新橋梁規(guī)范下橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計研究

1、<p>　　新橋梁規(guī)范下橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計研究</p><p>　　摘要:文章分析了影響橋梁耐久性的環(huán)境作用，提出了材料得耐久性設(shè)計和加強構(gòu)造措施，為橋梁耐久性設(shè)計提供借鑒。 </p><p>　　關(guān)鍵詞:耐久性設(shè)計；碳化；氯離子的侵蝕；堿—骨料反應(yīng)；構(gòu)造措施 </p><p>　　Abstract：this paper analyzes the envi

2、ronmental impact of the bridge role durability of the material presented was designed and strengthen the durability of structural measures, designed to provide a reference for bridge durability. </p><p>　　Ke

3、yword：durability design; carbonation; chloride ion erosion; alkali - aggregate reaction; structural measures </p><p>　　中圖分類號：U455.47+1文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A </p><p>　　長期以來，人們受混凝土是一種耐久性能良好的建筑材料這一認(rèn)識的影響，在混凝土常規(guī)設(shè)計中

4、，認(rèn)為結(jié)構(gòu)承載能力不隨時間和環(huán)境影響而變化，忽視了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性問題，造成了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的相對滯后，并在近年來出現(xiàn)橋梁的早期破壞現(xiàn)象，影響了橋梁的使用壽命。 </p><p>　　2004年交通部頒布《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）；以及2006年交通部頒布《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTG/T B07-01-2006）提出了公路橋涵應(yīng)根據(jù)其所處環(huán)境

5、條件進(jìn)行耐久性設(shè)計。對橋梁的耐久性設(shè)計起到了重要的指導(dǎo)作用。 </p><p>　　1. 影響鋼筋混凝土耐久性的環(huán)境作用 </p><p>　　1.1 混凝土的碳化 </p><p>　　混凝土是以水泥砂漿為基體, 以骨料為加勁材料的復(fù)合材料, 水泥砂漿體的主要成分CHS 凝膠是一種結(jié)晶不完整的蜂窩形成錯綜復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 骨料與水泥砂漿間有微孔隙、微裂紋、因而混凝

6、土材料具有一定的滲透性?？諝庵械亩趸紨U散到混凝土中與水作用生成碳酸、碳酸與水泥水化過程是產(chǎn)生氫氧化鈣、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,就是混凝土碳化。 </p><p>　　混凝土碳化的結(jié)果使混凝土的PH 值降低, 如果堿損失發(fā)生在鋼筋附近, 當(dāng)混凝土PH值小于11.5 時, 就能引起鋼筋表面惰性氧化薄膜的破壞, 在空氣中和氧的作用下, 還可以引起平行于鋼筋

7、的裂紋和混凝土的崩裂?；炷恋奶蓟潭扰c水灰比有關(guān), 隨水灰比的增加而碳化速度加快, 隨空氣濕度和二氧化碳的增加,碳化速度加快, 混凝土的碳化速度隨養(yǎng)護(hù)時間的增加而減小。因此，增加單位混凝土中的水泥用量, 會提高混凝土密度和抗?jié)B透性, 可以減小混凝土的碳化速度。增加保護(hù)層的厚度, 使混凝土碳化到達(dá)鋼筋表面的時間增加, 也有利于混凝土結(jié)構(gòu)抗碳化的能力。 </p><p>　　1.2 氯離子的侵蝕 </p>

8、;<p>　　混凝土本身含有的氯離子可通過擴散作用和毛細(xì)作用進(jìn)入混凝土內(nèi), 對鋼筋的銹蝕影響極大。氯離子半徑小, 穿透能力強, 很容易吸附在鋼筋陽極區(qū)的鈍化膜上, 取代鈍化膜上的氧離子, 使氫氧化鐵變?yōu)闊o保護(hù)作用的氯化鐵, 氯化鐵的溶解度比氫氧化鐵大得多, 由于氯離子到達(dá)鋼筋表面的不均勻性, 特別是氯離子作用在鋼筋局部區(qū)域內(nèi)時為陽極區(qū),形成腐蝕。當(dāng)溶入混凝土中的氯鹽達(dá)到混凝土重量的0.1%～0.2%時, 鋼筋開始銹蝕。當(dāng)氯

