浅谈混凝土桥梁结构的耐久性

崔泽胜+武岩

摘 要： 本文结合工作实践和参阅相关文献，浅谈了混凝体桥梁结构的耐久性的问题；造成混凝土结构破坏的主要因素；影响混凝土桥梁结构耐久性的主要因素，并从科研、设计、施工方面浅谈了提高混凝土桥梁结构耐久性的对策。

关键词： 混凝土；桥梁；结构；耐久性

l前言

经过近几十年的快速发展，中国桥梁的数量已十分庞大。其中不少桥梁暴露出缺陷，更有一些桥梁在远没有达到设计预期寿命时出现耐久性能严重退化的现象，甚至出现倒塌等毁灭性事故。造成非常严重的经济损失。国内外统计资料表明，由于混凝土结构耐久性病害而导致的损失是巨大的。国内外的研究和实践都表明，结构耐久性对于桥梁的安全运营和成果起着决定性作用。目前国内的桥梁设计中耐久性设计重视不够，这在一定程度上导致了结构使用性能差、使用寿命短等不良后果，也与国际结构工程界日益重视耐久性、安全性的趋势相违背，更不符合考虑桥梁工程在建设、使用、维护等整个周期的费用的要求。因此，为确保大型桥梁结构的安全和正常运营，必须对影响其耐久性的主要因素进行研究，以便采取必要的对策，提高桥梁结构的耐久性和使用功能。

本文结合工作实践，并参阅相关文献，介绍了箱型梁的梁格分析法理论，从梁格理论单元的划分、各单元截面特性以及梁格划分、加载等方面浅述了梁格法在连续箱梁桥设计中的应用。

2造成混凝土结构破坏的主要因素

对混凝土结构的破坏，主要分为混凝土自身的破坏以及由于混凝土的自身的变化造成钢筋的腐蚀破坏。钢筋腐蚀产物（铁锈）的体积为原来铁体积的2.5—7倍，所产生的膨胀压力会造成混凝土的开裂、剥落，裂缝的产生又会导致更多腐蚀介质的侵入，引发更严重的腐蚀。

（l）混凝土的中性化（主要是碳化）

碳化是空气中二氧化碳与水泥石中的碱性物质相互作用。使其成分、组织和性能发生变化，使用机能下降的一种很复杂的物理化学过程。碳化会降低混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，给混凝土中钢筋锈蚀带来不利的影响。同时，混凝土碳化会加剧混凝土的收缩，这些都能导致混凝土产生裂缝和结构的破坏，混凝土碳化与混凝土结构的耐久性密切相关，是衡量钢筋混凝土结构物可靠度的重要指标。

（2）氯离子的腐蚀氯离子半径小，穿透能力强，能够加速钢筋腐蚀，对混凝土的破坏主要表现在：氯离子进入混凝土并到达钢筋表面，能破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋发生局部腐蚀；②氯离子的电化学作用，Cl -吸附并破坏钢筋局部钝化膜，露出钢铁基体，这暴露区与周围钝化膜形成电化学腐蚀电池，使Fe - 2e - Fe2+阳极反应过程发生，Cl -还强化腐蚀电池的导电性，加速电化学腐蚀过程。

（3）混凝土碱一集料反应

混凝土碱一集料反应是指混凝土中的碱与集料中的活性组分之间发生的破坏性膨胀反应。该反应发生于混凝土中的活性骨料与混凝土中的碱之间，其反应产物为硅胶体，这种硅胶体遇水膨胀，产生很大的膨胀压力，从而引起混凝土开裂。出现裂缝后，会加速混凝土的其他破坏，如空气、水、二氧化碳等侵入，会使混凝土碳化和钢筋锈蚀速度加快。

3影响混凝土桥梁结构耐久性的主要因素

在运营期间，桥梁受到環境等自然因素的影响而逐渐老化，承受汽车重载、风、地震、疲劳、超载、人为因素作用，使桥梁结构材料及构件的力学性能不断退化，从而导致结构各部分不同程度损伤和劣化。

