公路橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究現(xiàn)狀

樊麗萍

武漢華中科大土木工程檢測中心 湖北武漢 430070

1 橋梁及其構(gòu)件設(shè)計(jì)使用壽命定義

在橋梁工程中，通常是按照業(yè)主要求確定橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限，因此往往缺乏理論支持。目前，國內(nèi)規(guī)定的橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施使用壽命均為100年，相應(yīng)的規(guī)定比較模糊。但橋梁不同組成部分的退化速度不同，維護(hù)等方面也存在較大差異，因此，橋梁設(shè)計(jì)使用壽命等應(yīng)根據(jù)不同的構(gòu)件制定不同的規(guī)定。

橋梁的使用壽命主要用來定義其主體結(jié)構(gòu)，但組成橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)件較多，且具備不同的功能和材料，因此，這些構(gòu)件在使用時(shí)的壽命跟主體結(jié)構(gòu)的壽命通常并不相同，其表現(xiàn)為在橋梁的使用壽命內(nèi)需要對既有部分構(gòu)件進(jìn)行更換。因此，僅僅使用一個(gè)整體的設(shè)計(jì)使用壽命對全部構(gòu)件進(jìn)行要求，是不太合理的，應(yīng)該對各個(gè)構(gòu)件的設(shè)計(jì)使用壽命進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，以降低維修次數(shù)及建筑和使用期維修成本，尋求與社會經(jīng)濟(jì)成本之間的平衡。

導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)失效的因素較多，主要包括材料劣化導(dǎo)致承載力下降使得安全性得不到保障、過大的維修費(fèi)用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)報(bào)廢、結(jié)構(gòu)功能出現(xiàn)變化等。在對結(jié)構(gòu)使用年限進(jìn)行分析時(shí)，必須考慮經(jīng)濟(jì)、功能以及技術(shù)因素，但這些方面在不同的情況下具有不同的要求，需要根據(jù)結(jié)構(gòu)壽命的終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)對其使用壽命進(jìn)行劃分[1]。

2 混凝土橋梁耐久性退化機(jī)理分析

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在使用時(shí)，抵抗外界環(huán)境以及荷載的作用，并且保證在一定時(shí)間內(nèi)其安全性以及耐久性的能力即耐久性。橋梁在運(yùn)營期間常反復(fù)遭受環(huán)境以及荷載的作用，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的材料性能以及強(qiáng)度有所下降，使橋梁的安全性受到影響。在橋梁實(shí)際運(yùn)營中探索影響其耐久性的因素，并努力找尋解決該問題的措施，并在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用以使橋梁耐久性有所提升，可使得橋梁的使用年限有所提高，進(jìn)一步保證其安全性，提高其經(jīng)濟(jì)性以及設(shè)計(jì)水平。

橋梁的耐久性主要包括兩方面的內(nèi)容，一方面是材料和結(jié)構(gòu)耐久性的退化，一方面是結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)方法。在環(huán)境因素的影響下，引起的混凝土結(jié)構(gòu)的物理變化，如表層出現(xiàn)破損以及凍融的破壞等，以及混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)變化，如溶解或溶出類型的侵蝕等等，導(dǎo)致混凝土材料的耐久性不斷降低。結(jié)構(gòu)耐久性的退化主要是因?yàn)闃?gòu)件間不斷降低的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，以及因銹蝕等因素導(dǎo)致裂縫寬度不斷增加。此外，若在評估橋梁的耐久性時(shí)選取了較少的環(huán)境因素，或是選取了不恰當(dāng)?shù)沫h(huán)境參數(shù)，也是使得橋梁的耐久性有所不足，使其破損提前出現(xiàn)的原因之一。

3 橋梁結(jié)構(gòu)中優(yōu)化耐久性設(shè)計(jì)的措施

3.1 完善橋梁耐久性設(shè)計(jì)參數(shù)

