□ 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)即開始出現(xiàn)局部開裂、剝落等破壞現(xiàn)象。國內(nèi)的情況也大致如此。因此，橋梁混凝土的耐久性越來越受到重視。

一、我國鋼筋混凝土橋梁耐久性的現(xiàn)狀

我國的《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級以上鋼筋時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)低于歐美國家的相應(yīng)要求。

與國外相比，我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的構(gòu)件最小保護(hù)層厚度遠(yuǎn)低于國際標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低是我國混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋過早銹蝕，結(jié)構(gòu)過早老化的最主要原因。我國當(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，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，加上長期處于露天環(huán)境下，我國在役的混凝土橋梁出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土開裂的現(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，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價來說只是一個很小的數(shù)目，但它的結(jié)果是結(jié)構(gòu)的壽命可能會成倍增加。目前我國混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性現(xiàn)狀十分嚴(yán)峻，建議按國外標(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）施工過程保證鋼筋保護(hù)層的厚度

由于施工時的保護(hù)層厚度是很難保證的。加拿大尚允許有20 mm的誤差，在我國施工精度相對較低的條件下，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，在提高我國設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時，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拢瑧?yīng)盡量降低水灰比，降低水灰比不但會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

鋼筋混凝土無龜裂時，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，對結(jié)構(gòu)的耐久性影響也不會太大。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，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）