于其造价低、施工简便，之后在人们的视野中便出现了许多形形色色的钢筋混凝土桥梁。根据有关桥梁的报告发现，有超过1/4的桥梁耐久性不能够满足相关的标准和规范，致使桥梁的功能大打折扣。在我国由于长期存在着重强度、轻耐久性设计的理念，更使得耐久性设计大打折扣［1，2］。本文也通过对近些年发生的桥梁事故进行研究发现，冻融循环、钢筋腐蚀、混凝土碳化以及机械磨损等逐渐成为桥梁事故的最大诱因。可见，加强钢筋混凝土桥梁的耐久性设计十分重要［3］。基于该种背景，本文首先对当前钢筋混凝土桥梁耐久性的主要影响因素进行了分析，在此基础上对钢筋混凝土桥梁耐久性的具体设计进行了探讨，希望可以为相关的理论和实践提供一定的借鉴意义。

1　混凝土原材料对耐久性带来的影响及设计要点

在影响钢筋混凝土桥梁的耐久性的因素中，混凝土的耐久性是非常关键的，而其耐久性又取决于自身的密实度。在混凝土的密实度中，水灰比和水泥用量是两个关键的要素。当水泥用量偏小或者水灰比偏大时，当混凝土构件硬化后就很有可能会留下大量的空隙，从而为施工后的混凝土桥梁留下较大的隐患［4］。因此，在混凝土的制造中，要严格规定最大的水灰比和最小的水泥用量值，以有效保证混凝土的密实度，从而保证混凝土的耐久性。除此之外，混凝土施工过程中振捣工作如果不当，也容易产生空洞、麻面或者蜂窝现象，从而不利于钢筋混凝土桥梁的耐久性。图1为水灰比对碳化深度的影响图。

图1　水灰比对碳化深度的影响图

除此之外，混凝土原材料中的骨料也会对桥梁的耐久性带来影响。骨料中的有害活性物质在遇到水后很容易与水泥中的碱性物质发生碱-集料反应，从而引起混凝土的开裂等问题。因此，需要选择碱性或中性石料轧制成的骨料作为混凝土的原材料［5］。另外，为了有效提升钢筋混凝土桥梁中混凝土的抗渗、抗冻以及抗侵蚀性性能，可以采用在混凝土中添加外加剂的措施。当前应用最为广泛的外加剂主要有活性矿物掺合料、引起剂以及碱水剂等。以减水剂为例，其可以有效减小混凝土中的用水量，降低水灰比，有效增强混凝土的密实度，从而有效提升钢筋混凝土桥梁的耐久性［6］。

2　内部构造对耐久性带来的影响及设计要点

在钢筋混凝土桥梁的耐久性内部构造影响因素中，钢筋保护层和微裂缝是两个非常关键的问题。一般情况下，钢筋保护层是混凝土构件中起到保护钢筋、避免钢筋直接裸露的那一部分外层混凝土。如果钢筋保护层的厚度不足，就很容易出现混凝土表面胀裂或者钢筋出现锈蚀的现象，从而对桥梁的耐久性产生影响。如果厚度过大，也容易造成混凝土构件在受力状态下发生裂缝现象。因此，在我国混凝土结构设计的相关规范中，都对钢筋保护层的厚度有着明确的规定，避免厚度过大和过小两种情况［7］。

同时，钢筋混凝土中的微裂缝也极其容易造成桥梁的耐久性退化。这是因为，一旦出现了微裂缝，外界环境之中的水、盐等物质就会沿着缝隙进入到混凝土保护层，进而在长期的作用之下到达钢筋所在的地方，对钢筋造成锈蚀等问题，因此，要对钢筋混凝土中的微裂缝问题进行有效控制。造成钢筋混凝土中微裂缝的主要原因是温度没有控制好，在混凝土硬化成型过程中会产生较高水泥水化热，当混凝土的养护温度相对较低时，微裂缝将更容易生成。尤其在冬季的施工过程中，要更加注意到混凝土的养护温度。

3　外部环境对耐久性带来的影响及设计要点

当前，对钢筋混凝土桥梁的耐久性造成影响的主要外部环境因素主要包括水、空气、侵蚀性盐以及车辆的荷载等。具体来说，主要表现为：

（1）水

水是对钢筋混凝土桥梁耐久性带来影响外部因素中的主要原因。当外部的水进入到混凝土之中后，尤其在经过冻融循环之后，混凝土就容易发生胀裂或者剥蚀。也就是说，在钢筋混凝土桥梁中，务必要做好防水措施。一般来说，可以通过在桥面铺装防水层或者在钢筋混凝土梁板的外侧腹板上涂刷防水材料的方式，前者可以有效防范桥面积水进入到桥梁的上部结构中，而后者可以有效避免梁体受到雨水的侵蚀［8］。除此之外，还要做好桥面的排水设施建设工作，以避免排水不畅给桥梁耐久性带来的影响。

