崔巍

摘 要：連四海，路通八方，橋梁的興建與暢通，促進(jìn)了人類社會(huì)的文化和經(jīng)濟(jì)生活的繁榮與發(fā)展。但是橋梁一旦發(fā)生倒塌事故，就會(huì)帶來巨大的損失和災(zāi)難。因此，政府和民眾都對(duì)橋梁安全非常重視，近年來橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性問題日益被人們所重視，該文論述了橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的內(nèi)涵，綜述了國內(nèi)外橋梁結(jié)構(gòu)耐久性問題的影響因素，并提出了相關(guān)對(duì)策措施。以期引起人們對(duì)此問題的高度重視，促進(jìn)我國橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu) 耐久性 影響因素 對(duì)策措施

中圖分類號(hào)：U441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）12（a）-0088-02

混凝土是一種耐久性能良好的建筑材料，因而忽視了橋梁結(jié)構(gòu)耐久性問題，造成了橋梁結(jié)構(gòu)耐久性研究的相對(duì)滯后。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題是一個(gè)十分重要也是迫切需要加以解決的問題，通過開展對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究，一方面能對(duì)已有的建筑結(jié)構(gòu)物進(jìn)行科學(xué)的耐久性評(píng)定和剩余壽命預(yù)測(cè)，以選擇對(duì)其正確的處理方法；另一方面可對(duì)新建項(xiàng)目進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)，揭示影響結(jié)構(gòu)壽命的內(nèi)部與外部因素，從而提高工程的設(shè)計(jì)水平和施工質(zhì)量。因此，它既有服務(wù)于服役結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)意義，又有指導(dǎo)待建結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)的理論意義，同時(shí)，對(duì)于豐富和發(fā)展鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠度理論也具有一定的理論價(jià)值。

1 橋梁耐久性影響因素

1.1 設(shè)計(jì)上的影響

在我國現(xiàn)行鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)范中主要考慮的是荷載作用下結(jié)構(gòu)安全性與適用性的需要，并未能充分考慮結(jié)構(gòu)耐久性要求，而且在具體的條文中也沒有充分體現(xiàn)出來。因此在以往的乃至現(xiàn)在的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍存在著重強(qiáng)度設(shè)計(jì)而輕耐久性設(shè)計(jì)的現(xiàn)象。如在沿海城市和地區(qū)修建的橋梁未能充分考慮水土中鹽類侵蝕和大氣中的鹽霧作用，北方修建的橋梁沒有考慮可能遭受的除冰鹽外的侵蝕。京津地區(qū)的城市立交橋由于冬天撒冰鹽及冰凍作用，使用十幾年后就出現(xiàn)問題，需限載、大修或拆除。跨海大橋浪濺區(qū)構(gòu)件仍舊改用不耐氯鹽侵蝕的混凝土和較簿的保護(hù)層厚度，公路橋面板的混凝土保護(hù)層厚度有的僅為2 cm。這些做法在國外的通用標(biāo)準(zhǔn)中是不許可的，但并不違反我國規(guī)范的規(guī)定。因此可能就導(dǎo)致混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候就存在了缺陷或者薄弱環(huán)節(jié)，那么混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性不足就是必然會(huì)出現(xiàn)的。

1.2 材料方面的影響

1.2.1 堿一骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)是混凝土組成中水泥、外加劑、摻合料或拌和水中的可溶性堿溶于混凝土孔隙中，與骨料中能與堿反應(yīng)的活性成分在混凝土硬化后逐漸發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)生成物堿硅凝膠有吸水膨脹的特性，在有水分存在的條件下，膨脹使混凝土產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土開裂、剝落和膨脹疏松，稱為堿骨料反應(yīng)損傷。堿骨料反應(yīng)損傷產(chǎn)生須具備三個(gè)條件，即要有足夠的堿份、堿活性骨料和水?；炷涟l(fā)生堿一集料反應(yīng)破壞表現(xiàn)為：外觀上主要是表面裂縫、變形和滲出物，而內(nèi)部特征主要有內(nèi)部凝膠、反應(yīng)環(huán)、活性堿一集料、內(nèi)部裂縫、堿含量等?；炷两Y(jié)構(gòu)一旦發(fā)生堿一集料反應(yīng)出現(xiàn)裂縫后，會(huì)加速混凝土的其他破壞，如空氣、水、二氧化碳等侵入，會(huì)使混凝土碳化和鋼筋銹蝕速度加快[4]。

1.2.2 碳化反應(yīng)

所謂混凝土的碳化是指空氣中二氧化碳與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化，使用機(jī)能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過程。

