橋梁混凝土耐久性若干問題的探討

馬寧

摘要：混凝土是橋梁結(jié)構(gòu)中最廣泛采用的建筑材料，混凝土的耐久性直接影響到橋梁的耐久性。當(dāng)前橋梁混凝土由于受設(shè)計(jì)、材料、施工方面因素的影響，存在容易開裂，耐久性及承載能力降低等問題。本文概述了橋梁混凝土破壞的形式問題，分析了橋梁混凝土耐久性差的緣由問題，并提出了因此提高橋梁混凝土材耐久性的措施。

關(guān)鍵詞：橋梁；混凝土；耐久性

一、橋梁混凝土破壞的形式問題

橋梁混凝土的破壞導(dǎo)致混凝土的耐久性變差其主要破壞模式可以分成以下幾類：

（一）鹽結(jié)晶脹裂模式

在海濱或跨越河流（特別是排污河）以及鹽漬土地區(qū)的橋梁墩臺(tái)經(jīng)常發(fā)生此類破壞。由于毛細(xì)作用，混凝土孔隙中充滿了液體，當(dāng)水位及環(huán)境溫度變化時(shí)，液相中的鹽份析出，在一定溫度和濕度下轉(zhuǎn)化為體積膨脹的結(jié)晶水化物，使混凝土結(jié)構(gòu)脹裂，進(jìn)而導(dǎo)致鋼筋銹蝕，體積膨脹，加重了混凝土的開裂，造成惡性循環(huán)。

（二）水凍融破壞模式

這種破壞模式主要發(fā)生在我國(guó)的三北地區(qū)。水在負(fù)溫下發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化成冰，體積膨脹9%左右。當(dāng)混凝土處于飽水狀態(tài)，因溫度的降低，毛細(xì)孔中的水結(jié)成冰，對(duì)周圍造成擠壓，反復(fù)的結(jié)冰、融化，長(zhǎng)此以往使混凝土結(jié)構(gòu)疏松，失去強(qiáng)度。

（三）結(jié)構(gòu)受力破壞模式

鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)中，不可避免地由于溫度應(yīng)力、收縮徐變、荷載作用、地基不均勻沉降等原因造成結(jié)構(gòu)混凝土開裂，開裂部位受到滲漏水等的侵蝕，引起裂縫迅速開展。并向結(jié)構(gòu)內(nèi)部延伸，直接侵蝕鋼筋。鋼筋的銹蝕又加劇了混凝土裂縫開展，導(dǎo)致混凝土大面積松散以致脫落。

（四）堿—骨料反應(yīng)破壞模式

堿—骨科反應(yīng)是指骨料中活性組分與混凝土中的堿發(fā)生反應(yīng)并導(dǎo)致混凝土膨脹開裂。堿骨料反應(yīng)主要分為兩類：堿—硅酸反應(yīng)和堿—碳酸鹽反應(yīng)。發(fā)生堿骨料反應(yīng)要有三個(gè)條件：（1）有活性骨料；（2）水泥或混凝土中合堿量過高；（3）要有反應(yīng)所需的水分。

上述幾種模式都是由于混凝土因素造成的，除此之外還有鹽凍破壞模式與鋼筋銹蝕破壞模式，這兩種是由于鋼筋方面問題造成的耐久性變差，在這里就不多做解釋。

二、橋梁混凝土耐久性差的緣由問題

（一）設(shè)計(jì)問題

影響耐久性的設(shè)計(jì)問題主要包括：橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形狀與構(gòu)造型式、結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度、混凝土的設(shè)計(jì)水灰比及混凝土的強(qiáng)度等。由于混凝土結(jié)構(gòu)的許多腐蝕過程與自由水的存在有關(guān)，因此，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)形狀與構(gòu)造型式對(duì)于結(jié)構(gòu)耐久性就顯得非常重要。

（二）材料問題

原材料品質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響至關(guān)重要，如原材料控制不嚴(yán)，會(huì)導(dǎo)致某些組份之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，特別是堿骨料反應(yīng)，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性十分不利。另外，原材料中氯離子含量超標(biāo)，也容易導(dǎo)致鋼筋的銹蝕。

