王 鹏
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【摘 要】近年来，随着我国交通建设的不断发展，桥梁工程的建设发展成为了交通建设中的控制性因素。桥梁在长期的运营过程中总是不可避免的受到周围环境等各种因素的影响，混凝土桥梁作为桥梁工程中的重要组成结构，受周围环境的影响更加显著，其抵抗周围环境因素作用而保持正常使用功效的能力就称为混凝土桥梁的耐久性，该性能是衡量桥梁结构使用寿命的一个重要指标，是桥梁结构安全的基石。基于此，本文从多个方面具体分析了对于混凝土桥梁耐久性设计的技术研究。
【关键词】混凝土桥梁、耐久性、设计技术研究
中图分类号：TQ172文献标识码：A
引言
混凝土桥梁结构的耐久性问题直接关系到结构的安全度，甚至导致结构的破坏。因此，混凝土桥梁的耐久性设计在各个阶段应该充分考虑，设计和施工环节都要引起足够的重视，确保混凝土桥梁的耐久性满足结构安全使用需要。
一、混凝土桥梁结构耐久性定义
混凝土桥梁结构耐久性设计主要指桥梁结构在规定期限内并在各种环境条件作用下，维持其应有安全及适用功能的能力。环境作用主要指大气温度、湿度、化学侵蚀等导致混凝土材料性能随时间退化的环境作用；安全及使用功能主要指与结构承载能力极限状态有关的安全性及与正常使用极限状态有关的适用性。
二、混凝土桥梁结构耐久设计要求
混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及养护管理密切相关。对于混凝土桥梁而言，其主要特征是价格不高、强度较大、抗压性优质，因此，其应用极具广泛性。立足桥梁工程施工，现浇筑混凝土技术应用较多，能够有效发挥混凝土的优势，因此，要做好混凝土类型的选择。一方面，要考察混凝土技术标准与质量标准，保证其符合施工质量要求，做好质量审核。另外，要关注混凝土性质，以化学性质、物理特性为方向，严格把控，选择符合建设要求的材料。
1．基本要求
桥梁结构混凝土耐久性的基本要求如下：最大水灰比为0.55，最小水泥用量350kg/m3，最低混凝土强度等级为C25，最大氯离子含量0.10％，最大碱含量1.8kg/m3。混凝土保护层要求如下：桩基础和承台受力主筋的保护层厚度不小于70mm，桥墩墩身、桥台台身、梁、板等结构受力主筋保护层不小于40mm，人行道和栏杆受力主筋保护层不小于20mm，箍筋保护层不小于20mm，路缘石、护栏等保护层不小于30mm，收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋保护层不小于15mm。
2．控制混凝土裂缝的构造措施
混凝土结构的损伤与破坏，一般都是由于裂缝的出现使水侵入结构中，从而共同作用导致耐久性退化。设计中加强水平防收缩钢筋和箍筋在控制裂缝中的作用，提高收缩钢筋的配筋率及箍筋的间距。
3．材料要求
为保证混凝土质量，控制裂缝和提高耐久性，施工中所用的混凝土材料必须符合有关规范的要求，设计提出以下要求：
水泥：
尽量采用水化热较低的水泥，控制水泥细度及C2S含量，增加细度及C2S含量，可以产生较高的早期强度，但同时存在着水化热较大、导致自身收缩加大的问题，而且早期弹模大，在温度及收缩作用下，造成严重的早期开裂，因此建议采用低细度及C2S含量低的水泥。
采用低碱含量的水泥，碱含量应符合《公路桥涵施工技术规范》的要求。
采用42.5号及其以上的硅酸盐水泥，不采用超量掺有火山灰或粉煤灰的硅酸盐水泥。
粉煤灰等矿物掺和料：
粉煤灰是配置耐久性混凝土的重要部分，应适当掺加粉煤灰等矿物掺和料，掺和料应符合《公路桥涵施工技术规范》。
骨料：
骨料应洁净，质地坚固、级配合格、粒径形状好，粗骨料堆积密度大于1500Kg/m3，即空隙率不超过40%，C40及以上混凝土所选粗骨料压碎值应不大于12%，C40以下混凝土要求压碎值不大于13%，吸水率不大于1%，不宜采用有潜在活性物质的粗骨料，粗骨料的最大公称粒径不宜超过保护层厚度的2/3，且不超过钢筋最小净距的3/4，使用高强度C50混凝土时，最大公称粒径不应大于25mm。
