桥梁混凝土结构耐久性分析及管理措施

刘 磊

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

桥梁混凝土结构耐久性分析及管理措施

刘 磊

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

伴随着改革开放的脚步，我国基础建设事业在近30年间有着井喷式的迅猛发展。但随之暴露的便是日益浮现的建筑质量问题，特别是桥梁的使用寿命尤为突出，要想实现百年优质工程，就必须提高混凝土就够的耐久性。而管理这些问题的措施可从材料选取、配合比设计、施工控制、养护管理这几个方面入手。

桥梁;混凝土结构;耐久性;管理措施

一、引言

伴随着我国基础建设行业的迅猛发展，高性能混凝土在我国的公路和铁路桥梁，超高层建筑及机场中均获得了大力的推广和应用。但是作为一种建筑材料．其本身还是存在着一定的缺陷，如对使用环境、材料选取、配合比设计、施工控制、养护管理等要求相对更为严格。所以抓住内因和外因对混凝土结构对其耐久性的影响就是提出管理措施的关键途径。

二、混凝土结构耐久性的原理

钢筋及预应力筋在混凝土的高碱度环境中，外表生成的一层致密的钝化膜，它是一层不渗透的牢靠的粘附于钢筋或预应力筋表面上的氧化膜，由于这个钝化膜的存在，使得钢筋表面不会暴露出活性状态的铁，从而使钢筋免遭腐蚀。大气中的二氧化碳和混凝土中的碱性物质在气相、液相和固相这三相环境中，扩散到混凝土内部的毛细孔里，与水泥水化产生的氢氧化钙等相互作用，形成碳酸钙，使混凝土的碱性逐步下降。拌合用水中携带的氯盐及环境中的氯离子和环境中的硫酸根离子亦可在混凝土结构的空隙中形成大量酸性物质，使得混凝土的碱性进一步降低。

而存在微裂隙或渗透性比较大的混凝土中常会因缝隙中盐的不停的持续增大的结晶应力或盐离子继续与混凝土发生化学反应和酸性环境对钢筋的不断锈蚀而出现膨胀和开裂。开裂加剧了酸雨或海水的侵入，并进一步连通了外界与内部混凝土及钢筋间有害化学反应的通道，最后导致水泥水化产物的分解和溶出、钢筋严重的锈蚀剥离，造成了混凝土孔隙率的增大。掉入这样一个恶性循环，最终引起混凝土强度与刚度的损失。

三、影响混凝土耐久性原因

1.内因

(1)混凝土浇筑工艺：随着混凝土泵送施工的大量推广，就要求混凝土必须是素性、流动性混凝土，这就使混凝土砂率和单方水消费量增加，这导致了混凝土的配合比不合理，其结果是混凝土的耐久性降低，裂纹扩展。

(2)材料的质量下降：为了减少骨料质量降低对混凝土强度和和易性的负面影响，就要增加水泥得用量，也会引起混凝土裂缝的增加。

(3)保护层厚度不足：因为保护层厚度不足，碳化侵入到钢筋的时间就减短了，混凝土中氯离子及硫酸根离子增长和由外部侵入的氯离子及硫酸根离子增长，内部钢筋锈蚀从而体积急剧膨胀所引起的开裂现象也越来越严重。

2.外因

(1)物理化学反应：环境原因引发的混凝土结构的损伤或破坏主要有混凝土的碳化、氯离子与硫酸根离子的侵蚀、碱与骨料反应、冻融循环破坏和钢筋锈蚀。混凝土的材料构成直接影响它的耐久性，而混凝土结构所处的环境和保护手段则是影响其耐久性的外因。

(2)养护条件：在混凝土硬化12小时后,都必须进行浇水养护，以防止水化热导致的混凝土结构内外温差急剧扩大。从混凝土内部的微裂隙到可见的裂缝对安全使用期是不利的，特别是面对腐蚀、反复荷载、动力作用等严苛的条件下，裂缝的开展常是混凝土耐久性下降的主要原因。

