關(guān)于橋梁耐久性的研究及展望

　　摘要：隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)尤其是鋼筋混凝土橋梁及索結(jié)構(gòu)橋梁的耐久性問題日益突出，應(yīng)予以高度重視，本文簡述了在耐久性問題上常見的各種病害及影響因素，提出了相應(yīng)的解決思路。

　　關(guān)鍵詞：橋梁;耐久性;影響因素;鋼筋混凝土;索結(jié)構(gòu)　

　　0概述

　　現(xiàn)役橋梁中，以鋼筋混凝土橋梁與索結(jié)構(gòu)橋梁居多。20世紀(jì)70年代，混凝土耐久性問題開始在發(fā)達(dá)國家大量出現(xiàn)，80年代美國有報告顯示：在美國約有25.3萬座混凝土橋面結(jié)構(gòu)處于不同程度的壞化狀態(tài)，而且每年還會增加3.5萬座新的有害結(jié)構(gòu)。日本也對部分沿海范圍內(nèi)修建的15座混凝土橋梁進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)它們在建成后不久出現(xiàn)了由于鹽分侵蝕引起的鋼筋銹蝕、混凝土剝落、預(yù)應(yīng)力筋損傷等各種病害。對于索結(jié)構(gòu)橋梁，拉索的壽命是不可預(yù)測的，據(jù)統(tǒng)計斷索壽命為2～16年，約為橋梁設(shè)計壽命的1/10至1/5，在此期間，任何時候拉索都有破斷的可能。根據(jù)歐美日發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗，因為結(jié)構(gòu)耐久性原因而產(chǎn)生的維修費、加固費是昂貴的，例如索結(jié)構(gòu)橋梁拉索破斷毀橋的修復(fù)費用，達(dá)全橋建造當(dāng)年總價的2～4倍。故提高橋梁的耐久性成為迫切需要解決的問題。

　　耐久性指結(jié)構(gòu)在預(yù)期作用和預(yù)定的維護(hù)條件下，能在造物的使用年限內(nèi)長期維持其設(shè)計性能要求的能力。本文總結(jié)了影響耐久性的因素，并提出了幾個提高橋梁耐久性的思路以供參考。

　　1影響橋梁耐久性的因素

　　橋梁的耐久性問題實際上是各種影響介質(zhì)對結(jié)構(gòu)的作用，這些介質(zhì)不僅包括荷載作用，還包括環(huán)境侵蝕作用等，歸納起來，有內(nèi)因和外因兩個方面。

　　1.1內(nèi)因

　　1.1.1材料自身特性

　　混凝土收縮與徐變，收縮應(yīng)變導(dǎo)致內(nèi)部拉應(yīng)力，當(dāng)其超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，材料發(fā)生開裂，破壞混凝土整體性，降低其耐久性。

　　1.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計不完善

　　我國現(xiàn)行的公路鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)范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，并未能充分考慮耐久性要求。這就導(dǎo)致在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍存在重視結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計而輕視耐久性設(shè)計的問題。許多橋梁設(shè)計時也并沒有從結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)造、材料、維護(hù)及施工全過程中可能存在的問題等方面去加強(qiáng)和保證結(jié)構(gòu)的耐久性。

　　1.1.3施工質(zhì)量等問題

　　許多短期內(nèi)發(fā)生突然破壞與倒塌的橋梁，多是由于施工質(zhì)量沒有達(dá)到規(guī)范和設(shè)計要求，比較典型的問題包括混凝土質(zhì)量不合格，振搗不密實；橋梁建設(shè)中偷工減料、以次充好；不適當(dāng)?shù)丶涌焓┕みM(jìn)度，沒有保證混凝土橋梁所需要的足夠的施工養(yǎng)護(hù)期；鋼筋保護(hù)層厚度不足，影響了鋼筋混凝土橋梁的耐久性和安全性。次外，在大多數(shù)鋼筋混凝土橋梁的正常使用過程中，也缺乏合理的維護(hù)和管理。還有沒有對橋梁進(jìn)行定期監(jiān)測和維護(hù)，在出現(xiàn)問題后又沒有及時維修，使橋梁的使用年限減少，耐久性和安全性降低。

　　1.2外因

　　1.2.1環(huán)境

　�。�1）混凝土的凍融破壞

　　當(dāng)溫度降至冰點以下時，部分混凝土內(nèi)孔隙中的水將結(jié)冰，產(chǎn)生體積膨脹，使孔壁受壓變形，冰融化后，就可能使孔壁產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)作用于孔壁的拉應(yīng)力大于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生微裂縫。隨著凍融循環(huán)，裂寬和裂深逐漸加大，達(dá)到鋼筋表面時，就會加劇鋼筋的腐蝕，降低混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