粗细骨料组成应按连续密实级配要求，确定组成比例，以单位体积容重最大，空隙率最小，混凝土和易性最好为目标。
水：
应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011），同时水中氯离子含量超过5mg/cm3的水不得使用。
外加剂：
所选用的混凝土外加剂产品技术性能指标应符合《混凝土外加剂》（GB8076-1997）及相关标准。选定外加剂前，必须与所用水泥进行化学成分和剂量适应性检验。化学成分不适应，不得使用；应通过不同减水剂掺量与混凝土减水率试验曲线找出该减水剂的最佳掺量；如果采用复合型外加剂，在满足溅水率和工作性能的同时，还应满足缓凝时间，坍落度损失等多项指标要求，建议选用超高效减水剂。
任何提高早强的措施都不利于后期强度和耐久性，建议不掺加早强剂。
混凝土配合比：
应限制混凝土中胶结材料的最低和最高用量，在满足胶结材料最低用量前提下，尽可能降低硅酸盐水泥用量，但必须满足硅酸盐水泥最低用量要求。
4．防腐要求
（1）桥梁上部结构的所有外露钢构件均须进行防锈、防蚀处理。
（2）桥梁施工完成后，对桥梁墩身和盖梁侧面底面以及在最底水位、地面线以上外露桩基1.5m范围内用涂刷防腐涂层的方式整体进行防腐处理。
三、混凝土桥梁结构耐久设计内容
混凝土桥梁物耐久性设计主要考虑以下方面：
1.对结构物混凝土的水灰比、最小水泥用量、混凝土等级等进行要求，保证结构物混凝土的耐久性。同时要求施工时要充分捣实，水泥充分水化。
2.对结构物混凝土中氯粒子含量和钢筋保护层厚度进行要求，防止钢筋的锈蚀。
3.控制混凝土混合料中的碱活性材料的含量，防止混凝土发生碱活性反应造成裂缝、剥落、膨胀疏松。
4.河流中桩柱混凝土施工时掺入适量的引气剂，以提高混凝土的抗冻融能力。
5.对具有抗渗要求的混凝土，提出抗渗等级要求。
6.后张法预应力结构，在预应力钢束张拉后应及时压浆、封锚，严格控制砂浆配合比和有害物质含量。
7.影响混凝土结构耐久性的主要因素有混凝土的炭化、氯离子对混凝土结构的侵蚀、混凝土的碱-集料反应、钢筋的锈蚀等。
8.混凝土炭化速度取决于CO2气体的扩散速度及CO2与混凝土成分的反应性。在设计中适当的加大构件保护层厚度，并增加表层防裂钢筋网，以防止构件出现表层裂缝，从而减缓CO2气体的扩散速度。
9.对混凝土中氯离子含量控制首先应在原材料中控制氯离子含量,项目所在地生产用水为淡水，氯离子含量满足施工要求。由于混凝土本身固有的多孔性而存在着宏观与微观的缺陷等原因，外界环境的氯离子的可以渗入混凝土中并且达到一定的浓度,使混凝土失去对钢筋的保护作用。因此在设计中适当增加混凝土保护层厚度阻止或防止外界环境的氯离子渗入混凝土内部。
10.根据碱—集料反应的机理及影响该反应的主要因素,防止碱—集料反应主要采用以下措施：采用低碱水泥、使用非活性集料、使用掺合料降低混凝土的碱性。
11.钢筋的锈蚀问题在设计主要适当的加大构件保护层厚度，并增加表层防裂钢筋网，以防止构件出现表层裂缝，从而减小钢筋的锈蚀可能性。
四、结语
混凝土桥梁广泛应用在跨河或跨越的结构工程，正确地使用和维护混凝土桥梁结构，是提高桥梁耐久性的必要条件，同时在工程设计阶段充分考虑到周围环境对混凝土桥梁结构的耐久性影响，采用合理的措施保证混凝土耐久性是保障桥梁工程建设使用安全性及适用性的首要前提。
【参考文献】
[1]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）
[2]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG 3363-2019）
[3]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）
[4]《公路工程混凝土结构耐久性设计规范》（JTG/T 3310-2019）