橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析及管理措施

劉 磊

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析及管理措施

劉 磊

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

伴隨著改革開放的腳步，我國基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)在近30年間有著井噴式的迅猛發(fā)展。但隨之暴露的便是日益浮現(xiàn)的建筑質(zhì)量問題，特別是橋梁的使用壽命尤為突出，要想實(shí)現(xiàn)百年優(yōu)質(zhì)工程，就必須提高混凝土就夠的耐久性。而管理這些問題的措施可從材料選取、配合比設(shè)計(jì)、施工控制、養(yǎng)護(hù)管理這幾個方面入手。

橋梁;混凝土結(jié)構(gòu);耐久性;管理措施

一、引言

伴隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)的迅猛發(fā)展，高性能混凝土在我國的公路和鐵路橋梁，超高層建筑及機(jī)場中均獲得了大力的推廣和應(yīng)用。但是作為一種建筑材料．其本身還是存在著一定的缺陷，如對使用環(huán)境、材料選取、配合比設(shè)計(jì)、施工控制、養(yǎng)護(hù)管理等要求相對更為嚴(yán)格。所以抓住內(nèi)因和外因?qū)炷两Y(jié)構(gòu)對其耐久性的影響就是提出管理措施的關(guān)鍵途徑。

二、混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的原理

鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋在混凝土的高堿度環(huán)境中，外表生成的一層致密的鈍化膜，它是一層不滲透的牢靠的粘附于鋼筋或預(yù)應(yīng)力筋表面上的氧化膜，由于這個鈍化膜的存在，使得鋼筋表面不會暴露出活性狀態(tài)的鐵，從而使鋼筋免遭腐蝕。大氣中的二氧化碳和混凝土中的堿性物質(zhì)在氣相、液相和固相這三相環(huán)境中，擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔里，與水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣等相互作用，形成碳酸鈣，使混凝土的堿性逐步下降。拌合用水中攜帶的氯鹽及環(huán)境中的氯離子和環(huán)境中的硫酸根離子亦可在混凝土結(jié)構(gòu)的空隙中形成大量酸性物質(zhì)，使得混凝土的堿性進(jìn)一步降低。

而存在微裂隙或滲透性比較大的混凝土中常會因縫隙中鹽的不停的持續(xù)增大的結(jié)晶應(yīng)力或鹽離子繼續(xù)與混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和酸性環(huán)境對鋼筋的不斷銹蝕而出現(xiàn)膨脹和開裂。開裂加劇了酸雨或海水的侵入，并進(jìn)一步連通了外界與內(nèi)部混凝土及鋼筋間有害化學(xué)反應(yīng)的通道，最后導(dǎo)致水泥水化產(chǎn)物的分解和溶出、鋼筋嚴(yán)重的銹蝕剝離，造成了混凝土孔隙率的增大。掉入這樣一個惡性循環(huán)，最終引起混凝土強(qiáng)度與剛度的損失。

三、影響混凝土耐久性原因

1.內(nèi)因

(1)混凝土澆筑工藝：隨著混凝土泵送施工的大量推廣，就要求混凝土必須是素性、流動性混凝土，這就使混凝土砂率和單方水消費(fèi)量增加，這導(dǎo)致了混凝土的配合比不合理，其結(jié)果是混凝土的耐久性降低，裂紋擴(kuò)展。

(2)材料的質(zhì)量下降：為了減少骨料質(zhì)量降低對混凝土強(qiáng)度和和易性的負(fù)面影響，就要增加水泥得用量，也會引起混凝土裂縫的增加。

(3)保護(hù)層厚度不足：因?yàn)楸Ｗo(hù)層厚度不足，碳化侵入到鋼筋的時(shí)間就減短了，混凝土中氯離子及硫酸根離子增長和由外部侵入的氯離子及硫酸根離子增長，內(nèi)部鋼筋銹蝕從而體積急劇膨脹所引起的開裂現(xiàn)象也越來越嚴(yán)重。

2.外因

(1)物理化學(xué)反應(yīng)：環(huán)境原因引發(fā)的混凝土結(jié)構(gòu)的損傷或破壞主要有混凝土的碳化、氯離子與硫酸根離子的侵蝕、堿與骨料反應(yīng)、凍融循環(huán)破壞和鋼筋銹蝕。混凝土的材料構(gòu)成直接影響它的耐久性，而混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境和保護(hù)手段則是影響其耐久性的外因。

(2)養(yǎng)護(hù)條件：在混凝土硬化12小時(shí)后,都必須進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，以防止水化熱導(dǎo)致的混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差急劇擴(kuò)大。從混凝土內(nèi)部的微裂隙到可見的裂縫對安全使用期是不利的，特別是面對腐蝕、反復(fù)荷載、動力作用等嚴(yán)苛的條件下，裂縫的開展常是混凝土耐久性下降的主要原因。

