公路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計分析

馬全勝

【摘要】本文根據(jù)筆者的工作實踐，對公路工程混凝土結(jié)構(gòu)性及其影響因素作出了詳細(xì)的闡述。

【關(guān)鍵詞】公路工程；混凝土結(jié)構(gòu)

【Abstract】Based on the author's work practice， and its impact on the structural factors of concrete highway projects made detailed elaboration.

【Key words】Concrete structures；Highway Engineering

1. 概述

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，混凝土也得到廣泛的運用，人們對于混凝土的了解也僅限于其具有良好耐久性能，因此，混凝土耐久性能中的問題卻被人們所忽略，從而導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)成的耐久性的研究未能跟上工程行業(yè)發(fā)展的步伐，并容易因此產(chǎn)生較多的不利因素。根據(jù)相關(guān)行業(yè)的調(diào)查研究，造成混凝土結(jié)構(gòu)耐久性喪失的因素有許多，包括混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工過程及維修幾個方面。雖然鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性的相關(guān)要求沒有在設(shè)計規(guī)范中明確注明，但是這一規(guī)定也沒能有效的在設(shè)計中體現(xiàn)，使得工程設(shè)計至今為止仍然存在著忽略耐久性設(shè)計的現(xiàn)象。研究表明，混凝土耐久性設(shè)計的關(guān)鍵并不在于對裂縫的控制。在《橋規(guī)JTGD62》中明確記錄了關(guān)于混凝土耐久性設(shè)計的內(nèi)容，詳細(xì)指出環(huán)境條件下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計和施工的原則及要求，是整個結(jié)構(gòu)設(shè)計上的飛躍，是工程行業(yè)的技術(shù)革新，對于工程設(shè)計質(zhì)量的提升有著很大作用。

2. 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性及影響因素

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性主要是體現(xiàn)其抵抗性能的關(guān)鍵，在受到氣候作用、物理化學(xué)作用及其他破壞過程后仍有抵抗作用?；炷寥菀桩a(chǎn)生有裂縫、孔道、氣泡等缺陷，在這些缺陷中，容易受到環(huán)境影響，容易出現(xiàn)碳化或凍融現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致銹蝕出現(xiàn)，因此使鋼筋混凝土的受力性能受到影響。鋼筋機(jī)構(gòu)還容易受到腐蝕及撞擊的外在因素的影響。混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性主要表現(xiàn)在胰腺癌三個方面：第一，由于裂縫、磨損、破碎及溶蝕等現(xiàn)象造成混凝土的損傷。第二，鋼筋的銹蝕，產(chǎn)生脆化、疲勞等現(xiàn)象出現(xiàn)。第三，鋼筋與混凝土之間的固定作用得到削弱。在近期看，這些因素容易使建筑物的外觀及使用功能受到影響，從長遠(yuǎn)看來，導(dǎo)致建筑物的安全性能降低，存在安全隱患的發(fā)生，并使建筑物的使用壽命受到影響。

導(dǎo)致混凝土耐久性變化的因素有一些幾個方面：混凝土材料的性能；混凝土機(jī)構(gòu)的設(shè)計及質(zhì)量；）混凝土結(jié)構(gòu)的施工環(huán)境；混凝土結(jié)構(gòu)的使用及防護(hù)方式。

影響混凝土材料的耐久性的內(nèi)因主要體現(xiàn)在其自身的性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工質(zhì)量幾個方面?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性也直接受到混凝土材料的影響，如水泥的配合比、評中級數(shù)量等因素。以及混凝土的缺陷與相應(yīng)因素想混合，都使混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性受到影響。

影響混凝土材料的耐久性的外因主要表現(xiàn)在施工環(huán)境及防護(hù)措施兩方面。由于環(huán)境因素造成的混凝土結(jié)構(gòu)的損傷及破壞主要表現(xiàn)在：

2.1碳化現(xiàn)象的發(fā)生

混凝土碳化現(xiàn)象主要是通過與外界環(huán)境因素與混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鋼筋的表層會有一層堿性薄膜產(chǎn)生，作為保護(hù)層在鋼筋材料中避免與酸性介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象。碳化現(xiàn)象的發(fā)生，實際上是導(dǎo)致混凝土的性能發(fā)生變化，降低了其自身的堿性作用，不僅造成保護(hù)膜受到損害，而且與其他物質(zhì)接觸后會使鋼筋出現(xiàn)銹蝕。

2.2氯離子的侵蝕現(xiàn)象

氯離子通過與外界環(huán)境的接觸對混凝土造成反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)侵蝕的現(xiàn)象氯離子主要來源于海水中，由于北方受到環(huán)境的影響，冬季為了消除道路上的冰雪，采用鹽來進(jìn)行作業(yè)，容易產(chǎn)生氯離子滲入混凝土中出現(xiàn)化學(xué)侵蝕，使結(jié)構(gòu)的整體受到破壞，最終導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。