影響結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，其中混凝土碳化是一個(gè)重要的因素。通常情況下，早期混凝土具有很高的堿性，其pH值一般大于12.5，在這樣高的堿性環(huán)境中埋置的鋼筋容易發(fā)生鈍化作用，使得鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜，能夠阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。但當(dāng)有二氧化碳和水汽從混凝土表面通過孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時(shí)，和混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和，從而導(dǎo)致了混凝土的pH值的降低。當(dāng)混凝土完全碳化后，就出現(xiàn)pH<1這種情況，在這種環(huán)境下，混凝土中埋置鋼筋表面的鈍化膜被逐漸破壞，在其它條件具備的情況下，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕。鋼筋銹蝕又將導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂、鋼筋與混凝土之間粘結(jié)力破壞、鋼筋受力截面減少、結(jié)構(gòu)耐久性能降低等一系列不良后果。

1.2.3 鋼筋的腐蝕

鋼筋銹蝕是造成橋梁結(jié)構(gòu)耐久性損傷的最主要原因。根據(jù)其產(chǎn)生原因可分為：（1）鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化反應(yīng)，逐步生成氫氧化鐵即鐵銹，體積增大使混凝土產(chǎn)生順筋裂縫，便于腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋，加快結(jié)構(gòu)的損壞；（2）氯離子對(duì)鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用，當(dāng)混凝土中氯含量超過標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鋼筋會(huì)銹蝕，當(dāng)混凝土開裂后，便形成惡性循環(huán)；（3）鋼筋在拉應(yīng)力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成脆性斷裂，這種破壞可在較低拉應(yīng)力和微弱介質(zhì)作用下產(chǎn)生破壞；（4）鋼筋的氫脆現(xiàn)象。鋼筋銹蝕的直接后果是鋼筋的有效截面面積減少，不均勻銹蝕導(dǎo)致鋼筋表面凸凹不平，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使鋼筋的強(qiáng)度降低、脆性增大、延性變差，導(dǎo)致構(gòu)件承載能力降低。

1.3 施工方面的原因

國內(nèi)外多座橋梁的突然破壞與倒塌，已使工程界對(duì)橋梁安全性問題倍加關(guān)注。一般的看法認(rèn)為當(dāng)前的工程事故主要是野蠻施工和管理腐敗所導(dǎo)致。對(duì)于短期內(nèi)發(fā)生的諸如突然破壞與倒塌，多是由于施工質(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，典型的問題包括材料強(qiáng)度不足和施工工藝不合格等；也有個(gè)別橋梁存在諸如偷工減料、以次充好等嚴(yán)重的管理問題，更是對(duì)橋梁安全造成致命的損害。大多數(shù)橋梁在使用期間出現(xiàn)了病害與劣化，離預(yù)期的使用年限還相差很遠(yuǎn)，就已經(jīng)無法正常使用了，施工質(zhì)量低下是導(dǎo)致這一結(jié)果的罪魁禍?zhǔn)祝湫偷膯栴}有鋼筋保護(hù)層不足及目前廣泛存在于施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重的構(gòu)件開裂問題（主要原因包括：水泥選用、混凝土配合比、振搗、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)及預(yù)應(yīng)力施加不合理等）。這些施工上的缺陷雖然短期不會(huì)對(duì)橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的長期耐久性產(chǎn)生非常不利的危害。

2 提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的措施

2.1 完善混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)endprint

（1）詳細(xì)勘察結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件，從中確定主導(dǎo)破壞因素（如大氣和雨雪造成混凝土干縮循環(huán)和凍融循環(huán)作用、地表水或地下水中的侵蝕性介質(zhì)影響等），實(shí)現(xiàn)考慮環(huán)境條件的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，結(jié)構(gòu)布置力求簡(jiǎn)單，合理布置排水及各種結(jié)構(gòu)縫；構(gòu)件截面應(yīng)設(shè)計(jì)成利于潮氣散發(fā)的形狀，惡劣環(huán)境應(yīng)慎用薄肋型構(gòu)件。對(duì)于結(jié)構(gòu)中使用環(huán)境較差的構(gòu)件，宜設(shè)計(jì)成便于檢測(cè)、維護(hù)和更換的構(gòu)件；對(duì)變形縫、施工縫、預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固端等易遭侵蝕的薄弱關(guān)鍵部位采取專門的措施。

（3）合理選擇混凝土和鋼筋品種。對(duì)于暴露在侵蝕性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，宜采用有利于提高結(jié)構(gòu)耐久性的高性能混凝土和鋼纖維混凝土等；針對(duì)鋼筋的腐蝕可采用對(duì)混凝土進(jìn)行表面處理宜采用耐腐蝕鋼筋；混凝土中摻加鋼筋阻銹劑、陰極保護(hù)技術(shù)、電化學(xué)驅(qū)氯和電化學(xué)再堿化等措施。

