劉 軍

1 概述

我國自古就是“橋鄉(xiāng)”，趙州橋是世界上現(xiàn)存最早、保存最完整的巨大石拱橋。改革開放以來，我國的橋型橋式更是千姿百態(tài)、異彩紛呈，梁式橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋的設(shè)計(jì)和施工水平都邁入了國際先進(jìn)水平行列，在大規(guī)模的橋梁建設(shè)過程中，我們既要追求“量”的擴(kuò)張和跨越，更要注意“質(zhì)”的飛躍和發(fā)展。雖然我國橋梁的設(shè)計(jì)和施工水平與世界先進(jìn)水平在逐漸縮小，但管理水平、檢測技術(shù)和養(yǎng)護(hù)手段還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，因而出現(xiàn)了不少橋毀人亡的橋梁事故，其安全性和耐久性引起了社會各界的廣泛關(guān)注。橋梁耐久性預(yù)測可為橋梁的加固和維修提供決策依據(jù)，它是指橋梁結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境(大氣腐蝕、溫度、濕度變化)、荷載及材料內(nèi)部因素的作用下，在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)使用期內(nèi)，不需要花費(fèi)大量資金加固處理而保持其安全、使用功能和外觀要求的能力[1]。

2000年:我國發(fā)布了《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》，以法規(guī)的形式提出責(zé)任終身制。

2004年:《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)施工技術(shù)指南》出臺，可保障混凝土工程的質(zhì)量和耐久性。同年JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范明確提出橋梁100年設(shè)計(jì)壽命的要求。

2006年:交通部出臺了《公路工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》，同年《天津市鋼筋混凝土橋梁耐久性設(shè)計(jì)規(guī)程》出臺。保障混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性已經(jīng)提高到戰(zhàn)略的高度。

2 影響橋梁耐久性的因素

2.1 碳化

水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，而氫氧化鈣溶液中的堿性介質(zhì)使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，對鋼筋有良好的保護(hù)作用?？諝庵械亩趸寂c混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使得混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕。碳化可使混凝土的堿度降低，當(dāng)碳化超過混凝土的保護(hù)層時(shí)，就會使混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開始生銹。碳化還會加快混凝土的收縮，這也是導(dǎo)致混凝土構(gòu)件開裂和破壞的原因之一。

影響混凝土碳化速度的因素有很多，首先是水泥品種、水泥用量、骨料級配和外加劑等;其次是外部環(huán)境條件如溫度、濕度和二氧化碳的濃度等;再次是施工過程中混凝土的攪拌時(shí)間、養(yǎng)護(hù)和振搗等過程都會對混凝土碳化過程有影響。我們可以采取下列方法防治混凝土碳化破壞:

1)根據(jù)周圍環(huán)境選擇適合的水泥品種。

2)盡量選取抗酸性骨料，其對混凝土的碳化有一定的延緩作用。

3)選擇合適的配合比和外加劑確?；炷恋拿軐?shí)性。

4)條件允許，在混凝土構(gòu)件表面采取環(huán)氧基液涂層保護(hù)。

2.2 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是一個(gè)嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的問題。在國外一些發(fā)達(dá)國家每年都要花費(fèi)大量資金用于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性修復(fù)，鋼筋銹蝕占很大比例。鋼筋銹蝕對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞分為三個(gè)階段:第一階段鋼筋表面局部出現(xiàn)銹斑;第二階段鋼筋整個(gè)表面銹蝕并產(chǎn)生膨脹，發(fā)生層裂;第三階段鋼筋進(jìn)一步膨脹，混凝土構(gòu)件發(fā)生破壞，構(gòu)件有效截面減小，承載力不斷下降。

影響混凝土橋梁鋼筋銹蝕的主要因素:1)混凝土保護(hù)層厚度和密度;2)混凝土的碳化程度;3)溫度、濕度、二氧化碳濃度以及侵蝕性介質(zhì)的濃度;4)氯離子的影響，在北方冬季為了保證交通暢通，會在道路橋梁等地方撒除冰鹽，而除冰鹽中含有大量的氯化鈉和氯化鈣，氯離子滲入混凝土中使得鋼筋發(fā)生銹蝕破壞。我們可以采用以下措施防治鋼筋銹蝕。

1)可以選用環(huán)氧涂層鋼筋、鍍鋅鋼筋、耐銹合金鋼筋等。2)在混凝土中加入鋼筋阻銹劑、硅灰及其他外加劑等。3)在混凝土表面可以涂硅酮類涂料，聚合物灰漿等。4)設(shè)計(jì)合理的混凝土保護(hù)層厚度和水灰比。5)在施工時(shí)注意養(yǎng)護(hù)條件和嚴(yán)格規(guī)范施工。