(3)荷載影響：橋梁混凝土結(jié)構(gòu)大多是長時(shí)間承受彎荷載，這將引起微裂縫的形成與擴(kuò)張，為外部侵蝕介質(zhì)提供方便，加快氯離子和硫酸根離子的滲透和對鋼筋的銹蝕，致使結(jié)構(gòu)提早失效。彎、拉荷載會增加高性能混凝土中氯離子和硫酸根離子的擴(kuò)散速度，應(yīng)力水平越高混凝土中氯離子和硫酸根離子擴(kuò)散越快。

四、管理措施

1.原材料的選擇

(1)水泥：對一般要求的高性能混凝土結(jié)構(gòu)，主要選擇硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；對高性能混凝土結(jié)構(gòu)要求具有耐硫酸鹽侵蝕要求，則可選用中(高)抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。

(2)摻和料：膠凝材料是左右高性能混凝土耐久性的重要原因，對于耐久性占主導(dǎo)地位同時(shí)也要符合較高強(qiáng)度要求的高性能混凝土，除水泥外，摻合料的品質(zhì)好壞，特別是摻合料質(zhì)量的穩(wěn)定性尤其重要。

(3)骨料：細(xì)骨料要求使用中粗砂，且級配良好、含泥量少。在混凝土中起骨架作用的是粗骨料，要率先使用抗壓強(qiáng)度高的粗骨料，骨料應(yīng)該為表面粗糙易于與水泥黏結(jié)的良好級配的碎石。

(4)外加劑：外加劑應(yīng)該優(yōu)先選用性能出眾的多功能復(fù)合減水劑，如聚羧酸鹽高效減水劑。欲配置出工作性好、施工難度小、密實(shí)度高、體積穩(wěn)定的高性能混凝土，就必須使用能與膠凝材料相匹配、又具有高減水率的減水劑。

(5)鋼筋防腐：鋼筋的防腐措施主要是提高混凝土密實(shí)性、增加保護(hù)層厚度、最大限度防止混凝土裂紋產(chǎn)生、采用環(huán)氧涂層鋼筋或鍍鋅鋼筋、使用鋼筋阻銹劑等。

2.配合比設(shè)計(jì)

(1)水膠比：水膠比是控制高性能混凝土孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙率的最主要原因。

(2)膠凝材料用量：根據(jù)混凝土耐久性的需求，單位體積混凝土的膠凝材料用量不能過小，但也不能太大，太大會加劇混凝土的收縮，讓混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

(3)砂率：砂率是影響混凝土工作性的主要因素，適宜根據(jù)膠凝材料用量、粗細(xì)集料的級配及泵送需求等原因進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(4)單位用水量：單位用水量保證了混凝土拌和物流動性。一般情況下，高性能混凝土的單位用水量應(yīng)小于160 kg/m。

3.施工控制

拌制時(shí)采用更高的標(biāo)準(zhǔn)；運(yùn)輸過程中，特別是夏季，盡量調(diào)度調(diào)整縮短混凝土在路上的時(shí)間；在澆筑時(shí)，應(yīng)不離析、不分層、保水性好、流動性好、并能保證施工所要求的稠度；振搗密實(shí)應(yīng)采用插入式高頻振搗器及時(shí)將澆筑的高性能混凝土均勻；拆模時(shí)控制好表面混凝土與環(huán)境間的溫差。

4.養(yǎng)護(hù)管理

養(yǎng)護(hù)手段主要是保濕和控溫。應(yīng)盡量采用灑水或蓄水養(yǎng)護(hù)；為避免混凝土表面溫度的突然變化，在混凝土升溫階段最好采用噴霧養(yǎng)護(hù)；對于底板或腹板最好采用噴涂養(yǎng)護(hù)膜或塑料薄膜養(yǎng)護(hù)，并確保密封性。

五、結(jié)論

本文通過橋梁混凝土現(xiàn)有的技術(shù)及相關(guān)文獻(xiàn)對其耐久性進(jìn)行研究，簡述了其的科學(xué)原理，分析了影響混凝土耐久性的原因，并由此總結(jié)了相應(yīng)管理措施。通過對內(nèi)外因的分析，提出以內(nèi)因?yàn)橹鳌⑼庖驗(yàn)檩o的管理方案；主張精選材料、嚴(yán)控配合比提高混凝土自身工作性，輔以嚴(yán)謹(jǐn)施工、精心養(yǎng)護(hù)來達(dá)到提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的目的。為大跨徑混凝土橋梁，特別是連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)提供了行之有效的提高耐久性措施。對相關(guān)施工和維護(hù)工作具有一定的參考意義。

References)】

[1]程云虹，劉斌，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究現(xiàn)狀及趨勢[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，6(6)：600-605.

[2]李青松，蔣德穩(wěn)，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性初探[J].混凝土，2008，8：37-40.

[3]屈文俊，張譽(yù)．構(gòu)件截面混凝土碳化深度分布的有限元分析[J]．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，27(4)：412—416

[4]Berke N S，Hicks M C．Predicting chloride profiles in concrete[J]．Corrosion Engineering，1994，5o(3)：234—239．

劉磊(1991—)，男，漢族，四川樂山人，重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院碩士研究生在讀，研究方向：大跨徑橋梁設(shè)計(jì)及混凝土結(jié)構(gòu)耐久。