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    桥梁工程耐久性混凝土的使用

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    桥梁工程耐久性混凝土的使用手机版网址二维码
    声明：本文及文中图片系网络转载，供学习交流使用，若来源标注有误或涉嫌侵犯著作权，请联系fsclzs@qq.com,核实后我们将立即修改/删除。
                王玉顺（中铁十九局集团有限公司第五工程有限公司）
      摘要：本文对桥梁施工中耐久性混凝土使用的要求及影响耐久性的因素等方面进行了阐述。
      随着社会的发展，混凝土在桥梁的施工使用范围越来越广，已成为桥梁建设的主导材料, 但是, 混凝土材料的性能并不令人十分满意, 许多工程对混凝土的性能提出了更高的要求，尤其是对混凝土的耐久性。 我公司在青藏铁路、及即将开工的青岛滨海公路南段等工程中均遇到耐久性混凝土的施工，如何保障已成为重中之重。
      1　混凝土的耐久性
      混凝土材料初期被认为是无限耐久的, 实际上, 和人们普遍存在的混凝土耐久性良好的概念相反, 这种材料的缺点之一就是其耐久性不足, 进而引起结构的耐久性不足。据相关资料我国早期修建的大量混凝土桥梁, 标准偏低, 现已进入维修加固期，许多桥梁工程出现了质量问题，最主要的原因就是混凝土桥梁的耐久性不足。
      桥梁工程用混凝土除了要满足一般混凝土的工作性和强度要求外, 还要求具有优良的耐久性。对于桥梁建筑混凝土, 由于无遮盖而裸露大气中, 长期受风霜雨雪的侵蚀。因此, 混凝土耐久性的首要要求是混凝土必须具备抵御其现场条件破坏的能力。其次,还要满足荷载条件、混凝土的碳化、温度应力等的要求。根据桥梁所处的环境条件与荷载情况差异非常大, 往往存在一种或多种使混凝土劣化的因素, 故混凝土在桥梁工程中的应用必须针对以下几个使混凝土劣化的因素采取对策, 才能使混凝土在桥梁工程中满足耐久性要求。
      1.1　暴露条件影响
      桥梁墩台常受到海水或污水的侵蚀, 故桥梁混凝土的抗化学侵蚀的耐蚀性, 是保证桥梁混凝土耐久性的重要因素之一。
      混凝土本身含有氯离子或氯离子通过扩散作用进入混凝土内, 使桥梁混凝土受到氯盐污染, 氯离子半径小, 穿透能力强, 有很强的渗透扩散能力, 渗入到钢筋表面, 会破坏钢筋钝化膜而引起锈蚀, 锈蚀反应具有膨胀性, 可导致混凝土开裂剥落。氯离子渗入引起钢筋锈蚀的破坏速度快, 发生非常普遍, 当融入混凝土中的氯盐达到混凝土重量的0. 1 %～ 0. 2 %时, 钢筋开始锈蚀, 当氯盐含量超过1 % 后, 钢筋的锈蚀面积将急速增加。同时, 氯化物侵蚀所形成的锈蚀产物会导致混凝土的开裂和崩裂。这往往会成为桥梁寿命的决定因素。以下几个方面影响着氯化物锈蚀钢筋的速度:
      a)水灰比。随着水灰比的增加, 钢筋锈蚀速度加快。
      b) 保护层厚度。增加钢筋保护层厚度可使氯离子渗透至钢筋表面的时间增加, 因而也就延缓了钢筋锈蚀的发生。
      c)单位混凝土中的用水量。随水泥用量的增加可提高混凝土的密实度和抗渗透性, 可以减小氯离子的渗透速度, 因而也就降低了钢筋锈蚀速度。
      d) 混凝土的pH值。随着pH值的增加, 钢筋锈蚀速度加快。
