钢筋混凝土桥梁耐久性研究.pdf

第4 3 卷第9 期 2 01 6 年9 月 建筑论坛 Ar c h i t e c tur a 1 F o r u m 建筑技术开发 Bu il d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 钢筋混凝土桥梁耐久性研究 王义秋 ( 中铁十九局集 团有限公司计量测试 中心，辽宁辽阳 1 1 1 0 0 0 ) 摘要 钢筋混凝土结构桥梁近年来应用日益广泛，但随着桥梁服役时间的增加，桥梁的耐久性问题也越来越 突出。对服 役的桥梁进行检修，不仅耗费财力物力，还大大的影响交通 。作者从钢筋混凝土材料及钢筋混凝土结构碳化深度对钢筋混凝土 桥梁的耐久性进行研究，并提出提高混凝土桥梁耐久性的措施，可为桥梁耐久性设计提供参考。 关键词 耐久性 ； 碳化深度 ； 渗透性 中图分类号 Tu 3 7 5 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 9 - 0 1 6 4 0 2 Dur a bi l i t y o f Re i nf or c e d Co nc r e t e Br i dg e W a ng Yi - q i u Ab s t r a c t R e i n f o r c e d c o n c r e t e b r i d g e s t r u c t u r e s u s e d wi d e l y i n r e c e n t y e a r s ， b u t wi t h t h e i n c r e a s e o f s e r v i c e t i me o f t h e b r i d g e ， t h e d u r a b i l i t y o f t h e b r i d g e h a s b e c o me i n c r e a s i n g l y p r o mi n e n t T h e b r i d g e o f s e r v i c e f o r ma i n t e n a n c e ， n o t o n l y c o n s u me fi n a n c i a l a n d ma t e r i a l r e s o u r c e s ， b u t a l s o g r e a t l y a f f e c t t r a f fi c F r o m t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e a n d r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t ruc t u r e s c a r b o n a t i o n d e p t h o f c o n c r e t e b r i d g e d u r a b i l i t y s tud y a n d p r o p o s e m e a s u r e s t o i mp r o v e t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e b r i d g e ， t h e b r i d g e c a n b e d e s i g n e d t o p r o v i d e a r e f e r e n c e f o r d u r a b i l i t y K e y wo r d sd u r a b i l i t y ； c a r b o n a t i o n d e p t h ； p e r me a b i l i ty 钢筋混凝土桥梁所在地点一般环境恶劣，随着时间的推 移，桥梁结构易发生损坏。采用的混凝土品质较差、混凝土 的配 比选择不 科学及施 工工 艺因素等会 造成 混凝土缺 陷，导 致混凝土更快受到破坏。即使是水胶比、外加剂使用得当的 优质混凝土，随时间推移混凝土碳化深度的增加也会造成桥 梁结构的损伤，进而影响混凝土的耐久性。桥梁设计人员对 于桥 梁 的承载 力设计 目前 已经 有 了足够 的重 视，但对耐 久性 的研 究却远不够。每年都会发生因混凝土桥梁耐久性破坏引 起桥梁不能继续使用或需要进行大修的案例，不但耗费财力 物 力且对交通影响巨大 。 1 材料 的影 响 在桥梁建造中使用高性能混凝土能增加桥梁的使用寿命。 过去人们只重视混凝土强度的提高，但现在研究人员对混凝 土有 了更多的要求。高性能混凝土具有高强度、高流动性、 高耐 久性等特 征，与普 通混凝 土相 比，高性 能混凝土掺 加减 水剂及各种辅助胶凝材料，减少混凝土的用水量，降低其干 缩性 及渗 透性，在恶 劣环 境中能够 降低 水 、氧 气及其 他物质 对混 凝土 的破坏 。外加 剂 的选择可根据 工程 结构 的类 型及 桥 梁所处的环境来确定。常用高效减水剂有聚羧酸、 氨基苯碘酸， 辅助胶凝材料可用矿渣微粉、硅灰及粉煤灰，掺加炉渣、硅 灰和 粉煤 灰会使混凝 土对 氯离 子的渗透 性 降低 ， 以 C 4 0 混 凝 土试 验研 究为例 ，得 出混 凝土原料 比例 对 混凝土渗 透性 的影 响 ， 见表 1 。 