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        混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)探討

        2010-04-14 23:18:14李智慧王艷嬌
        關(guān)鍵詞:墊塊保護(hù)層耐久性

        □ 李智慧 王艷嬌

        混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)探討

        □ 李智慧 王艷嬌

        雖然大多數(shù)橋梁的設(shè)計(jì)壽命在50年甚至100年以上,但是相當(dāng)一部分橋梁混凝土在3~5年內(nèi)即開(kāi)始出現(xiàn)局部開(kāi)裂、剝落等破壞現(xiàn)象。國(guó)內(nèi)的情況也大致如此。因此,橋梁混凝土的耐久性越來(lái)越受到重視。

        一、我國(guó)鋼筋混凝土橋梁耐久性的現(xiàn)狀

        我國(guó)的《公路鋼筋混凝土橋梁及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTJ023-89)規(guī)定,板的保護(hù)層最小厚度為20 mm,混凝土最低強(qiáng)度為C15(用Ⅱ級(jí)以上鋼筋時(shí)C20),直到04規(guī)范(JTG D 62-2004) 才把板的保護(hù)層最小厚度提高到40 mm,但仍遠(yuǎn)低于歐美國(guó)家的相應(yīng)要求。

        與國(guó)外相比,我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的構(gòu)件最小保護(hù)層厚度遠(yuǎn)低于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低是我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋過(guò)早銹蝕,結(jié)構(gòu)過(guò)早老化的最主要原因。我國(guó)當(dāng)前正在進(jìn)行全球規(guī)模最大的土建工程建設(shè),如果我們現(xiàn)在還不重視提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,將在大建還未完成時(shí),就陷入邊新建邊大規(guī)模維修,財(cái)政不堪重負(fù)的怪圈?;炷两Y(jié)構(gòu)耐久性最主要和最直接因素是鋼筋銹蝕。由于鋼筋的保護(hù)層太薄,混凝土的密實(shí)性太差,加上長(zhǎng)期處于露天環(huán)境下,我國(guó)在役的混凝土橋梁出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土開(kāi)裂的現(xiàn)象相當(dāng)普遍。如天津?yàn)I海的3座混凝土橋使用8~10年后,礅柱鋼筋遭嚴(yán)重銹蝕,柱體保護(hù)層普遍剝落;臺(tái)灣澎湖跨海大橋因預(yù)應(yīng)力套管內(nèi)水泥漿體的氯離子濃度超標(biāo)2~5倍,導(dǎo)致鋼絞線銹蝕嚴(yán)重,大橋出現(xiàn)裂縫及混凝土表面爆開(kāi),以至于原設(shè)計(jì)壽命50年實(shí)際使用了6年就需要拆除重建。以上案例均遠(yuǎn)低于城市一般橋梁使用壽命50年,特大橋100年的要求。

        二、提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的對(duì)策

        (一)增加鋼筋保護(hù)層的厚度

        水和氧氣是鋼筋銹蝕的必要條件,所以提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最佳途徑是增加鋼筋混凝土保護(hù)層厚度和增加混凝土材料自身的密實(shí)性,以延緩水分、氧氣及其它有害化學(xué)物質(zhì)侵入混凝土并到達(dá)鋼筋的時(shí)間。有研究表明,腐蝕介質(zhì)滲入混凝土的速度與保護(hù)層厚度的平方成反比,所以增加保護(hù)層厚度是提高混凝土耐久性的最有效方法。國(guó)外一些混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范從上世紀(jì)60年代起均不斷提高鋼筋保護(hù)層最小厚度的規(guī)定。適當(dāng)增加鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度是保證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施。據(jù)有關(guān)專家計(jì)算,如果我們把鋼筋的混凝土保護(hù)層的最小厚度提高到發(fā)達(dá)國(guó)家的水準(zhǔn),每平方米需增加的費(fèi)用一般也就幾十元到百元,這相當(dāng)于現(xiàn)在每平方米幾千元的房?jī)r(jià)來(lái)說(shuō)只是一個(gè)很小的數(shù)目,但它的結(jié)果是結(jié)構(gòu)的壽命可能會(huì)成倍增加。目前我國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性現(xiàn)狀十分嚴(yán)峻,建議按國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)(尤其是鋼筋的保護(hù)層厚度),以提出合理經(jīng)濟(jì)的地方設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