橋梁設(shè)計(jì)中有鑒于環(huán)境類別以及混凝土強(qiáng)度等級所設(shè)計(jì)的最小混凝土保護(hù)層厚度，但在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員往往根據(jù)習(xí)慣而在選取設(shè)計(jì)采用值時(shí)均采用最小值。據(jù)相關(guān)研究有，空氣濕度是影響混凝土橋梁性能的主要因素，根據(jù)國內(nèi)城市的溫濕度調(diào)查中，即使是年平均溫濕度相近的城市，仍然具有差距較大的環(huán)境類別劃分，因而在進(jìn)行混凝土橋梁的耐久性設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行參數(shù)的完善設(shè)計(jì)，除了需要對現(xiàn)有階段的環(huán)境因素進(jìn)行考慮之外，還需增加某些考量因素，以確保在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能的對真實(shí)環(huán)境進(jìn)行模擬[2]。

3.2 提高混凝土保護(hù)層控制

設(shè)計(jì)中建議適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層厚度，減少施工誤差造成的保護(hù)層偏薄問題。并要求施工時(shí)通過優(yōu)化配合比，提高混凝土密實(shí)度?；炷翝仓r(shí)應(yīng)給予充分重視，優(yōu)先選擇質(zhì)量過硬、支撐牢固的模板體系，混凝土振搗要到位，不跑漿，盡量避免出現(xiàn)蜂窩、孔洞等問題。并建議能在配合比試驗(yàn)中摻入優(yōu)質(zhì)的粉煤灰，改變澆筑后混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，提高混凝土的總體密實(shí)度，同時(shí)增加對氯離子擴(kuò)散的阻力。此外，在設(shè)計(jì)文本中應(yīng)明確施工中應(yīng)采取的措施，以控制混凝土有害裂縫的產(chǎn)生。應(yīng)先從材料出發(fā)，要防止混凝土中堿集料反應(yīng)引起混凝土裂縫，優(yōu)先選擇含堿量低的水泥，避免使用堿活性集料，不使用含堿或含堿量低的化學(xué)外加劑等。另外，應(yīng)對集料生產(chǎn)、運(yùn)輸堆放及攪拌等工序進(jìn)行科學(xué)管理，避免含氧化鎂、硫酸鹽等膨脹集料或生石灰碎塊混入集料中，導(dǎo)致集料膨脹反應(yīng)從而引起澆筑后混凝土開裂。

3.3 加強(qiáng)橋梁的防水設(shè)計(jì)

確保橋梁構(gòu)造以及防止橋梁被腐蝕的第一道屏障是橋梁的防水工程。在進(jìn)行橋梁的耐久性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先加強(qiáng)其防排水的設(shè)計(jì)。橋梁的防排水設(shè)計(jì)需保證整體性原則，所建立的防水體系應(yīng)確保具有可檢，可修，可換的性能，主梁內(nèi)的通風(fēng)以及排水系統(tǒng)應(yīng)較為良好，以保證主梁所處環(huán)境的干燥性，橋臺以及背墻應(yīng)滿足快速排水要求，設(shè)置防水措施于橋面板以及邊梁，采取可更換的構(gòu)件或者涂層確保鋼筋不被腐蝕。更加需要看重橋梁細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，確保構(gòu)件的可靠性。

3.4 混凝土表面增設(shè)防護(hù)涂層

混凝土結(jié)構(gòu)表面涂裝是在混凝土表面形成一層耐侯、抗?jié)B、耐久的涂層，增加了一層阻止介質(zhì)進(jìn)入混凝土的防線。目前，越來越多的橋梁結(jié)構(gòu)采用了混凝土涂裝的方案，均取得了較好的使用效果?；炷练雷o(hù)涂層應(yīng)在混凝土完全養(yǎng)護(hù)完畢后進(jìn)行；當(dāng)在舊混凝土結(jié)構(gòu)上使用時(shí)，應(yīng)對疏松空隙的混凝土進(jìn)行表面預(yù)處理后再進(jìn)行涂裝，既不影響熟化期混凝土的排水、排氣，也能有效阻止有害介質(zhì)在混凝土使用過程中侵入[3]。

4 結(jié)語

在公路橋梁設(shè)計(jì)中，若對耐久性的考慮嚴(yán)重不足，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能無法達(dá)到使用的需要，極易造成安全事故發(fā)生，后續(xù)維護(hù)與管理費(fèi)用也會比較高，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)及巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要充分考慮這些問題，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案，延長橋梁使用壽命，滿足交通運(yùn)行的需要。