2.3堿骨料的反應(yīng)現(xiàn)象

由于水泥中的堿與骨料中的活性硅相結(jié)合發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)就是所謂的堿與骨料反應(yīng)，由于堿與硅酸鹽相互凝結(jié)，加上水分自身所擁有的膨脹作用，使混凝土出現(xiàn)裂縫問題。

混凝土受到堿和骨料相結(jié)合的反應(yīng)造成其結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，其破壞程度在其他影響因素中發(fā)展最快，如持續(xù)下去，后果不堪設(shè)想。如果堿和骨料一旦發(fā)生反應(yīng)，要想控制，就會相當(dāng)困難。正常情況下不超過兩年，混凝土就夠就會出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，所以混凝土結(jié)構(gòu)的主要癥狀就在于堿與骨料發(fā)生的反應(yīng)。

2.4凍融現(xiàn)象的發(fā)生

由于水分會滲透進(jìn)入混凝土里邊，在氣溫較低的情況下會出現(xiàn)結(jié)冰情況，然后會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)膨脹，使混凝土的結(jié)構(gòu)受到損害。隨著溫度的不斷改變，會循環(huán)出現(xiàn)結(jié)冰、消融現(xiàn)象，最終使混凝土自身的強(qiáng)度得到損害，最終會導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)破落及裂縫等現(xiàn)象發(fā)生。

2.5鋼筋材料的銹蝕

影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性及使用壽命的關(guān)鍵因素就是鋼筋的腐蝕。鋼筋混凝土通過碳化及鈍化現(xiàn)象導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)腐蝕，鋼筋的腐蝕主要是通過對鋼筋表層的堿性鈍化膜的破壞，并與水分及氧氣的相互結(jié)合造成的。鋼筋腐蝕的表現(xiàn)還通過體積膨脹來表現(xiàn)出來，使混凝土出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，導(dǎo)致鋼筋與混凝土間的粘結(jié)力度降低，鋼筋的截面面積減少，使結(jié)構(gòu)承載力度及使用壽命受到影響。由于上述的影響因素，加以時間的過度推移，使上述現(xiàn)象逐漸加重，容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

3. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計

混凝土材料的自身優(yōu)勢及結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境是影響混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵性因素，其耐久性能與結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工、養(yǎng)護(hù)等都相互聯(lián)系。參考行業(yè)內(nèi)的研究成果及工作經(jīng)驗可以看出，使混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能夠合理的運用主要表現(xiàn)的一下幾個方面：

選用高耐久性的混凝土，使混凝土的密實度增強(qiáng)，促使混凝土自身的抗破損能力得到提升；對橋面的排水及防水層的設(shè)計應(yīng)逐漸加強(qiáng)，使橋梁的環(huán)境作用條件得到合理改善；優(yōu)化橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計，例如，應(yīng)加大混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度，使鋼筋的構(gòu)造得到優(yōu)化，避免裂縫現(xiàn)象的發(fā)生，選用防腐作用好的鋼筋進(jìn)行作業(yè)。

3.1混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的基本要求

要想使混凝土的耐久性得到提升，關(guān)鍵在于混凝土材料的構(gòu)成，其內(nèi)容主要包括水與石灰的配合比，水泥的用量和合適的強(qiáng)度等條件，滬寧圖材料的構(gòu)成是整個工程能否建設(shè)出一個高質(zhì)高效的項目的關(guān)鍵因素及首要前提，對整個工程項目有著很大的影響。 在總則《橋規(guī)JTGD62》中明確收納了關(guān)于混凝土耐久性的內(nèi)容，明確指出在環(huán)境不同的情況下，對結(jié)構(gòu)混凝土的要求、合理的水灰配比、水泥用量、水泥強(qiáng)度及氯離子和堿的含量等因素都做出了相關(guān)規(guī)定。

為此，除了選擇級配良好的集料和精心施工保證混凝土充分搗實和水泥充分水化外，水灰比是影響混凝土密實性的最重要的條件。為了保證混凝土有足夠的耐久性，控制最低水泥用量也很重要的，因為單位水泥用量較高的混凝土，混凝土拌合物比較均勻，可減少混凝土搗實中出現(xiàn)的局部缺陷?；炷量箖鋈诘哪芰εc其含氣量有密切關(guān)系，因此，有抗凍要求的結(jié)構(gòu)混凝土應(yīng)摻入適量的引氣劑。