1、砂石則是混凝土中用量最大的材料，也最容易出現(xiàn)問題。工程上，石料常常選用“連續(xù)級(jí)配”，但實(shí)際上，所謂的連續(xù)級(jí)配往往是在石料廠大小石子隨意一摻，質(zhì)量可想而知。而且這樣的石料運(yùn)到攪拌站，一卸料就離析，造成混凝土質(zhì)量極不穩(wěn)定。

2、膠凝材料的問題。水泥是混凝土中最關(guān)鍵的材料，直接影響著混凝土的各項(xiàng)性能。目前，工程建設(shè)追求進(jìn)度、追求強(qiáng)度的傾向依然很明顯。為了追求進(jìn)度，追求早期強(qiáng)度，即便夏季施工，依然選用早強(qiáng)水泥，可以保障早期強(qiáng)度，可以7天甚至5天進(jìn)行預(yù)應(yīng)力梁的張拉，但早強(qiáng)水泥塌落度損失大，不利于施工，即使擁有再好配合比的混凝土，如果混凝土各項(xiàng)性能達(dá)不到，何談質(zhì)量？

3、很多地方對(duì)摻合料的認(rèn)識(shí)依然很有限，認(rèn)為摻合料不能替代水泥，極大限制了混凝土技術(shù)的進(jìn)步。有些地方盲目迷信硅粉，連樁基里都摻加，結(jié)果導(dǎo)致操控困難、塌損嚴(yán)重、結(jié)構(gòu)開裂。摻加硅粉要求很多，而且橋梁結(jié)構(gòu)摻加硅粉的必要性并不很大，應(yīng)該慎用。

三、橋梁混凝土耐久性的改善問題

（一）材料的選擇

1、合理選擇水泥品種

不同品種的水泥對(duì)化學(xué)結(jié)合能力、混凝土抗?jié)B性、強(qiáng)度的形成、耐腐蝕性、耐凍性和延緩碳化的能力有比較大的差別，在一般環(huán)境條件下，宜選擇低水化熱和低含堿量的水泥，不宜選擇早強(qiáng)水泥。

2、合理選擇混凝土的骨料

骨料在混凝土中所占的體積最大，因此，混凝土的骨料除要求質(zhì)地堅(jiān)硬和有足夠的強(qiáng)度外，還必須具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)。

3、控制水膠比和水泥用量

水膠比直接影響混凝土的孔隙率，影響CO2在孔隙中的擴(kuò)散程度，影響混凝土碳化的速度和對(duì)鋼筋的銹蝕?？刂扑z比是為了減少混凝土拌合物凝結(jié)后多余的水溢出所產(chǎn)生的毛細(xì)孔道和孔隙、減小混凝土的滲透性、防止凍融破壞?？刂扑嘤昧恳彩菫榱吮ＷC混凝土的密實(shí)性。從耐久性的角度，應(yīng)優(yōu)化混凝土配合比，確定最佳水泥用量和水膠比。

4、選用優(yōu)質(zhì)摻合料，配置高耐久性混凝土

混凝土的摻合料有粉煤灰、硅灰、磨細(xì)礦渣粉、磨細(xì)自然煤研石以及其他工業(yè)廢渣。使用兩種或兩種以上的摻合料復(fù)合而成的超細(xì)礦物摻合料，其效果通常優(yōu)于單一的礦物摻合料。不同的環(huán)境條件可以采用不同礦物摻合料及相應(yīng)的摻量，并通過試驗(yàn)確定最優(yōu)配比。

5、使用性能良好的外加劑

提高混凝土的密實(shí)性，減少混凝土的滲透性可以提高混凝土的抗侵蝕能力?；炷恋臐B透性控制著水及侵蝕性液體或氣體滲入的速率，同時(shí)，也能抑制水泥漿體中的毛細(xì)傳遞作用，因此，滲透性與混凝土的耐久性有著最為密切的關(guān)系，大幅度提高混凝土的抗?jié)B性是改善其耐久性的關(guān)鍵。使用高效減水劑和引氣劑，可以較大地提高混凝土的抗?jié)B透性，恰當(dāng)?shù)厥褂靡恍B(yǎng)護(hù)劑、阻銹劑等，也可以改善和提高混凝土的耐久性。