首先，由于桥梁所用的混凝土在大气中的碳化会降低混凝土碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，还会加剧混凝土的收缩，导致混凝土的开裂和结构的破坏。因此，混凝土碳化与混凝土结构的耐久性密切相关。另外，混凝土碱集料反应的产物硅胶体会遇水膨胀，产生很大的膨胀压力，从而引起混凝土开裂。这种裂缝出现后，会加速混凝土的其他破坏，如空气、水、二氧化碳等的侵入，使混凝土碳化和钢筋锈蚀速度加快，钢筋锈蚀产生铁锈的体积远大于钢筋原体积，又会使裂缝扩大。混凝土性能的劣化逐步失去了对钢筋的保护能力，同时其强度随时间也有所变化，强度标准差随时间的增大而增大。

其次，由于自然和人为因素，使氯离子侵入混凝土内部，破坏钢筋表面的钝化膜而使钢筋锈蚀。钢筋锈蚀达到一定程度时，由于锈蚀产物体积膨胀而造成混凝土保护层开裂。腐蚀量越大，裂缝宽度也越大，当锈蚀发展到较严重时，混凝土保护层表面将出现数条裂缝，主裂缝与锈蚀量呈现共同增长趋势。钢筋的锈蚀不但使其截面积有所损失，材料的性能也会发生衰退，从而影响混凝土构件的承载能力，因此钢筋锈蚀是钢筋混凝土桥梁结构耐久性降低的最主要因素。

另外，混凝土长期的受力作用使其徐变逐渐增加，桥梁运营6—7年后，桥面跨中标高均会有不同程度相对下挠，长期应变受混凝土受载龄期的影响很大。混凝土徐变引起的应力重分布。而且在大跨度梁预应力施加中，实际情况难以与设计十分吻合，长时间受力加上徐变收缩的影响，预应力损失将是影响混凝土桥梁结构耐久性的主要因素。

最后，由于桥梁所采用的材料实际上存在许多微小的缺陷，所承受的车辆荷载和风荷载 .都是随机动荷载，会在结构内产生循环变化的应力，在循环荷载作用下，这些缺陷会逐渐发展、合并形成损伤，逐步在构件中形成裂纹。如果宏观裂纹得不到有效控制，可能会引起材料、结构的脆性断裂。另外，桥梁的线形不平顺、接头跳车、结构开裂和过大的变形等，都会使桥梁结构的耐久性变差。

4提高混凝土桥梁结构耐久性的对策

由于混凝土桥梁结构的破坏和腐蚀，给桥梁工程造成了重大的安全隐患和经济损失，如果不重视混凝土桥梁结构的耐久性问题，将付出极大的经济代价。所以，作为一名桥梁工程人员来说，应在桥梁工程管理、设计、施工与运营过程中予以高度的重视，转变以往只重视桥梁结构安全性、使用性而轻视桥梁结构耐久性的习惯，确实的把桥梁结构耐久性提高到与结构可靠性同等高度上。

下面从科研、设计、施工个方面浅述一下提高混凝土桥梁结构耐久性的对策：

（1）从科研的方面来说，应加强提高桥梁结构耐久性理论和方法的研究，不仅从材料机理上研究结构的老化损伤过程及主要因素，更应从结构全局出发，研究耐久性设计、评估、维修决策与优化，寻求新的结构设计理念和方法，从结构和设计的角度为设计和施工人员提供易于操作的的耐久性设计理念和方法。

（2）从设计方面来说，应在设计中逐步提高对桥梁结构耐久性重要性的重视，每一位桥梁设计师应建立耐久性设计思想。桥梁设计时要从构造、材料等角度采取措施，充分考虑不同的环境和使用条件及不同的设计对象对结构体系提出不同的布局和构造等方面的要求及充分考虑到现阶段的施工、管理水平和材料工艺水平，采用适当的设计方法来保证桥梁使用性能，特别是要注意结构体系和材料选择的合理性及结构细节处理与目前的施工工艺水平和质量管理水平的协调性。

（3）从施工方面来说，应不断提供施工管理水平和施工质量，在施工时，要做到工艺先进可行、工序严格控制。提高重视结构耐久性施工措施的意识，尽量避免施工中出现的一些问题，如有些工程为了赶工期，认为减少混凝土的养护时间，养护方法不正确，混凝土保护层施工误差较大等等；应从影响结构寿命的角度出发，保证养护时间，对于不同情况下采用正确的养护方法，保证保护层厚度精确施工，把提高耐久性作为施工控制的重要目标来施工。■