2.3 混凝土的滲透

混凝土的抗?jié)B性是指混凝土材料抵抗壓力水滲透的能力，它是決定混凝土耐久性最基本的因素。混凝土是一種多孔結(jié)構(gòu)材料，該特點(diǎn)決定了混凝土的抗?jié)B性差，容易受到有害物質(zhì)的侵襲?；炷恋目紫堵试降?，連通孔越少，抗?jié)B性能越好?；炷林械臐B水通道主要來自于水泥漿中多余的水分蒸發(fā)留下的氣孔水泥漿泌水所產(chǎn)生的毛細(xì)孔道及施工振搗不密實(shí)產(chǎn)生的蜂窩孔洞，這些都會使得混凝土滲水。當(dāng)毛孔中的水結(jié)冰時(shí)，凝膠孔中的水處于過冷狀態(tài)，過冷水的蒸汽壓高于相同溫度下冰的蒸汽壓時(shí)，水就會向毛細(xì)孔滲透，對孔壁產(chǎn)生滲透壓力從而引起水泥石的膨脹，當(dāng)膨脹力超過混凝土的極限抗拉時(shí)，混凝土就會開裂[4]。提高混凝土抗?jié)B性能的措施有:選擇合適的水灰比和灰砂比，要盡量降低水灰比又不能影響混凝土的整體性;選用合適的骨料集配，減小混凝土的孔隙率，要用最大量的固體顆粒擠滿混凝土拌合物中的空隙;可摻入適量的引氣劑，由于產(chǎn)生許多微小氣泡切斷了許多毛細(xì)孔的通道，而且有一定的減水作用，從而可以增加混凝土的密實(shí)度。

2.4 堿—集料反應(yīng)

堿—集料反應(yīng)是指混凝土原材料中的堿性物質(zhì)與活性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成膨脹物質(zhì)，使得混凝土內(nèi)產(chǎn)生自膨脹力，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)膨脹開裂失去設(shè)計(jì)性能的現(xiàn)象。堿—集料反應(yīng)一般是在混凝土成型后的若干年后逐漸發(fā)生，其結(jié)果是會造成混凝土耐久性下降。發(fā)生堿—集料反應(yīng)的主要原因有:水泥含堿量高;混凝土中的砂、石有堿活性礦物和加入超含量的含堿外加劑;環(huán)境潮濕，能提供堿—硅凝膠膨脹的水源;混凝土含有過量的當(dāng)量氧化鈉，一般超過3.0 kg/m3?；炷翂A集料反應(yīng)是一個(gè)較復(fù)雜的課題，即使采取了很周密的措施，該反應(yīng)也是不可避免的。只有綜合考慮各方面因素，采取綜合措施才能使混凝土堿集料反應(yīng)降到最低。

3 結(jié)語

橋梁安全管理，責(zé)任重于泰山。結(jié)構(gòu)耐久性對于橋梁的安全運(yùn)營和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。確保混凝土橋梁的耐久性并延長其使用壽命，不僅是關(guān)系到工程安全性和服役壽命的重大科技問題，而且也是關(guān)系到城市經(jīng)濟(jì)能否健康發(fā)展的重大社會問題。而從我國目前的情況看，對于工程耐久性更多的只是作為一種概念或是理念受到關(guān)注，還沒有明確提出使用年限的要求，也沒有進(jìn)行專門的耐久性設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中考慮強(qiáng)度多而考慮耐久性少，重視強(qiáng)度極限狀態(tài)而不重視使用極限狀態(tài)。同時(shí)由于歷史原因，我國許多橋梁長期超負(fù)荷運(yùn)行，加之超限超載問題的客觀存在，橋梁安全隱患較多，所以我們一定要充分認(rèn)識當(dāng)前橋梁安全面臨的嚴(yán)峻形勢，從指導(dǎo)思想、制度、技術(shù)等方面全方位提高橋梁的工程耐久性。

[1]孫 波.在役鋼筋混凝土橋梁基于可靠度的耐久性分析與壽命預(yù)測[D].武漢:華中科技大學(xué)，2007.

[2]鄧宗才，薛會青，李朋遠(yuǎn).PVA纖維增強(qiáng)混凝土的彎曲韌性[J].南水北調(diào)與水利科技，2007，5(5):139-141.

[3]陶 磊，范 舟.碳纖維材料在井巷工程中的運(yùn)用展望[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2010，29(7):40-41.

[4]黃義軍，王 偉.鋼筋混凝土橋梁耐久性的分析[J].北方交通，2009(6):120-123.