公路桥梁混凝土结构耐久性研究现状

2020-11-27樊丽萍

商品与质量 2020年26期

樊丽萍

武汉华中科大土木工程检测中心湖北武汉 430070

1 桥梁及其构件设计使用寿命定义

在桥梁工程中，通常是按照业主要求确定桥梁结构的设计使用年限，因此往往缺乏理论支持。目前，国内规定的桥梁等基础设施使用寿命均为100年，相应的规定比较模糊。但桥梁不同组成部分的退化速度不同，维护等方面也存在较大差异，因此，桥梁设计使用寿命等应根据不同的构件制定不同的规定。

桥梁的使用寿命主要用来定义其主体结构，但组成桥梁结构的构件较多，且具备不同的功能和材料，因此，这些构件在使用时的寿命跟主体结构的寿命通常并不相同，其表现为在桥梁的使用寿命内需要对既有部分构件进行更换。因此，仅仅使用一个整体的设计使用寿命对全部构件进行要求，是不太合理的，应该对各个构件的设计使用寿命进行相应优化，以降低维修次数及建筑和使用期维修成本，寻求与社会经济成本之间的平衡。

导致桥梁结构出现失效的因素较多，主要包括材料劣化导致承载力下降使得安全性得不到保障、过大的维修费用导致结构报废、结构功能出现变化等。在对结构使用年限进行分析时，必须考虑经济、功能以及技术因素，但这些方面在不同的情况下具有不同的要求，需要根据结构寿命的终结标准对其使用寿命进行划分[1]。

2 混凝土桥梁耐久性退化机理分析

混凝土桥梁结构在使用时，抵抗外界环境以及荷载的作用，并且保证在一定时间内其安全性以及耐久性的能力即耐久性。桥梁在运营期间常反复遭受环境以及荷载的作用，导致桥梁结构的材料性能以及强度有所下降，使桥梁的安全性受到影响。在桥梁实际运营中探索影响其耐久性的因素，并努力找寻解决该问题的措施，并在设计时运用以使桥梁耐久性有所提升，可使得桥梁的使用年限有所提高，进一步保证其安全性，提高其经济性以及设计水平。

桥梁的耐久性主要包括两方面的内容，一方面是材料和结构耐久性的退化，一方面是结构耐久性的设计方法。在环境因素的影响下，引起的混凝土结构的物理变化，如表层出现破损以及冻融的破坏等，以及混凝土结构的化学变化，如溶解或溶出类型的侵蚀等等，导致混凝土材料的耐久性不断降低。结构耐久性的退化主要是因为构件间不断降低的联结强度，以及因锈蚀等因素导致裂缝宽度不断增加。此外，若在评估桥梁的耐久性时选取了较少的环境因素，或是选取了不恰当的环境参数，也是使得桥梁的耐久性有所不足，使其破损提前出现的原因之一。

3 桥梁结构中优化耐久性设计的措施

3.1 完善桥梁耐久性设计参数

桥梁设计中有鉴于环境类别以及混凝土强度等级所设计的最小混凝土保护层厚度，但在设计时设计人员往往根据习惯而在选取设计采用值时均采用最小值。据相关研究有，空气湿度是影响混凝土桥梁性能的主要因素，根据国内城市的温湿度调查中，即使是年平均温湿度相近的城市，仍然具有差距较大的环境类别划分，因而在进行混凝土桥梁的耐久性设计时需进行参数的完善设计，除了需要对现有阶段的环境因素进行考虑之外，还需增加某些考量因素，以确保在设计时尽可能的对真实环境进行模拟[2]。

3.2 提高混凝土保护层控制

设计中建议适当增加混凝土保护层厚度，减少施工误差造成的保护层偏薄问题。并要求施工时通过优化配合比，提高混凝土密实度。混凝土浇筑时应给予充分重视，优先选择质量过硬、支撑牢固的模板体系，混凝土振捣要到位，不跑浆，尽量避免出现蜂窝、孔洞等问题。并建议能在配合比试验中掺入优质的粉煤灰，改变浇筑后混凝土的孔隙结构，提高混凝土的总体密实度，同时增加对氯离子扩散的阻力。此外，在设计文本中应明确施工中应采取的措施，以控制混凝土有害裂缝的产生。应先从材料出发，要防止混凝土中碱集料反应引起混凝土裂缝，优先选择含碱量低的水泥，避免使用碱活性集料，不使用含碱或含碱量低的化学外加剂等。另外，应对集料生产、运输堆放及搅拌等工序进行科学管理，避免含氧化镁、硫酸盐等膨胀集料或生石灰碎块混入集料中，导致集料膨胀反应从而引起浇筑后混凝土开裂。

3.3 加强桥梁的防水设计

确保桥梁构造以及防止桥梁被腐蚀的第一道屏障是桥梁的防水工程。在进行桥梁的耐久性设计时应首先加强其防排水的设计。桥梁的防排水设计需保证整体性原则，所建立的防水体系应确保具有可检，可修，可换的性能，主梁内的通风以及排水系统应较为良好，以保证主梁所处环境的干燥性，桥台以及背墙应满足快速排水要求，设置防水措施于桥面板以及边梁，采取可更换的构件或者涂层确保钢筋不被腐蚀。更加需要看重桥梁细节的设计，确保构件的可靠性。

3.4 混凝土表面增设防护涂层

混凝土结构表面涂装是在混凝土表面形成一层耐侯、抗渗、耐久的涂层，增加了一层阻止介质进入混凝土的防线。目前，越来越多的桥梁结构采用了混凝土涂装的方案，均取得了较好的使用效果。混凝土防护涂层应在混凝土完全养护完毕后进行；当在旧混凝土结构上使用时，应对疏松空隙的混凝土进行表面预处理后再进行涂装，既不影响熟化期混凝土的排水、排气，也能有效阻止有害介质在混凝土使用过程中侵入[3]。