        (二)施工過(guò)程保證鋼筋保護(hù)層的厚度

        由于施工時(shí)的保護(hù)層厚度是很難保證的。加拿大尚允許有20 mm的誤差,在我國(guó)施工精度相對(duì)較低的條件下,1989年規(guī)范將設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度定為20 mm,而實(shí)際保護(hù)層厚度有時(shí)僅為3~4 mm,甚至為更小。一般工程上常用預(yù)制的砂漿墊塊綁在鋼筋籠上來(lái)保證鋼筋的保護(hù)層厚度。但是因?yàn)樵谡饟v混凝土?xí)r,砂漿墊塊容易偏位,不能很好地保證保護(hù)層的厚度。而從某些發(fā)達(dá)地區(qū)采用塑料墊塊、塑料夾來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂漿墊塊,這種塑料墊塊具有自鎖定,一致性好,操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),可以有效控制鋼筋的保護(hù)層厚度。

        科學(xué)技術(shù)在不斷發(fā)展,施工水平也在不斷提高,在提高我國(guó)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),還應(yīng)多了解和采用先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品,提高土建工程的施工質(zhì)量,保證鋼筋的實(shí)際保護(hù)層厚度,提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

        (三)采用高性能混凝土

        為提高結(jié)構(gòu)耐久性,應(yīng)使用密度高的混凝土,這是鋼筋混凝土防蝕的最重要對(duì)策之一。一般而言抗壓強(qiáng)度高的混凝土密度亦高,因此在保持適當(dāng)?shù)男阅苤?,?yīng)盡量降低水灰比,降低水灰比不但會(huì)提高混凝土的抗壓強(qiáng)度及水密性,還由于混凝土密度高不但可保持高PH值使之不易降低,且鹽分不易乘隙而滲透進(jìn)入,因此可以達(dá)到防止鹽害之目的。

        (四)防止混凝土產(chǎn)生龜裂

        鋼筋混凝土無(wú)龜裂時(shí),Cl-離子以H ooke之?dāng)U散法則,從混凝土表面滲透至鋼筋表面需要100年。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),如果建在濕度較小的地區(qū),混凝土即便存在一些小龜裂,對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性影響也不會(huì)太大。但在南部沿海地區(qū),如果O2,CO2,H2O等從龜裂處的裂縫進(jìn)入,可以導(dǎo)致加速混凝土中性化及腐蝕,即鹽分比較容易進(jìn)入鋼筋表面,將鋼筋表面的鈍態(tài)皮膜破壞且加劇腐蝕,嚴(yán)重降低結(jié)構(gòu)的耐久年限,因此必須設(shè)法避免混凝土表面龜裂的產(chǎn)生。

        為了保證鋼筋混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)耐久性,應(yīng)針對(duì)鋼筋腐蝕的原因采取合理的防治措施,選擇合理的混凝土材料。鋼筋混凝土防腐蝕的最基本方法是保證鋼筋表面有完整的鈍態(tài)保護(hù)膜,并用密度高、足夠厚度的高性能保護(hù)層混凝土包裹,使鋼筋周圍的PH值維持在12以上,以避免鋼筋生銹。同時(shí),還應(yīng)在設(shè)計(jì)和施工方面采取措施避免混凝土表面產(chǎn)生龜裂。如果能依照上述方法來(lái)設(shè)計(jì)和施工,就基本可以確保鋼筋混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)安全和耐久性要求。

        五大連池市水務(wù)局 164100)

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