9、鹽含量超過1%后, 鋼筋的銹蝕面積將急速增加。同時, 氯化物侵蝕所形成的銹蝕產(chǎn)物會導(dǎo)致混凝土的開裂和崩裂。研究表明, 氯化物侵蝕導(dǎo)致的鋼筋銹蝕一般大于混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕。 </p><p>　　1.3 堿─骨料反應(yīng) </p><p>　　堿─骨料反應(yīng)一般指水泥中的堿和骨料中的活性硅發(fā)生反應(yīng)，生成堿─硅酸鹽凝膠，并吸水產(chǎn)生膨脹壓力，造成混凝土開裂。堿─骨料反應(yīng)引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞程度，

10、比其他耐久性破壞發(fā)展更快，后果更為嚴(yán)重。堿─骨料反應(yīng)一旦發(fā)生，很難加以控制，一般不到兩年就會使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯開裂，所以有時也稱堿─骨料反應(yīng)是混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。對付堿─骨料反應(yīng)重在預(yù)防，目前還沒有更可靠的修補措施。防止混凝土堿─骨料反應(yīng)的主要措施是：選用含堿量低的水泥；不使用堿活性大的骨料；選用不含堿或含堿低的化學(xué)外加劑等；通過各種措施，控制混凝土的總含堿量不大于3kg/m3。 </p><p>　　1.4 凍融

11、循環(huán)破壞 </p><p>　　混凝土是多孔隙的復(fù)合材料, 外部的水份會通過毛細(xì)作用進(jìn)入孔隙。當(dāng)溫度降至點以下時, 孔隙中的水凍結(jié)膨脹, 其體積增加9%左右,當(dāng)至少有91.7%的孔隙充滿水時, 水里結(jié)冰才產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力?？紫扼w積膨脹, 孔壁受壓變形, 冰融化后, 就可能使孔壁產(chǎn)生拉應(yīng)力, 反復(fù)凍融, 當(dāng)作用于孔壁的拉應(yīng)力大于混凝土的極限抗拉強度時, 即可以產(chǎn)生微裂縫, 持續(xù)凍融的結(jié)果使混凝土開裂, 甚至崩裂?；炷恋?/p>

12、密實性不好, 則其抗?jié)B性能差,可導(dǎo)致更多的水分進(jìn)入混凝土內(nèi)部, 加快混凝土結(jié)構(gòu)的凍融破壞。因而降低混凝土的水灰比, 提高單位混凝土中水泥的用量, 對混凝土結(jié)構(gòu)抗凍融破壞都是有利的。此外, 應(yīng)避免采用吸水率較高的集料, 加強排水, 以免混凝土結(jié)構(gòu)被水飽和。 </p><p>　　2. 材料耐久性設(shè)計 </p><p>　　2.1 采用高耐久性混凝土，增強混凝土的密實度，提高混凝土自身抗破損能

13、力 </p><p>　　提高混凝土自身的耐久性是解決混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的前提和基礎(chǔ)。按確定的環(huán)境類別（或環(huán)境作用等級及設(shè)計使用年限），選擇混凝土耐久性的基本要求指標(biāo)，提出混凝土原材料選用（水泥品種與等級），摻和料種類，骨料品種與質(zhì)量要求等，根據(jù)需要提出混凝土的氯離子擴散系數(shù)、抗凍耐久性指數(shù)或抗凍等級等具體指標(biāo)；在施工圖設(shè)計和相應(yīng)說明中，必須標(biāo)明水灰比（或水膠比）等與混凝土耐久性相關(guān)的重要參數(shù)和要求；表一為《公路鋼

14、筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》中的結(jié)構(gòu)混凝土耐久性基本要求。 </p><p>　　表1 結(jié)構(gòu)混凝土耐久性的基本要求 </p><p>　　環(huán)境類別 環(huán)境條件 最大 </p><p>　　水灰比 最小水泥用量(kg/m3) 最低混凝土強度等級 最大氯離子含量（%） 最大堿含量（kg/m3） </p><p>　?、?溫暖或寒冷地區(qū)的大氣

15、環(huán)境、與無侵蝕性的水或土接觸的環(huán)境 0.55 275 C25 0.30 3.0 </p><p>　　Ⅱ 嚴(yán)寒地區(qū)的大氣環(huán)境；使用除冰鹽環(huán)境；濱海環(huán)境 0.50 300 C30 0.15 3.0 </p><p>　　Ⅲ 海水環(huán)境 0.45 300 C35 0.10 3.0 </p><p>　?、?受侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境 0.40 325 C35 0.10 3.0

