桥梁工程混凝土耐久性设计及应用分析

郝东洪

中交铁道设计研究总院有限公司东北分公司 辽宁 沈阳 110034

混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下及环境介质反复作用下抵抗各种破坏因素，长期保持强度和外观完整性的能力。在规定的使用年限内，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。混凝土结构及其构件的耐久性应根据不同的设计使用年限及其相应的极限状态和不同的环境类别及其作用等级进行设计。同一结构中的不同构件或同一构件中的不同部位由于所处的局部环境条件有异，应予区别对待。混凝土的耐久性和桥梁的安全性密切相关，改善桥梁混凝土的耐久性，提高桥梁的安全性和使用寿命是一个重要的现实问题。

1 影响桥梁工程混凝土耐久性的主要因素

1.1 气候条件

由于温度的变化，会引起混凝土的膨胀和收缩。冻融因素是导致混凝土劣化的普遍因素之一。混凝土设计需要重点考虑冻融循环的发展次数和冰冻条件。混凝土是一种多孔隙的复合材料，孔隙中可能进入外部水分。温度降低到冰点以下时，孔隙中的水就会冻结，体积就会增加，孔隙就会受到压力影响而变形，融化以后又会产生拉应力，在反复的冻融下，如果混凝土的极限抗拉强度比孔壁的拉应力低，就会出现裂缝，甚至导致混凝土的崩裂[1]。混凝土的密实性和抗渗性能有关，如果密实性低，就会有许多水分进入，破坏混凝土的结构。因此需要提高抗冻融能力，降低水灰比，或者采用引气剂，提高抗冻性能。

1.2 暴露条件

桥梁混凝土的耐久性受混凝土的耐腐蚀性的影响，混凝土本身有氯离子，在扩散中会进入内部污染混凝土，降低混凝土的性能。氯离子的穿透能力比较强，渗透扩散能力也很强，容易引起钢筋锈蚀，导致混凝土的开裂[2]。氯化物侵蚀形成的锈蚀产物，也会影响混凝土的结构，从而影响桥梁的寿命。氯化物的锈蚀速度与水灰比、pH、水泥用量和保护层厚度有关。

1.3 荷载条件

荷载条件也是影响混凝土耐久性的重要因素，包括风、地震、车辆等的作用。混凝土的表面会受到车辆、流水悬浮物、流水气泡冲击等的影响。通常桥面板的主要性能指标不是表面磨损，在水面有大量浮冰、带钉轮胎地方等，可能出现比较严重的磨损。

2 桥梁工程混凝土耐久性设计和应用

2.1 勘察设计阶段

科学有效的设计才能保证工程的质量，桥梁工程面临的环境复杂多样，所需要的混凝土也有不同的差异。环境的作用本身多变，不确定性大，对结构材料的影响也有待于进一步的明确。在混凝土勘察设计阶段，要通过理化试验准确确定结构处于的环境类别，准确判断各种地理因素条件。桥梁工程混凝土的耐久性设计，需要依据桥梁所处的环境类别和作用等级，结合桥梁的使用年限进行设计确定[3]。桥梁结构的设计内容要包括耐久性质量要求、防腐蚀附加措施、环境类别和作用等级、使用年限、防水排水等构造措施、混凝土裂缝控制要求、结构形式和构造、桥梁结构的检测维护等。

桥梁的使用寿命和环境有关，在混凝土设计时，首先要勘察所处的环境条件。我国对于混凝土耐久性的设计规范中，根据结构环境将混凝土材料腐蚀机理分成五类，一般环境下的为保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀；在冻融环境下腐蚀的机理为由于反复冻融，导致混凝土损伤；海洋氯化物环境下，由于氯盐导致的钢筋腐蚀，与除冰盐等其他氯化物环境下的机理一样；化学腐蚀环境中的机理是由于化学作用，导致的混凝土的腐蚀。要准确判断环境的类别，以及腐蚀的机理，合理设计混凝土，保证混凝土的耐久性。

