摘要：本文探討了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的原因及提高耐久性的相關(guān)措施，可供工程參考。

　　關(guān)鍵詞：橋梁施工論文發(fā)表,期刊投稿,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),耐久性,損害,原因,措施

　　1 引言

　　隨著橋梁結(jié)構(gòu)理論、建筑材料和施工技術(shù)的迅速發(fā)展，橋梁構(gòu)件越來越細(xì)薄，這不僅要求精確的結(jié)構(gòu)計(jì)算和先進(jìn)的施工技術(shù)，更要注意由于結(jié)構(gòu)耐久性不足而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)失效。混凝土橋梁的安全運(yùn)營在很大程度取決于混凝土的耐久性。目前，我國絕大部分橋梁均采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，在工程實(shí)際中，一般10m以上跨度橋梁均采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。然而，長期以來在我國預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)時往往僅考慮混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)而不重視混凝土的耐久性指標(biāo)。最新的2004版橋規(guī)才開始出現(xiàn)對于耐久性提出的粗略要求。

　　國內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明，由于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性病害而導(dǎo)致的損失是巨大的。近年來,在歐州、北美、澳大利亞、日本等十六個國家調(diào)查表明，由于水泥混凝土道路橋梁的耐久性問題進(jìn)行修復(fù)或更新的投入費(fèi)用，往往為當(dāng)年造價的4倍或6倍以上。總費(fèi)用達(dá)數(shù)千億美元。在我國已經(jīng)出現(xiàn)了許多因耐久性不良而過早報(bào)廢的橋梁，例如北京西直門立交橋使用僅19年，就因嚴(yán)重剝蝕和鋼筋銹蝕破壞等原因不得已于1999年報(bào)廢重建。據(jù)1994年鐵路部門統(tǒng)計(jì)，我國正在運(yùn)營的有病害橋梁共6137座，占總數(shù)的18.18%，其中預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁2675座。盡管國家拿出巨額投資整治橋梁病害，但橋梁病害新生速度仍然高于治理速度,導(dǎo)致運(yùn)輸能力下降，嚴(yán)重制約了國民經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。因此，如何有效地改善預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的耐久性和提高橋梁的使用壽命是一個非常迫切和重要的現(xiàn)實(shí)問題。

　　2 引起預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的原因及其分類

　　混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷或破壞是指結(jié)構(gòu)性能隨時間的劣化現(xiàn)象。其直接原因可分為內(nèi)部原因與外部原因，內(nèi)部原因是指混凝土自身的一些缺陷，如混凝土的氣泡、孔隙、含鹽骨料及堿含量過高等，外部原因主要是指自然環(huán)境與使用環(huán)境引起的劣化。間接原因有最初設(shè)計(jì)不合理以及日常運(yùn)營中養(yǎng)護(hù)不到位產(chǎn)生的原因等。

　　2.1 設(shè)計(jì)因素

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一般只重視取用規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)或可靠性指標(biāo)來保證結(jié)構(gòu)的安全性,這往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算上的安全度需要，而忽視從結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)造、材料、維護(hù)、耐久性方面的考慮，有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足，冗余性小;有的計(jì)算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大;有的混凝土強(qiáng)度及級配不合理、保護(hù)層太薄、配筋率不足、構(gòu)件截面過薄;這些都削弱了結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，不少橋梁雖然滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的強(qiáng)度要求，但僅投入使用幾年耐久性就出問題[6]。

　　2.2 施工階段埋下的隱患

　　典型的問題有鋼筋保護(hù)層不足、養(yǎng)護(hù)不到位、脹模、剛度不夠、構(gòu)件開裂等。造成這些事故的主要原因包括施工控制不嚴(yán)、混凝土配合比及振搗不合適、缺乏養(yǎng)護(hù)、預(yù)應(yīng)力施加不合理等。這些施工上所造成的內(nèi)部缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產(chǎn)生明顯的影響，但卻會對結(jié)構(gòu)的長期耐久性產(chǎn)生非常嚴(yán)重的危害。另外預(yù)應(yīng)力孔道的灌漿不密實(shí)會明顯影響鋼筋的銹蝕。調(diào)查表明，在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕多由孔道灌漿不密實(shí)引起。灌漿不密實(shí)的一個原因是施工和混合料配制不好。配合比是影響孔道灌漿內(nèi)在質(zhì)量的一個主要因素，配合比是否合理，直接影響到灰漿強(qiáng)度和灌注密實(shí)度是否達(dá)到預(yù)定的設(shè)計(jì)要求。