      1.2　气候条件影响
      温度变化引起的混凝土的膨胀和收缩通常在结构设计中考虑, 然而, 冰冻条件或冻融循环的年发生次数则需要重点考虑, 因为冻融是导致桥梁混凝土劣化最普遍的原因之一。
      混凝土是多孔隙的复合材料, 外部的水分可以通过毛细作用进入这些孔隙。当温度降至冰点以下时, 孔隙中的水冻结膨胀, 孔隙体积膨胀, 孔壁受压变形, 冰融化后, 就可能使孔壁产生拉应力, 反复冻融, 当作用于孔壁的拉应力大于混凝土的极限抗拉强度时, 即可产生微裂缝, 持续冻融的结果使混凝土开裂, 甚至崩裂。混凝土的密实性不好, 则其抗渗性就差, 可导致更多的水分进入混凝土内部, 加快混凝土结构的冻融破坏。因而降低混凝土的水灰比, 提高单位混凝土中水泥的用量, 对混凝土结构抗冻融破坏都是有利的。此外, 应避免采用吸水率较高的集料, 加强排水以免混凝土结构被水饱和, 还可采用引气剂也是提高抗冻性的一项有效措施。
      1.3荷载条件影响
      荷载条件包括交通车辆、风、地震等作用。车辆等外力作用可磨损混凝土表面,也可导致混凝土失效。一般情况下, 表面磨损不是桥面板或桥墩的主要性能指标, 但在允许使用防滑链或带钉轮胎的地方或水面有大量浮冰, 则磨损可能较严重, 耐磨性就是混凝土的一个重要参数。另外预应力混凝土梁桥, 如果长期处于使用荷载小于设计荷载的条件下, 有一定的预拱度存在, 则在受拉区可能出现混凝土被拉裂的现象。
      1.4　温度应力裂缝影响
      混凝土中水泥水化反应时要放出热量, 导致构件中心与边缘出现温度差而产生应力, 该应力大于混凝土当时的抗拉强度, 混凝土就会开裂。混凝土构件尺寸越大, 发生温度应力裂缝的可能性也越大。减小混凝土的水泥用量和降低混凝土初始温度, 是防止温度应力裂缝的主要方法。近年来, 混凝土材料方面水泥向更多早强矿物、粉磨细度增大发展, 加水拌和后水化热加速, 放热加剧、温度收缩及干燥收缩增大。粗骨料的最大粒径减小、级配单一, 使拌和物需要的浆体量增加, 以至水化热加剧。温度变化的热胀冷缩也会导致温度应力的产生。由于各材料的温差变形系数不同, 而使得钢筋与混凝土界面、砂石与水泥浆界面等产生不同的温差变形, 导致混凝土的裂缝。
      1.5　混凝土的碳化影响
      混凝土是以水泥砂浆为基体, 以骨料为加劲材料的复合材料,骨料与水泥砂浆间有微孔隙、微裂纹, 因而混凝土材料具有一定的渗透性。空气中的二氧化碳扩散到混凝土中, 与水作用生成碳酸, 碳酸与水泥水化过程中产生的氢氧化钙、硅酸二钙、硅酸三钙反应生成碳酸钙, 在自由水的作用下碳酸钙沉淀在混凝土内部的孔穴中, 即为混凝土碳化。混凝土碳化的结果是使混凝土的pH值降低,如果碱损失发生在钢筋附近, 当混凝土的pH值小于11. 5 时, 就能引起钢筋表面惰性氧化铁薄膜的破坏, 在空气中的水和氧的作用下, 还可以引起平行于钢筋的裂纹和混凝土的崩裂。碳化有初始期和传播期, 在初始期二氧化碳渗透进入混凝土保护层, 最终导致混凝土表面惰性薄膜的破坏, 在传播期钢筋锈蚀导致混凝土保护层开裂或崩塌。
      2　桥梁工程对混凝土材料使用性能的要求
      2.1　有足够的强度