2.2 混凝土原材料的选择

在桥梁工程混凝土的设计中，要明确提出混凝土原材料的选用、混凝土配比的主要参数及引气等要求，根据需要提出混凝土的氯离子扩散系数、抗冻耐久性指数或抗冻等级等具体指标。在设计中要进行试验配比，设计具体的材料和配比，进行混凝土抗压强度试验、盐冻试验、普通快速冻融试验，评价混凝土防止钢筋锈蚀的能力，确定钢筋锈蚀率和氯离子扩散深度。桥面混凝土需要有高的抗冻性以及高的抗盐冻剥蚀能力。空心板梁混凝土，需要有高的抗钢筋锈蚀能力、抗冻性、抗盐冻剥蚀能力[4]。承台墩柱混凝土，需要高的抗冻性、抗盐冻剥蚀能力。根据桥面和承台墩柱混凝土的坍落度，选择合适的减水剂，并用引气剂来进行调整。

混凝土原材料的选择要综合考虑环境条件、设计目标、腐蚀类型等，主要有粗细骨料、掺和料、水泥、拌合水、外加剂。不同的环境条件要选择合适的水泥品种，保证混凝土的耐久性，需要水泥品质的稳定，同时保证强度等级，合理控制有害物质含量。矿物掺和料能够改善混凝土的综合性能，有些矿粉有利于提升混凝土的耐久性，但可能会降低强度，因此需要经过试验确定使用的量和选择的品种，并且不含有有害物质，符合性能要求。混凝土的耐久性也受到骨料级配、粒形的影响，需要根据环境情况进行试验，测试骨料的物理力学性能，选择适合的级配和粒形。混凝土中使用的外加剂有引气剂、减水剂、阻锈剂等，适量的外加剂能够改善混凝土的性能，提高耐久性。外加剂的使用要符合混凝土的规定，依据实际工程情况进行选择。

2.3 合理设计施工应用控制

在混凝土耐久性设计中，要注重施工环节的设计和控制，保证耐久性混凝土的应用。配制混凝土的主要依据是用水量和配合比，要避免随意加水，控制好设计参数的应用，避免影响混凝土的结构强度和性能。保证混凝土的耐久性还需要有好的密实性和均匀性，因此要严格控制混凝土的浇筑过程，及时解决实际问题[5]。在浇筑前设计方案，依据方案进行工作。混凝土进入现场需要检验坍落度，检验混凝土拌合料的工作性，如果不符合要求，要及时补救。混凝土浇筑要保持合适的温度，寒冷的冬季要有防冻和保温措施，炎热的季节要有降温措施。混凝土的耐久性和强度与养护也密切相关，养护的关键是温度和湿度，主要方法有两种，湿养护和蒸汽养护，依据现场实际情况确定养护方法。

要注重混凝土裂缝的控制，避免裂缝对混凝土安全性和耐久性，以及桥梁外观的影响。通常混凝土材料的抗拉强度比外界的拉应力低，就会产生裂缝。裂缝的原因不同，采取的控制方法和措施也有差别。在桥梁工程混凝土设计中，需要注重构件的形状，防止刚度的突变，依据裂缝宽度和变形的要求设计桥梁截面的刚度，合理布置钢筋和结构分缝。施工中需要严格控制原材料的质量和施工工艺，避免质量缺陷。

总之，桥梁工程混凝土的耐久性受多方面因素的影响，

混凝土的耐久性关系着整个桥梁的工程质量和使用寿命，因此要合理设计混凝土结构，加强对施工环境的勘察，综合环境类别、使用年限等合理设计，科学设置原材料，合理设计配比，进行相关试验，保证混凝土的性能，注重施工使用中的质量控制，控制各个环节的混凝土使用，保证混凝土的耐久性。

参考文献

[1] 杨仁贵.混凝土桥梁耐久性设计与施工关键技术探讨[J].黑龙江交通科技,2016,39(9):129-129.

[2] 张军,刘佳钰.试论钢筋混凝土桥梁耐久性设计[J].城市道桥与防洪,2016,(1):46-47.

[3] 周浩,刘勇志.钢筋混凝土桥梁耐久性设计方法[J].工程建设与设计,2016,(13):124-125.

[4] 张志超,邱华,王爽,等.桥梁混凝土耐久性设计[J].工程技术研究,2017,(6):213-214.

[5] 袁益超.混凝土桥梁结构的耐久性设计与优化方式研究[J].工程技术:引文版,2017,(1):00294-00294.