　　2.3 預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力腐蝕

　　預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的耐久性失效不同于普通混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性失效，其突出原因是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在同一環(huán)境侵蝕作用下，預(yù)應(yīng)力筋對應(yīng)力腐蝕非常敏感，往往在沒有任何預(yù)兆的情況下發(fā)生脆性斷裂。預(yù)應(yīng)力筋較普通鋼筋應(yīng)力高且脆。特別是高強(qiáng)鋼絲，斷面小，即使腐蝕輕微，斷面損失率也較大，并對應(yīng)力腐蝕和應(yīng)力腐蝕疲勞敏感。另外，預(yù)應(yīng)力鋼絲發(fā)生銹蝕時，并不像非預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕會在表面產(chǎn)生銹斑，引起混凝土保護(hù)層的剝落、層裂等外在現(xiàn)象，而極有可能在無任何預(yù)兆的情況下導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的突然破壞。

　　預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力腐蝕和氫脆性都會導(dǎo)致鋼材在高應(yīng)力下的突然斷裂。應(yīng)力腐蝕通常指氯化物或硫化物導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋腐蝕及脆斷。在預(yù)應(yīng)力壓漿時，如果漿液中的膨脹劑含有鋁粉，當(dāng)鋁粉接觸水泥時放出氫氣，單個氫分子進(jìn)入鋼材就會出現(xiàn)氫脆斷。預(yù)應(yīng)力筋的疲勞也會引起鋼筋的銹蝕，尤其是對于交通軌道，受周期性荷載的作用，疲勞現(xiàn)象尤為明顯。

　　2.4 混凝土自身的影響

　　混凝土是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的重要組成部分，混凝土自身的耐久性在一定程度上決定了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。影響混凝土耐久性的因素主要有混凝土碳化、堿-骨料反應(yīng)、溫濕度變化、硫酸鹽侵蝕、表面磨損、凍融循環(huán)和空隙中鹽類結(jié)晶等。

　　2.5 運(yùn)營中橋梁普遍超載

　　目前在我國車輛超載現(xiàn)象非常嚴(yán)重，載重10t的汽車實(shí)際負(fù)載在20t、30t甚至40t的并不鮮見。超載會使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇，同時由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù)，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。在車輛超載作用下，由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部已經(jīng)受到損傷，構(gòu)件的開裂荷載降低、剛度下降;超載引發(fā)橋梁構(gòu)件的疲勞損傷使在正常使用荷載作用下,本來不該開裂的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或原較小的裂縫成為超出規(guī)范允許的裂縫或產(chǎn)生較大的變形，甚至?xí)�出現(xiàn)一些超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。例如遼寧盤錦市某橋梁由于超載而發(fā)生梁體斷裂落入河中，致使三輛汽車墜河。

　　3 提高預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施

　　針對上述預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的特點(diǎn)，借鑒混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的成果，根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重要程度及其使用環(huán)境，從設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)三個方面采取措施，以提高預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

　　3.1 設(shè)計(jì)上要建立耐久性設(shè)計(jì)思想

　　橋梁線形不平順、接頭跳車、結(jié)構(gòu)開裂和過大的變形等，使橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性變差，這些問題的產(chǎn)生固然與施工質(zhì)量較低有關(guān)，但作為設(shè)計(jì)人員應(yīng)建立耐久性設(shè)計(jì)思想，充分考慮到現(xiàn)階段的施工、管理水平和材料工藝水平，采用適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法來保證橋梁使用性能，尤其應(yīng)注意結(jié)構(gòu)體系和材料選擇的合理性及結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)處理與目前的施工工藝水平和質(zhì)量管理水平的協(xié)調(diào)性。國外的橋梁設(shè)計(jì)將提高結(jié)構(gòu)的耐久性作為重要的設(shè)計(jì)原則，統(tǒng)一考慮合理的結(jié)構(gòu)布局和構(gòu)造細(xì)節(jié)，必要時對細(xì)部作特殊處理，強(qiáng)調(diào)使結(jié)構(gòu)易于檢查、維護(hù)。