(3)荷载影响：桥梁混凝土结构大多是长时间承受弯荷载，这将引起微裂缝的形成与扩张，为外部侵蚀介质提供方便，加快氯离子和硫酸根离子的渗透和对钢筋的锈蚀，致使结构提早失效。弯、拉荷载会增加高性能混凝土中氯离子和硫酸根离子的扩散速度，应力水平越高混凝土中氯离子和硫酸根离子扩散越快。

四、管理措施

1.原材料的选择

(1)水泥：对一般要求的高性能混凝土结构，主要选择硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；对高性能混凝土结构要求具有耐硫酸盐侵蚀要求，则可选用中(高)抗硫酸盐硅酸盐水泥。

(2)掺和料：胶凝材料是左右高性能混凝土耐久性的重要原因，对于耐久性占主导地位同时也要符合较高强度要求的高性能混凝土，除水泥外，掺合料的品质好坏，特别是掺合料质量的稳定性尤其重要。

(3)骨料：细骨料要求使用中粗砂，且级配良好、含泥量少。在混凝土中起骨架作用的是粗骨料，要率先使用抗压强度高的粗骨料，骨料应该为表面粗糙易于与水泥黏结的良好级配的碎石。

(4)外加剂：外加剂应该优先选用性能出众的多功能复合减水剂，如聚羧酸盐高效减水剂。欲配置出工作性好、施工难度小、密实度高、体积稳定的高性能混凝土，就必须使用能与胶凝材料相匹配、又具有高减水率的减水剂。

(5)钢筋防腐：钢筋的防腐措施主要是提高混凝土密实性、增加保护层厚度、最大限度防止混凝土裂纹产生、采用环氧涂层钢筋或镀锌钢筋、使用钢筋阻锈剂等。

2.配合比设计

(1)水胶比：水胶比是控制高性能混凝土孔隙结构和孔隙率的最主要原因。

(2)胶凝材料用量：根据混凝土耐久性的需求，单位体积混凝土的胶凝材料用量不能过小，但也不能太大，太大会加剧混凝土的收缩，让混凝土结构产生裂缝。

(3)砂率：砂率是影响混凝土工作性的主要因素，适宜根据胶凝材料用量、粗细集料的级配及泵送需求等原因进行设计。

(4)单位用水量：单位用水量保证了混凝土拌和物流动性。一般情况下，高性能混凝土的单位用水量应小于160 kg/m。

3.施工控制

拌制时采用更高的标准；运输过程中，特别是夏季，尽量调度调整缩短混凝土在路上的时间；在浇筑时，应不离析、不分层、保水性好、流动性好、并能保证施工所要求的稠度；振捣密实应采用插入式高频振捣器及时将浇筑的高性能混凝土均匀；拆模时控制好表面混凝土与环境间的温差。

4.养护管理

养护手段主要是保湿和控温。应尽量采用洒水或蓄水养护；为避免混凝土表面温度的突然变化，在混凝土升温阶段最好采用喷雾养护；对于底板或腹板最好采用喷涂养护膜或塑料薄膜养护，并确保密封性。

五、结论

本文通过桥梁混凝土现有的技术及相关文献对其耐久性进行研究，简述了其的科学原理，分析了影响混凝土耐久性的原因，并由此总结了相应管理措施。通过对内外因的分析，提出以内因为主、外因为辅的管理方案；主张精选材料、严控配合比提高混凝土自身工作性，辅以严谨施工、精心养护来达到提高混凝土结构耐久性的目的。为大跨径混凝土桥梁，特别是连续梁桥和连续刚构提供了行之有效的提高耐久性措施。对相关施工和维护工作具有一定的参考意义。

References)】

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[3]屈文俊，张誉．构件截面混凝土碳化深度分布的有限元分析[J]．同济大学学报，1999，27(4)：412—416

[4]Berke N S，Hicks M C．Predicting chloride profiles in concrete[J]．Corrosion Engineering，1994，5o(3)：234—239．

刘磊(1991—)，男，汉族，四川乐山人，重庆交通大学土木工程学院硕士研究生在读，研究方向：大跨径桥梁设计及混凝土结构耐久。