提高納潮河大橋結構耐久性的措施

摘要：納潮河大橋位于渤海灣，橋位環境比較惡劣，為保證橋梁在使用環境下高效、安全運營，根據自然環境，對結構發生侵蝕的原因進行了分析，提出了采用高性能混凝土，改進結構設計，加強施工管理的應對措施，達到了提高混凝土耐久性的效果。

關鍵詞：橋梁；混凝土耐久性；防腐措施

1概述

混凝土作為一種良好的建筑材料，大量應用于橋梁工程。在橋梁結構設計時，設計人員對結構的安全度普遍關注，在設計過程中予以充分考慮，但耐久性問題往往得不到足夠重視，甚至忽略。事實上，混凝土橋梁的安全性在很大程度決定于混凝土的耐久性。由于耐久性不足，許多橋梁運營不到幾年或十幾年后就開始出現不同程度的腐蝕現象，不得不進行修補和加固，甚至拆除重建。

納潮河大橋位于渤海灣，主橋為（80+128+80）m部分斜拉橋，引橋采用32.7m現澆連續梁，全橋長1397m，設計基準期為100年。梁、橋塔、墩柱和承臺均采用現澆混凝土。結構處于海洋環境下，自然環境對結構的腐蝕作用十分明顯和嚴重，必須提高混凝土結構的耐久性。

2 環境介質對混凝土耐久性的影響

由于混凝土的缺陷（例如裂隙、孔道、氣泡、孔穴等），環境中的水及侵蝕性介質就可能滲入混凝土內部，產生碳化、凍融、銹蝕作用而影響結構的受力性能，并且結構在使用年限內還會受到各種機械物理損傷（磨損、撞擊等）及沖刷、溶蝕、生物侵蝕等的作用。不同的環境類別，不同的侵蝕介質，對混凝土腐蝕的機理不同，混凝土損傷的表現形式也不盡相同，所以要提高混凝土結構的耐久性，首先須明確結構所處環境類型，調查環境介質對混凝土腐蝕的表現形式，分析混凝土劣化的主要因素后，才能提出切實可行的防護措施。

橋位位于渤海灣，具有明顯的暖溫帶半濕潤季風氣候特牲，多年平均氣溫12.1℃，極端最高氣溫38.7℃，極端最低氣溫－20.9℃，月平均最高氣溫26.1℃，月平均最低氣溫-4.1℃，年平均相對濕度65%。地表水PH=7.55，CL-含量為18037.7mg/L，含量為4317.9mg/L， 地下水PH=7.07～7.32，CL-含量為16549.1～17915mg/L， 含量為3861.6～6413mg/L。通過冰情調查，工程區域易受寒潮影響結冰。

通過調查分析，混凝土結構處于II類近海環境，存在碳化環境、氯鹽環境、化學侵蝕環境、凍融破壞環境和磨蝕環境共5種環境類別。根據環境條件，混凝土腐蝕的主要表現形式為混凝土的碳化、氯離子的侵蝕、堿-骨料反應、凍融循環破壞、鋼筋銹蝕、冰凌沖擊磨損等。分析上述侵蝕類型，冰凌沖擊磨損可通過設置構造物控制，硫酸鹽等鹽類侵蝕和堿-骨料反應破壞，可以通過控制混凝土成分來避免，均不是混凝土結構劣化的主要因素。研究證明混凝土的碳化速度遠遠低于氯離子的侵蝕速度。納潮河大橋位于寒冷地區，這樣氯離子的侵蝕、凍融循環破壞是引起鋼筋銹蝕、混凝土劣化的主要因素。

3 提高混凝土耐久性的措施

國內外大量調查分析發現，引起混凝土結構耐久性失效的原因存在于結構設計、所處環境、施工及維修等各個環節，主要取決于混凝土材料的自身特性、結構設計與施工質量、混凝土結構所處的環境和結構的使用條件和防護措施。其中混凝土材料的自身特性、結構設計和施工質量是決定其耐久性的內因。混凝土結構所處的環境條件和防護措施，是影響混凝土結構耐久性的外因。所以提高混凝土耐久性的根本途徑在于提高混凝土自身的耐久性能，即采用高性能混凝土，加強結構設計和施工管理，同時采用必要的輔助防腐措施。

3．1 采用高性能混凝土

3．1．1 原材料控制

配制高性能混凝土一般應選用品質穩定的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，低水化熱，低C3A、低堿含量。

拌和粗集料應質地均勻、粒形和級配良好、吸水率低、潔凈且堅實。細集料為級配良好的中粗河砂，嚴禁使用海砂。對于骨料中的有害物質（如Cl-、堿含量）必須按照《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范》（JTG/T B07-01-2006）的規定進行限制。嚴格控制混凝土中堿含量，可以有效防止堿-骨料反應，但并不是水泥堿度越低越好，長期保持混凝土的高堿度，是鋼筋得到保護的基本條件，也是保證混凝土耐久性的關鍵問題之一。

3．1．2 使用活性礦物摻和料

活性礦物摻和料是配制高性能混凝土必不可少的材料，其中粉煤灰、硅粉和磨細礦渣是優良的輔助膠凝材料。通過摻加優質輔料，可以改善混凝土和易性，減少混凝土泌水和離析，改善混凝土的孔結構，提高混凝土的密實度，減少混凝土的滲透性尤其是減少氯離子滲透，還可以改善混凝土抗硫酸鹽侵蝕，減少堿一集料反應破壞等。