（4）合理確定保護(hù)層厚度。保護(hù)層厚度小，既滿足不了鋼筋的有效錨固，也對(duì)鋼筋起不到任何保護(hù)作用；保護(hù)層厚度過大，有可能會(huì)導(dǎo)致裂縫寬度增大，而且還有可能造成不必要的浪費(fèi)。

（5）根據(jù)概念設(shè)計(jì)理論，按結(jié)構(gòu)幾何尺寸與荷載可以合理預(yù)防和控制的裂縫。保證結(jié)構(gòu)截面尺寸具有足夠的配筋率，控制垂直于主筋方向裂縫；合理選擇鋼筋直徑和混凝土保護(hù)層厚度，控制平行于主筋方向的順筋裂縫。

（6）受重復(fù)荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行疲勞驗(yàn)算和磨損驗(yàn)算，并根據(jù)具體情況合理控制裂縫。

2.2 施工對(duì)耐久性能的保證

施工是保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵，是結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的組成部分，大量關(guān)于耐久性的調(diào)查報(bào)告都表明很多結(jié)構(gòu)耐久性低下并造成結(jié)構(gòu)損傷的現(xiàn)象都是由于施工造成的缺陷引起的。因此，應(yīng)切實(shí)做到以下幾點(diǎn)[5]。

（1）提高施工質(zhì)量、施工技術(shù)工藝水平，完善施工管理工作，強(qiáng)化對(duì)施工過程的監(jiān)督、檢查，嚴(yán)格按照混凝土結(jié)構(gòu)驗(yàn)收規(guī)范要求進(jìn)行施工。

（2）施工時(shí)的砂、石、水泥、鋼筋必須符合質(zhì)量要求，外加劑必須試驗(yàn)合格后方可使用。不定期對(duì)攪拌時(shí)間及混凝土拌合物的稠度、含氣量、水灰比、水泥含量及均勻性等進(jìn)行測(cè)量，混凝土配合比要隨時(shí)跟著適時(shí)測(cè)定砂、石的含水率進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

（3）澆筑混凝土?xí)r，振搗工序會(huì)直接影響到混凝土的成品質(zhì)量?；炷帘Ｗo(hù)層的厚度及鋼筋位置要確保準(zhǔn)確性，但前提是混凝土適宜入膜后；振搗時(shí)間、振搗工具、振搗方式和順序，要根據(jù)混凝土的標(biāo)號(hào)進(jìn)行選擇。

（4）混凝土要在合理的養(yǎng)護(hù)下才能正常硬化并產(chǎn)生足夠強(qiáng)度。養(yǎng)護(hù)措施要確保是在澆筑完成后12 h內(nèi)進(jìn)行，才可控制混凝土表面裂縫；且澆水養(yǎng)護(hù)不得少于7 d。氣溫過低時(shí)，須采用保溫措施。對(duì)不同水泥品種、外加劑、摻料、齡期的混凝土，合理地選用潮濕養(yǎng)護(hù)、水養(yǎng)護(hù)和養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)方法，以取得良好的養(yǎng)護(hù)效果。

2.3 提高常規(guī)混凝土的品質(zhì)

由于我國還是一個(gè)發(fā)展中國家，地域廣闊，經(jīng)濟(jì)發(fā)展很不平衡，因此常規(guī)混凝土仍廣泛應(yīng)用。因此應(yīng)依據(jù)使用條件對(duì)混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)及結(jié)構(gòu)構(gòu)造提出具體要求。如水灰比的控制要求、混凝土的抗凍性、抗?jié)B性能要求、保護(hù)層厚度要求、裂縫控制要求、設(shè)計(jì)使用壽命期間受到的氯離子侵害的保護(hù)措施。并在施工期間，嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量和生產(chǎn)程序，從而減少混凝土性能上的變異，提高混凝土的品質(zhì)——整體質(zhì)量，以確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全度和提高耐久性。

3 結(jié)論

橋梁安全性和耐久性不足已成為迫切需要解決的問題，要積極借鑒國外成功的經(jīng)驗(yàn)和做法，除了加強(qiáng)施工質(zhì)量管理外，要從橋梁設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計(jì)。合理的選擇原材料品種、較好的配合比設(shè)計(jì)、引入適當(dāng)?shù)耐鈸絼?、精確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、先進(jìn)的施工技術(shù)、超載的有效控制以及及時(shí)到位的維修養(yǎng)護(hù)，同時(shí)需要研究疲勞和超載對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的影響都能有效提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.

[2] 中國土木工程學(xué)會(huì).中國土木工程學(xué)會(huì)第九屆年會(huì)論文集.工程安全及耐久性[M].北京：中國水利水電出版社，2000.

[3] 第十四屆全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2000.

[4] 第十五屆全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2002.

[5] 孔祥威.橋梁耐久性的原因與建議[J].河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2006（6）.endprint