張青

白城師范學(xué)院 吉林白城 137000

1 影響混凝土結(jié)構(gòu)損傷或破壞的主要因素

1.1 碳化

碳化是指大氣中的水與混凝土中的堿性物質(zhì)作用的過(guò)程，用化學(xué)式表示為：

鋼筋在混凝土的高堿度環(huán)境中，表面形成一層鈍化膜，能夠使鋼筋免受腐蝕。通常保護(hù)鋼筋的臨界pH值=11．5，而混凝土碳化后pH約為8-9，鋼筋會(huì)因其表面鈍化膜遭到破壞而腐蝕。現(xiàn)階段碳化模型主要有理論模型和各種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，各種模型均認(rèn)為碳化深度和碳化時(shí)間有關(guān)，可簡(jiǎn)單表示為：

D=αt

式中：D為碳化深度；α為系數(shù)。

1.2 氯離子侵蝕

在沿海地區(qū)修建混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)必須考慮氯離子侵蝕作用，同時(shí)在內(nèi)陸嚴(yán)寒地區(qū)，冬季撒鹽也是一種很普遍的化雪除冰方法，這就不可避免地會(huì)使氯離子進(jìn)入混凝土。氯離子侵蝕會(huì)使鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞，在侵蝕區(qū)域形成腐蝕電池，其去極化作用及導(dǎo)電作用會(huì)進(jìn)一步加劇鋼筋的銹蝕?；具^(guò)程可表述為：

Fe（OH）3失水后形成FeOH（紅銹），不完全氧化的變成Fe3O（黑銹），此即為鋼筋表面銹層。

1.3 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是影響構(gòu)件及結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素。眾多學(xué)者通過(guò)分析保護(hù)層開(kāi)裂前后鋼筋的銹蝕量與裂縫寬度間的關(guān)系，提出了鋼筋銹蝕的預(yù)測(cè)模型。預(yù)測(cè)模型基本分為兩類：一類是理論模型，如牛荻濤等建立的預(yù)測(cè)模型；另一類是根據(jù)實(shí)際工程調(diào)研和試驗(yàn)數(shù)據(jù)歸納，基于構(gòu)件特征參數(shù)建立的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，如惠云玲基于試?yàn)結(jié)果得到的鋼筋銹蝕重量損失率、裂縫寬度與各因素之的影響關(guān)系等[1]。

1.4 堿-骨料反應(yīng)（AAR）

堿-骨料反應(yīng)是混凝土內(nèi)在原因造成的破壞，其作用機(jī)理并不完全清楚。一般認(rèn)為是由于混凝土中某些骨料表面的膠凝體遇水膨脹，從而導(dǎo)致周邊混凝土開(kāi)裂。由于堿骨料反應(yīng)開(kāi)展緩慢，初期不易察覺(jué)，然而一旦開(kāi)裂便很難阻止，進(jìn)而形成惡性循環(huán)，因此常被人們稱為混凝土的“癌癥”。在預(yù)防堿骨料反應(yīng)時(shí)，應(yīng)選用非活性集料，并控制混凝土堿含量及濕度，同時(shí)可以使用礦物摻合料及化學(xué)外加劑加以抑制。

1.5 凍融循環(huán)

目前公認(rèn)程度較高的是美國(guó)學(xué)者 T．C．Powerse提出的膨脹與滲透壓力理論。而經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀捎谝罁?jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，無(wú)法反映真實(shí)環(huán)境中的混凝土抗凍性，尚有不足之處。

2 耐久性設(shè)計(jì)方法

第一類可以稱之為傳統(tǒng)方法。陳肇元指出，傳統(tǒng)方法應(yīng)區(qū)分不同使用年限、不同環(huán)境類別和作用等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的設(shè)計(jì)要求。環(huán)境類別的劃分，《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》和即將使用的《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中一致，均分為7類；《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中分為5類，相比而言公路規(guī)范更加細(xì)化、更全面，也說(shuō)明公路混凝土結(jié)構(gòu)面臨的環(huán)境更加復(fù)雜多變。

第二類可以統(tǒng)稱為驗(yàn)算法。這類方法先根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限及工作環(huán)境確定腐蝕等級(jí)，再通過(guò)耐久性極限方程利用極限狀態(tài)法對(duì)耐久性極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算。

3 耐久性評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)方法

3.1 耐久性評(píng)估方法

目前，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估方法主要分為三類：

（1）傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法；

（2）借助模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能手段的綜合評(píng)估方法；

（3）基于可靠度理論的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估法。

3.2 耐久性壽命預(yù)測(cè)理論

耐久性壽命預(yù)測(cè)理論可概括為三大類：

（1）第一類鋼筋脫鈍壽命理論，該理論以鋼筋表面鈍化膜失效為混凝土極限狀態(tài)，據(jù)此預(yù)測(cè)混凝土構(gòu)件壽命。

（2）第二類保護(hù)層開(kāi)裂壽命理論，該理論以表層混凝土開(kāi)裂作為失效原則，從而預(yù)測(cè)混凝土構(gòu)件壽命。

（3）第三類抗力壽命理論，該理論以抗力作為隨經(jīng)變量，荷載作為隨機(jī)過(guò)程，分析抗力衰減的可靠度指標(biāo)函數(shù)，以此推測(cè)混凝土構(gòu)件壽命。

4 改善混凝土橋梁耐久性的措施

混凝土耐久性是一項(xiàng)復(fù)雜多變、多層次且學(xué)科交叉的系統(tǒng)性問(wèn)題，若能從根本上解決，將對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用產(chǎn)生重大且深遠(yuǎn)的影響。從混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究現(xiàn)狀可以看出，改善和提高混凝土橋梁的耐久性可以從以下幾方面入手：

提高混凝土性能。混凝土性能是結(jié)構(gòu)耐久性的內(nèi)因，采用高耐久性混凝土，增強(qiáng)其自身抗破損能力對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性有重要意義。各規(guī)范都對(duì)影響混凝土耐久性的幾個(gè)主要指標(biāo)：混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)、最大水膠比、單位最小膠凝材料等作出了限制規(guī)定。其中公路19耐久規(guī)范相比公路06防腐規(guī)范根據(jù)作用環(huán)境、結(jié)構(gòu)類型、各構(gòu)件位置的不同要求的混凝土等級(jí)不同，其更加細(xì)化、明確，可操作性更強(qiáng)[2]。

改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，選用合理結(jié)構(gòu)體系，改善結(jié)構(gòu)受力。如預(yù)制結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)受力需要設(shè)置必要的橫隔板；優(yōu)化鋼束設(shè)置，適當(dāng)增加應(yīng)力儲(chǔ)備；優(yōu)化支撐系統(tǒng)，避免因施工不當(dāng)造成后期單板受力。

改善混凝土抵抗氯鹽侵蝕性能。近海環(huán)境或內(nèi)地除冰鹽環(huán)境，應(yīng)控制混凝土中氯離子的含量，從而降低氯離子侵蝕而產(chǎn)生的鋼筋銹蝕，提高混凝土橋梁耐久性。公路 06 防腐規(guī)范中要求控制氯離子擴(kuò)散系數(shù)DRCM，公路19耐久規(guī)范則對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能、游離氯離子含量做了規(guī)定。

增強(qiáng)混凝土的抗凍性，改善凍融破壞。公路19耐久規(guī)范相比公路06防腐規(guī)范增加了使用年限30年要求，并與50年同等對(duì)待，相比08耐久規(guī)范要求有所提高，一定程度上提高了混凝土的抗凍性[3]。