　　（2）鋼筋的銹蝕

　　鋼筋在混凝土中處于一種強(qiáng)堿性環(huán)境。在這種環(huán)境中，鋼筋表面形成一層惰性的氧化鐵薄膜，它使鋼筋表面不存在活性狀態(tài)的鐵，鋼筋就不會產(chǎn)生銹蝕。而一旦鈍化膜被破壞，在有水和氧氣的條件下，鋼筋就會產(chǎn)生銹蝕。鋼筋銹蝕是造成鋼筋混凝土橋梁耐久性損傷的最主要和最直接因素，也是混凝土橋梁耐久性破壞的主要形式之一。

　　通常，鋼筋表面氧化鐵薄膜遭到破壞的原因主要有兩個：一是混凝土碳化，混凝土材料具有一定的滲透性，空氣中的二氧化碳擴(kuò)散到混凝土中與水作用生成碳酸，碳酸與水泥水化過程中產(chǎn)生的氫氧化鈣、硅酸二鈣、硅酸三鈣反應(yīng)生成碳酸鈣，在自由水的作用下碳酸鈣沉淀在混凝土內(nèi)部的孔穴中，這個過程就是混凝土碳化�；炷�土碳化會使混凝土的pH值降低，當(dāng)混凝土的pH值小于l1.5且碳化發(fā)生在鋼筋附近時，就能引起鋼筋表面惰性氧化鐵薄膜的破壞，在空氣中的水和氧的作用下，還會引起平行于鋼筋的裂紋和混凝土的崩裂；二是氯離子的作用而破壞氧化鐵薄膜。氯離子本身并不直接危害混凝土，但它的存在會破壞鋼筋的鈍化，使鋼筋暴露在腐蝕的危險下。

　　（3）硫酸鹽的侵蝕

　　混凝土碳化的速度一般比較緩慢，但當(dāng)環(huán)境為酸性條件時，碳化速度急劇加快，因為初始碳化形成的防護(hù)層被酸溶解而流失，從而使新的表面不斷地暴露在侵蝕環(huán)境下，加深腐蝕，使混凝土密實性加速喪失。

　　1.2.2荷載作用

　　結(jié)構(gòu)面臨的最普遍的一種自然環(huán)境就是荷載作用，包括靜力作用和動力作用。在荷載作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，在約束條件下，荷載應(yīng)變一應(yīng)力有可能超過材料的強(qiáng)度而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，耐久性降低。橋梁拉索就是隨機(jī)荷載環(huán)境與隨機(jī)介質(zhì)環(huán)境下的腐蝕、疲勞及鋼索的腐蝕疲勞等共同作用的結(jié)果，導(dǎo)致其壽命的不可預(yù)測性。

　　1.2.3混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫

　　混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫最容易成為因水分滲入導(dǎo)致鋼筋銹蝕的通道�；炷�土結(jié)構(gòu)的裂縫可分為受力裂縫、非受力裂縫兩大類。非受力裂縫大多與結(jié)構(gòu)耐久性有關(guān)，即使現(xiàn)在對承載能力沒有影響，但必須考慮對結(jié)構(gòu)長期使用過程中與外界環(huán)境的接觸時有害物質(zhì)的滲入，所以合理控制裂縫寬度、數(shù)量以及裂縫開展速度，無疑會改善結(jié)構(gòu)的耐久性。

　　還有一種造成混凝土開裂的原因即為堿一集料反應(yīng)，堿一集料反應(yīng)指集料中活性硅與水泥漿中氫氧離子作用生成水化硅酸鈣的反應(yīng)，其體積膨脹足以使混凝土破裂。水泥中含堿量過高(0.6)，骨料中水分過大，及骨料中的活性骨料含量過高，是引起堿一集料反應(yīng)的3個條件。堿一集料反應(yīng)一旦發(fā)生，體積迅速增大，對混凝土結(jié)構(gòu)破壞的發(fā)展速度非�？�，破壞程度也更嚴(yán)重，發(fā)生堿一骨料反應(yīng)的主要原因是混凝土結(jié)構(gòu)中使用含活性硅的骨料。

　　2提高橋梁耐久性的幾個思路

　　2.1從材料入手

　　（1）采用高性能混凝土

　　所謂高性能混凝土即為高強(qiáng)度、高施工性能、高耐久性混凝土。高性能混凝土具有低水灰比，高強(qiáng)度骨料的特點，從而減小了骨料與膠凝材料間的孔隙率，改善了混凝土的滲透性，阻止了堿一骨料反應(yīng)，大大提高了混凝土的耐久性的同時也提高了混凝土強(qiáng)度。