　　設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時可采用如下措施提高橋梁的耐久性：

　　(1) 根據(jù)結(jié)構(gòu)物的重要程度及其具體環(huán)境條件,選用相應(yīng)的裂縫控制等級。

　　(2) 可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加厚保護(hù)層的厚度，一般以達(dá)到4cm為宜。

　　(3) 采用高性能混凝土。

　　(4) 采用超靜定結(jié)構(gòu)，防止因某一構(gòu)件的失效而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的破壞。

　　3.2 施工上不斷提高施工管理水平和施工質(zhì)量

　　從施工方面來說，要從混凝土的密實(shí)性、裂縫及鋼筋保養(yǎng)的控制及選擇合理的施工方法入手,控制每一個施工工序環(huán)節(jié)，加強(qiáng)施工管理，提高施工質(zhì)量。在施工時，要做到工藝先進(jìn)可行、工序嚴(yán)格控制。具體措施有：

　　(1) 對于梁段新舊混凝土結(jié)合面的鑿毛、模板接縫、混凝土級配進(jìn)行嚴(yán)格檢查;對錨具下齒板處混凝土加強(qiáng)振搗;對預(yù)應(yīng)力張拉設(shè)備事先要標(biāo)定、操作要準(zhǔn)確，使預(yù)應(yīng)力張拉、構(gòu)件細(xì)部強(qiáng)度等滿足設(shè)計(jì)要求。

　　(2) 控制拌合料中Cl- 的含量。在施工中可在混凝土中摻入粉煤灰、硅粉等抗腐蝕劑, 其抗氯鹽侵蝕的耐久性會大大增加。

　　(3) 提高波紋管自身的質(zhì)量及其接頭處的密閉性。

　　(4) 選用對腐蝕不敏感的預(yù)應(yīng)力筋，加強(qiáng)預(yù)應(yīng)力筋及錨具的防腐處理。在侵蝕性環(huán)境或重要橋梁工程中，優(yōu)先采用環(huán)氧涂層鋼筋或陰極保護(hù)，并可考慮塑料波紋管和緩粘結(jié)技術(shù)等措施。

　　(5) 提高后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)灌漿的密實(shí)性。

　　(6) 做好橋面排水防水工程，設(shè)置柔性防水層，保證防水層施工質(zhì)量。

　　(7) 嚴(yán)格控制保護(hù)層厚度施工的負(fù)偏差，保證保護(hù)層的施工質(zhì)量。

　　(8) 同時要保證底模板的剛度和支撐的可靠，避免初凝時擾動，加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)。

　　3.3 加強(qiáng)運(yùn)營階段的管理和維護(hù)

　　要解決橋梁耐久性問題，還應(yīng)加強(qiáng)對運(yùn)營階段的管理和維護(hù)，尤其要加強(qiáng)對車輛超載的管理;定期對橋梁進(jìn)行檢查;對橋面混凝土開裂較為嚴(yán)重、泄水管周圍浸水現(xiàn)象應(yīng)高度重視;重視對服役期橋梁結(jié)構(gòu)評估，及時進(jìn)行必要的維修和加固。

　　此外，當(dāng)環(huán)境侵蝕特別嚴(yán)重，僅靠上述措施不能確保預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性時,應(yīng)根據(jù)具體情況采用下述一項(xiàng)或多項(xiàng)措施。具體有:①選用外鍍或外涂防護(hù)層的預(yù)應(yīng)力鋼筋; ②在混凝土中添加阻銹劑;③在混凝土外表面設(shè)置防滲、防腐涂層;④采用陰極保護(hù)措施;⑤選用不銹蝕、防滲的聚乙烯波紋管以及提高其接頭處的密閉性等。

　　4 結(jié)束語

　　與普通混凝土結(jié)構(gòu)相比,國內(nèi)外對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究很少，尚需做大量的工作。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究是一個多學(xué)科、多目標(biāo)的系統(tǒng)工程，涉及材料、結(jié)構(gòu)、數(shù)學(xué)、化學(xué)及力學(xué)等多個領(lǐng)域，影響因素眾多，涉及的問題復(fù)雜。

　　建立適合于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的試驗(yàn)方法;建立預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在特定使用環(huán)境下的耐久性數(shù)學(xué)模型;提供預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法;提出預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的評估體系;提出改善預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施等。

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