3．1．3 使用混凝土添加劑

在混凝土中摻加減水劑，可以減少拌合水量，達到提高混凝土密實性的目的。摻入引氣劑，是提高混凝土抗凍耐久性的主要措施，引氣劑可以在混凝土攪拌過程中產生大量均勻分布的微小氣泡，起到分散、濕潤作用，從而改善混凝土和易性，提高抗鹽凍性和抗滲性能。在潮差區和浪濺區混凝土結構中加入適量的鋼筋阻銹劑，從而延長鋼筋混凝土的使用壽命。

3．1．4 優化混凝土配合比

配合比設計是耐久性混凝土的關鍵環節之一，應嚴格控制水灰比和最小、最大膠凝材料用量。在條件許可的情況下，盡量采用較低的水灰比，以減少收縮，提高混凝土的密實性，降低混凝土的滲透性，延緩碳化和CL-、 的侵蝕過程。

3．2 橋梁結構設計

橋梁結構優先采用全預應力構件，以保證橋梁在全壓狀態下工作，如果個別部位無法滿足全預應力的要求，可采用部分預應力A類構件，以保證結構在正常使用狀態下不出現裂縫，盡量不采用部分預應力B類構件。

適當提高混凝土強度等級，增加梁高，以提高結構的承載能力，改善主梁應力狀況。

適當增加腹板、頂板、底板厚度。為降低結構自重，設計時常取較小的尺寸，較密的鋼筋布置在較小的斷面內，振搗困難，鋼筋間的骨料和膠結材料不多，粗、細骨料分布不均勻，導致施工質量不佳，同時也不易保證混凝土保護層厚度的最低要求。

增加縱向預應力下彎束。以往設計時為方便施工，多采用平直鋼束，減少腹板下彎束，通過配置豎向預應力鋼筋克服主拉應力。而調查表明，豎向預應力鋼筋施工質量一般不理想，由它引起的混凝土豎向壓應力很可能達不到計算值。為此配置下彎束，以發揮曲線鋼束對減小主拉應力的作用。

加大混凝土的保護層厚度。鋼筋外留足夠的混凝土保護層厚度是控制CL-滲透的有效措施，但過厚的混凝土保護層又會限制構件力學性能的發揮，并且不利于對裂縫寬度的控制。根據結構部位和受力特點，納潮河大橋橋墩主筋保護層采用80mm，承臺主筋保護層采用100mm，樁基主筋保護層采用90mm。橋墩、承臺設置較厚的保護層，也可有效減緩冰凌磨蝕損傷。

加強橋梁防排、水設計。橋面鋪裝采用瀝青混凝土加防水混凝土結構，瀝青混凝土鋪裝同路面結構，防水混凝土鋪裝層采用C40混凝土，上設防水層，內摻防水材料，設置冷軋帶肋鋼筋網片；墩臺頂面設置不小于5%的雙向坡，以免積水；加強梁體、伸縮縫、泄水管周邊細節處理，防止水分滲入梁或墩臺。

優化結構細節設計。如加強構造配筋，以防止和控制混凝土裂縫；優化預應力混凝土構件錨頭封堵；預應力管道采用塑料波紋管；采用海洋耐蝕球形支座；嚴格限制混凝土裂縫寬度；設置破冰棱以減緩流冰沖擊等，盡量做到結構的每一部位防腐蝕能力相一致，以提高全橋整體耐久性能。

充分利用鉆孔樁施工用鋼護筒，作為第一道防腐屏障。

3．3 施工措施

采用真空壓漿工藝，提高孔道灌漿質量，保證管道內水泥漿飽滿、密實。

采用滲透性控制模板。主要在浪濺區、潮差區使用，橋墩施工時，在模板內側貼一層土工布，聚集在模板-混凝土界面上的氣泡和水分，能自動從振搗液化的混凝土表面透過襯里逸出，降低混凝土表面的含水量，同時可確保混凝土在養護期間保持高濕度，抑制結構表面裂縫的產生，提高混凝土表面的密實度和強度。

為防止承臺混凝土表面失水過快，混凝土表面收縮較大而導致混凝土開裂，施工中，承臺混凝土成型抹面結硬后立即覆蓋土工布，混凝土初凝后立即進行養護。

設置高性能混凝土保護層墊塊，以保證混凝土保護層厚度滿足設計要求。

3．4 輔助措施

設置混凝土表面涂層。完好的混凝土保護涂層具有阻絕腐蝕性介質與混凝土接觸的特點，從而延長混凝土和鋼筋混凝土的使用壽命。本橋涂層底漆為環氧玻璃鱗片涂刷一道，厚度大于20?滋m，中間漆用環氧云母氧化鐵中間漆涂刷二道，厚度大于60?滋m，面漆采用丙烯酸聚氨酯面漆涂刷二道。

采用環氧噴涂鋼筋可延長結構壽命，但環氧涂層鋼筋與混凝土的握裹力降低，使鋼筋混凝土結構的整體力學性能有所降低，同時環氧噴涂鋼筋在運輸和施工過程極易損傷涂層，施工過程中對環氧涂層鋼筋的保護要求極其嚴格，加大了施工難度，考慮成本因素，本橋未采用環氧噴涂鋼筋。

結語

納潮河大橋由于橋址區特殊的自然環境，設計時對混凝土耐久性問題相當重視，根據工程調研和環境條件分析得出影響納潮河大橋結構混凝土耐久性的主要因素，并采取了針對性的防護措施。結構耐久性是一項系統工程，應貫穿到設計、施工、維修保養的整個過程中來考慮，只有共同把好質量關，才能確保工程質量，真正達到“正常使用100年”的建設目標。

參考文獻

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作者簡介：王存卓（1977-），男，甘肅定西人，1999年畢業于重慶交通學院橋梁及隧道工程專業，本科，工程師，主要從事橋梁設計方面的工作。