16、 </p><p>　　2.2 鋼筋阻銹劑的應(yīng)用 </p><p>　　對于鋼筋防護(hù)而言，在任何情況下混凝土質(zhì)量都是最重要的。如果混凝土材料或施工質(zhì)量不好，或設(shè)計有缺陷等都會加速病害的發(fā)生和發(fā)展速度。在高質(zhì)量混凝土的基礎(chǔ)上摻加鋼筋阻銹劑，被認(rèn)為是長期保護(hù)鋼筋延緩腐蝕破壞、實現(xiàn)設(shè)計壽命的最簡單、最經(jīng)濟和有效的技術(shù)措施。加入鋼筋阻銹劑能起到兩方面的作用：一方面推遲了鋼筋開始生銹的時間，另一方面

17、，減緩了鋼筋腐蝕發(fā)展的速度。 </p><p>　　2.3 橋面防水層 </p><p>　　目前我國橋梁工程中采用多種防水層，從作用原理上講多屬于物理防水，是靠由防水涂料、膠體或卷材形成的防水層的物理作用隔斷水分。防水層的局部破損和老化，都會影響防水效果。近幾年來，國內(nèi)外推廣采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，為橋梁防水層設(shè)計提供了新思路。水泥基滲透結(jié)晶型防水材料從作用原理上講屬于化學(xué)防水，是

18、靠防水材料的結(jié)晶滲透作用，堵塞混凝土毛細(xì)管，形成自密性混凝土層。 </p><p>　　3. 構(gòu)造保護(hù)措施 </p><p>　　3.1 加大鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度 </p><p>　　混凝土保護(hù)層碳化是鋼筋銹蝕的前提。就一般情況而言，只有保護(hù)層混凝土碳化，鋼筋表層鈍化膜破壞，鋼筋才有可能銹蝕。因此，適當(dāng)加大鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度，是保護(hù)鋼筋免于銹蝕，提高混凝土結(jié)

19、構(gòu)耐久性的最重要的措施之一。 </p><p>　　3.2 改進(jìn)橋面鋪裝設(shè)計 </p><p>　　3.2.1 采用高密實度具有良好防水性能橋面鋪裝混凝土。 </p><p>　　橋面鋪裝混凝土應(yīng)采用C30以上等級的高密度混凝土，為了提高混凝土的密實度，水灰比一般應(yīng)控制在0.4以下。重要橋梁可采用纖維混凝土（鋼纖維混凝土或復(fù)合纖維混凝土）橋面鋪裝層。為了防止和控制混

20、凝土的收縮裂縫，橋面鋪裝時應(yīng)設(shè)置由帶肋鋼筋組成的平面鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距通常為100mm×100mm。 </p><p>　　3.2.2 預(yù)防橋面鋪裝層混凝土縱向開裂的措施 </p><p>　　在以往的橋梁設(shè)計中是將橋面鋪裝混凝土作為構(gòu)成橋面橫坡的找平層和橋面板的保護(hù)層。在計算中一般是不考慮橋面鋪裝層參與主梁（或橋面板）共同工作的。但是，由橋面鋪裝層混凝土與橋面板的粘結(jié)作用，橋面鋪

21、裝層作為主梁（或橋面板）截面的組成部分共同承受內(nèi)力客觀存在的事實。 </p><p>　　考慮橋面鋪裝層參與工作的鉸結(jié)空心板梁橋的空間分析表明，空心板梁在主要承受縱向變矩的同時，還要承受一定的橫向彎矩。由鉸縫本身的橫向連接薄弱，這一橫向彎矩主要由鉸縫頂面的混凝土鋪裝層來承擔(dān)?；炷龄佈b層厚度有限，配筋很少（有些鋼筋也位于鋪裝層的中部，對抗彎不起作用），在橫向彎矩作用下，橋面鋪裝層出現(xiàn)縱向裂縫是必不可免的。 <

22、;/p><p><b>　　4.結(jié)語 </b></p><p>　　目前，我我國基礎(chǔ)建設(shè)正處在高潮中，提高鋼筋混凝土橋梁耐久性是一項系統(tǒng)工程，要從設(shè)計、選材與施工、維護(hù)各個環(huán)節(jié)著手，建立整體性防水和預(yù)防性保護(hù)的理念，改進(jìn)我國橋梁防水、防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計。如果忽視了橋梁的耐久性，在以后橋梁運營中，用于維修可能耗費的費用數(shù)倍于橋梁當(dāng)初的建設(shè)費用。作為一個橋梁工作者，我們應(yīng)該盡快的吸

23、取經(jīng)驗教訓(xùn)，提高橋梁的耐久性和使用壽命。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　1.中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）.北京：人們交通出版社，2004 </p><p>　　2.中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTG/T B07-0