3.2使鋼筋混凝土的保護(hù)層厚度得到增加。

混凝土之所以會出現(xiàn)碳化現(xiàn)象是由于鋼筋銹蝕現(xiàn)象產(chǎn)生的。是根據(jù)混凝土保護(hù)層碳化而引發(fā)的鋼筋表層保護(hù)膜遭到破壞，導(dǎo)致鋼筋出現(xiàn)銹蝕。加厚鋼筋外層的保護(hù)膜厚度，盡可能的降低鋼筋銹蝕的現(xiàn)象出現(xiàn)，有效的提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能。

3.3保護(hù)層厚度大于50mm時，亦在保護(hù)層內(nèi)設(shè)置鋼筋網(wǎng)。

《耐久性設(shè)計與施工CCES01》規(guī)定，鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度C應(yīng)保持在一般應(yīng)不小于表給出的最小保護(hù)層厚度與保護(hù)層厚度施工負(fù)允差△之和，即C≥Cmin+△，式中的施工負(fù)允差△對現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件可取5～10mm，對工廠生產(chǎn)的預(yù)制構(gòu)件可取0～5mm，視鋼筋施工定位工藝和質(zhì)量保證的可靠程度而定，必要時可取更高的數(shù)值。

3.4鋼筋的構(gòu)造得到加強(qiáng)，混凝土裂縫得到控制。

混凝土中出現(xiàn)裂縫的原因是由于混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)損傷及破壞，混凝土病害產(chǎn)生的最主要表現(xiàn)就是裂縫現(xiàn)象?；炷恋臐B透性受到裂縫的影響，侵蝕作用也就越大，混凝土的耐久性也會降低。混凝土侵蝕的速度很快，一般出現(xiàn)在混凝土出現(xiàn)裂縫以后，最終導(dǎo)致混凝土耐久性能逐步降低。所以，提升混凝土的耐久性能是控制混凝土裂縫的關(guān)鍵所在。依據(jù)相關(guān)規(guī)范及要求，正確處理相關(guān)裂縫工作的控制，采取合理有效的措施進(jìn)行改造，使混凝土施工過程中盡可能的減少工程項目中的裂縫問題出現(xiàn)。

《橋規(guī)JTGD62》總則中突出強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)水平防縮鋼筋和箍筋在控制裂縫中的作用，提高了水平防收縮鋼筋的配筋率和箍筋間距的限制。

3.5提升后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋管道壓漿質(zhì)量的方法。

影響混凝土耐久性的另一關(guān)鍵因素是后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋管道的壓漿質(zhì)量。相關(guān)總則規(guī)定，預(yù)應(yīng)力鋼筋管道壓漿所用水泥漿的抗壓強(qiáng)度不得低于30MPa，水灰比應(yīng)保持在0.4-0.5之間，為了減少收縮，可以運用相關(guān)技術(shù)，對其摻入適量的膨脹劑進(jìn)行試驗。

《耐久性設(shè)計與施工》提出，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的突然破壞是預(yù)應(yīng)力鋼筋的腐蝕現(xiàn)象導(dǎo)致的，由于事先不易被發(fā)現(xiàn)，在設(shè)計中應(yīng)特別注意，運用多重防護(hù)手段，對容易造成氯鹽侵蝕的因素應(yīng)特別注意。對于錨具及連接器等鋼材設(shè)備，應(yīng)采用環(huán)氧涂層或涂鋅，要求后張預(yù)應(yīng)力體系管道具備良好的密封性能，不能用金屬材料的螺旋管替代，應(yīng)采用良好密封性能的高密度塑料波形管，對于管道的灌漿材料及方法應(yīng)做好事前的準(zhǔn)備工作，避免由于漿體硬化造成的氣孔出現(xiàn)，運用真空灌技術(shù)，特殊情況下還可以在在觀景材料中加入適量的防銹劑。

3.6對橋面的鋪裝防水設(shè)計進(jìn)行有效控制。

橋面的鋪裝防水設(shè)計對整個工程的防護(hù)有很大的影響，對工程應(yīng)進(jìn)行合理有效的施工及設(shè)計。

對于橋面鋪裝層應(yīng)采用自身有較好密實性的并且在C30等級以上的混凝土進(jìn)行施工，在混凝土中應(yīng)該鋪設(shè)鋼筋結(jié)構(gòu)網(wǎng)，使混凝土裂縫現(xiàn)象得到控制。采用復(fù)合纖維混凝土和在混凝土中摻入水泥基滲透結(jié)晶材料（賽柏斯），都能起到較好的防水效果。

要求施工單位應(yīng)在鋪裝層頂面應(yīng)設(shè)置防水層，對于特殊部分，例如連續(xù)梁的負(fù)彎矩段，更應(yīng)合理把握好其防水設(shè)施的設(shè)計，這一點應(yīng)十分重視。

排水管的設(shè)計方面，應(yīng)對排水周圍的構(gòu)造細(xì)節(jié)應(yīng)特別注意，防止水分通過裂縫深入梁內(nèi)。

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