（2）空气

空气对钢筋混凝土桥梁的耐久性带来影响的主要因素是二氧化碳。当二氧化碳进入到混凝土内部时，就容易与其中的碱性物质发生化学反应以生成水和碳酸盐，而这种使得钢筋混凝土桥梁中的混凝土碱性降低的过程称之为混凝土碳化。这是一种严重的化学腐蚀。混凝土中的碱性物质可以对钢筋起到很好的保护作用，生成难溶的Fe2O3、Fe3O4。如果混凝土中的碱性降低，尤其当碳化影响到钢筋的保护层时，就容易使得钢筋发生腐蚀。因此，在应对该种因素的影响中，可以采用低水灰比、在混凝土表面涂抹聚合物防护层的方法，以增强钢筋混凝土的抗碳化能力。

根据当前的调查结果可知，混凝土碳化深度与碳化时间的平方根成正比，如下式：

式中：XC表示碳化的深度；k表示碳化系数，其是综合反映碳化速度快慢的参数，主要取决于混凝土的渗透性和环境条件；t为碳化时间。

（3）侵蚀性盐

本文中所描述的侵蚀性盐主要是指硫酸盐或者氯盐等，当它们遇到水后就会使得侵蚀的作用能力进一步加强，从而加速钢筋混凝土桥梁的退化。这是因为，硫酸盐在水的作用下渗入到混凝土之中时，就会形成钙矾石，从而使混凝土产生胀裂现象，造成其表面开裂。同时开裂的表面又使得侵蚀性盐更加容易进入，从而形成恶性循环，加速混凝土的破坏作用。值得一提的是，如果钢筋混凝土桥梁是存在于海洋环境中，由于其构件混凝土处于干湿循环中，其表面孔隙内侵蚀性盐的浓度会逐渐增加，在浓度差作用下侵蚀性盐会逐步向混凝土的内部渗入，直至钢筋表面，造成钢筋混凝土腐蚀。因此，更需要做好特殊的防腐措施，当前应用比较广泛的是环氧树脂涂层钢筋等，可以有效提升其耐久性。

（4）车辆荷载

车辆荷载对钢筋混凝土桥梁耐久性带来的影响作用不能小觑，尤其在长期超载作用下，桥梁的混凝土构件会因为不合理的受力而产生裂缝，产生的裂缝又容易使环境中的其他侵蚀性盐等很轻易地进入到混凝土内部，以对其耐久性带来影响，甚至会威胁到桥梁的运营安全，带来突发的桥梁安全事故。因此，针对该种问题，就需要桥梁管理和养护部门的共同努力下，严格按照桥梁的设计荷载对车辆进行限载，对于超载的车辆要坚决不予通行。

4　结　语

综上所述，混凝土原材料因素、内部构造因素以及外部环境因素对钢筋混凝土桥梁的耐久性带来了较大的影响，因此，要针对这些因素采取必要的耐久性设计策略。当然，在具体的实践中，桥梁的耐久性除了需要完善的耐久性设计以外，还应该进行合理的材料选择，严格施工质量，在加强运营管理和维护的基础上，保障钢筋混凝土桥梁的安全、稳定运行。

［1］何俊.钢筋锈蚀对钢筋混凝土桥梁耐久性的影响分析［J］.价值工程，2014（27）:114-115.

［2］王磊.裂缝对于钢筋混凝土桥梁耐久性的影响及防范措施［J］.交通建设与管理，2014（24）:138-140.

［3］龚耀辉.钢筋混凝土桥梁耐久性不足成因分析及对策［J］.江西建材，2014（8）:196，203.

［4］闫慧颖.钢筋混凝土桥梁耐久性的化学性影响因素［J］.科技致富向导，2014（2）:87.

［5］于泾泓.钢筋混凝土桥梁耐久性、腐蚀病害及对策［J］.交通世界（建养.机械），2013（4）:260-261.

［6］刘祥，刘志文.氯盐环境下钢筋混凝土桥梁耐久性评估［J］.重庆交通大学学报：自然科学版，2013（S1）:764-768，775.

［7］罗强.钢筋混凝土桥梁结构耐久性差的成因分析［J］.经营管理者，2011（1）:346.

［8］贺吉宁.混凝土性能与钢筋混凝土桥梁的耐久性［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

张军（1984-），男，天津人，工程师，从事道路桥梁设计工作。