      混凝土的强度是决定混凝土其他性能的基础,是混凝土最主要的性能之一。在桥梁的使用中, 钢筋混凝土梁的受拉区往往要出现裂缝, 尽管现行桥规规定最大允许裂缝为0.25 mm , 但裂缝的出现必然会为毛细水上升、氯化物的侵蚀、钢筋的锈蚀提供便利条件, 并随着裂缝的增大, 其速度加快。裂缝的不断增大, 导致钢筋混凝土梁的挠度增加, 刚度也就不能满足要求, 所以, 混凝土强度的提高, 不仅仅是指抗压强度的提高, 有良好的韧性, 同时还包括抗折强度、抗拉强度等的提高。 这就要求混凝土的性能提高, 不仅仅局限于某一两个方面, 而是指多方面、综合性能的提高。
      目前, 钢筋混凝土梁桥的不足之处是结构本身的自重大, 强度大部分为结构本身的重量所消耗, 这就大大限制了钢筋混凝土梁式桥的跨越能力, 如果混凝土的综合性能得以提高, 达到高耐久性、高强度、高工作性, 并能与环境协调, 那么, 应用在桥梁上, 则可增大桥梁跨径, 减少下部结构, 同时还可以减小构件截面尺寸, 减轻自重。尤其是应用在全预应力混凝土梁中时, 全预应力混凝土梁在使用荷载下也无裂缝, 即使是部分预应力混凝土梁, 在常荷载下也无裂缝, 梁的刚度就比较大。因此, 在预应力混凝土梁中, 混凝土性能的全面提高, 可显著减小建筑高度, 使大跨径桥梁做得轻柔美观, 并增大了桥下净空。由于能消除裂缝, 这就扩大了对多种桥型的适应性, 并提高了结构的耐久性。
      2.2　低渗透性
      渗透性对于桥梁用混凝土也是一项重要指标。作为桥梁用混凝土, 尤其是桥面所用的混凝土, 还应具有良好的低渗透性。
      混凝土的抗渗性与耐久性有密切的关系。桥梁墩台经常处于海水或污水中, 抗渗性差的混凝土,水分可以“登堂入室”在内部引起侵蚀、冰冻等破坏作用, 导致钢筋的锈蚀和保护层的开裂以及剥落。因此, 为了保证耐久性, 尤其应当注意混凝土的抗渗性。
      2.3　外观要求
      混凝土质量的好坏直接影响到桥梁的外观,桥梁工程在讲究实用的同时还要讲究美观、与环境的协调。如果混凝土表面有蜂窝、麻面等, 不仅影响质量而且影响外观。反之, 如果混凝土表面平整、光洁、密实, 那无疑是高质量的混凝土。
      另外，严格控制混凝土施工性能对桥梁工程的耐久性也有很大提高。混凝土的施工性能主要体现在以下几方面：
      a．桥梁用混凝土要满足输送（泵送）和浇捣的要求, 早期强度较普通混凝土高。
      b．通过性好　容易振捣密实
      混凝土拌和物在振捣施工过程中,能够流到并填满模板内每一个角落, 流过钢筋密集狭小的空间, 并且浇筑过程不产生堵塞现象, 达到完全密实, 尽量使蜂窝、麻面不出现或少出现。
      c. 稳定性高
      稳定性好指两个方面: 一是体积稳定性高, 混凝土体积变形小, 则可避免或减少混凝土内部裂缝和外部可见裂缝。二是拌和物稳定性好, 在施工过程中集料颗粒不会发生大小分层和泌水现象。
      d. 混凝土成型后及时到位的养护对混凝土的各项性能影响也很大。只有在施工中严格控制水胶比, 要特别注意骨料含湿量的变化, 并且在选材和配合比设计中充分考虑到以上施工性能, 才能拌出高质量的混凝土, 建出高质量的桥梁。
      总之，耐久性混凝土的使用已成为今后桥梁等施工的一种趋势，科技的不断进步会使其性能逐步完善，混凝土构筑物的使用寿命也会越来越长，这样就会大大降低对其的维修费用，会给社会带来更大的经济效益。
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