表 1 混凝土原料 比例对混凝土渗透性的影响 凝胶材料 ( 比例) 5 6 d的渗透性( C) 水泥类 别 水胶 比 水泥 粉煤灰 硅灰 2 2 8 。 C 3 7 8 。 C 5 0 4 5 5 I I I 0 4 0 4 7 0 3 5 0 50 45 5 i n 0 45 70 0 59 0 5 0 4 7 3 I I I 0 4 0 1 2 0 0 l 1 7 0 5 0 4 7 3 I I I 0 4 0 8 2 0 5 9 0 5 of 4 5 5 J I 0 40 79 0 54 0 5 of 4s 5 I 1 0 45 l 1 00 70 0 收稿 日期 ： 2 0 l 6 _ J 0 4 _ O 1 作者 简介 ：王义秋 ( 1 9 7 9 ) ，女，辽 宁辽阳人 ，工程 师，主要 从事 混凝土及相关材料试验检测技术管理工作。 1 6 4 调整外加剂可配制所需性能的混凝土，如在构造复杂且 钢筋密集处，可使用高流动性 白密实混凝土。但许多外加剂 成 分不 明，使 用不 当会对混 凝土 结构物造成 损伤 ，如早 期的 减 水剂含有 氯盐 和硫酸 盐，氯盐 会破坏钢筋 的钝 化膜 ，加速 钢筋的锈蚀。硫酸盐会使混凝土体积不稳定，还不利于混凝 土 的碱骨料 反应 。很显然 ，使 用这种 减水剂必然 会 给混凝 土 结构带来损伤 。 选择具有高性能的钢筋也会增加桥梁的耐久性，如可选 择耐候性好的钢筋。普通钢筋锈蚀后它的承载力和延性都会 下降，且体积增大，这会使混凝土裂缝发展更快 ：同时，钢 筋锈蚀后与混凝土表面粘结力降低，使得钢筋和混凝土协同 工作能力减弱，进步降低了钢筋混凝土结构的承载力。 另外，桥面混凝土 由于受到重复荷载作用及使用环境恶 劣，桥面的混凝土易被损伤，且修复费用巨大。故桥面混凝 土应该选择使用 有高耐久性 、低渗 透性、低水胶 比的混凝土 ， 并要保证施工质 量。 2 混凝土碳化深度 2 1 碳化深度计算方法 大气 中的二氧 化碳 溶于水会 形成碳 酸，碳酸 与混 凝土微 孔 中的碱性 物质反应 ，会 降低混凝 土微孔水溶液 的 P H值 ，当 P H值下降到一定程度，就会发生钢筋的腐蚀。另外碳化反应 的一般产物碳酸钙 比原物质体积膨胀，会堵住混凝土中的微 孔，增大混凝土密实度，在一定程度上阻止二氧化碳和氧气进 一 步进入混凝 土 结构，但这 也会使 混凝土脆 性增 加，延性 降 低 。混凝土 结构碳化缓慢， 试验周期长 ，目前有两种测试 方法 ， 一 种是实验室快速碳化，另一种是长期暴漏实验。国内外大 量碳化深度实验表明，混凝土碳化速度与二氧化碳浓度有关， 碳化深度与碳化时间有关，并导出了碳化深度的理论计算公 式 为 ： 可将式 ( 1 )简写为 ： ：七 ( 2 ) 式中 ： X为碳化深度 ； k为碳化系数 ； t 为碳化时间。 但式 ( 2 )在实际使用过程中由于环境条件不同，模型参 数不 易确定 ，故 在进 行碳 化深 度计 算 时会 出现 比较 大误 差， 于是国内外学者便进行了大量的实验与实地调查，得 出了基 ， ， y 建筑技术开发 Bu i l d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 建筑论坛 Ar c hi t e c t u r a l Fo r u m 第4 3 卷第9 期 2 0 1 6 z 9 月 于实验 的碳化深度计算公式。如在干旱地区施工的桥梁，表 层混凝土迅速干燥，使得混凝土水化不充分，文献 通过对 部分服役桥梁混凝土强度和碳化深度的测试并进行回归分析 ， 得到干 旱地 区一般混凝土 桥梁碳化深度计算公式 = ( 0 O 0 4 f 一 0 4 2 5 1 L +1 0 7 6 2 ) 4 t ( 3 ) 式中 为混凝土轴心抗压强度标准值 ； 为碳化深度 ；t 为碳化 时间。 式 ( 3 )仅适合 不添加 外加剂 的情况 ，掺加减水剂 等外加 剂后，会使混凝土密实度、抗渗性等性能发生变化，故碳化 深度与普通混凝土不同。影响碳化的因素有很多，如水胶比、 水泥的品种与用量、骨料的品种与粒径、外掺剂、混凝土抗 压强度等。施工及养护对混凝土碳化也有很大影响。 2 2 碳 化深度 测量方 法 混凝 土碳化 深度 一般 采用 化学试 剂进行 测量 。具体方 法 为 ： 使用 电锤或者其他工具，在测区表面形成2 3 个直径为 l 5 1 n n 1 的孔洞，深度略大于碳化深度。吹去孔洞中的粉末 ( 不 能用液体冲洗 ) ，立即用浓度为1 的酚酞酒精溶液滴在孔洞 内壁边缘处，已经碳化的混凝土不变色，未碳化的混凝土变 成紫 红色 。然后 测量 混凝 土表面 到不变 色边 界处 的垂 直距 离 即为碳化深度。每点测 量两次 ，精确到 0 5 mm。故每一测 区的 平均 碳化深度 为 ： ： 式 中 ： n为碳化深 度测 量的次数 ； 为第 i 次测量 所测得 的碳化 深度，单位 mm。 3 提高混凝土桥梁耐久性的建议 基 于对 混凝土 耐久 性影 响 因素的认识 ，本文 提 出以下提 高其耐久性的建议。 ( 1 )在进行桥梁 设计时 ， 不能一味追求 建造 最经 济的方案 ， 需综合考 虑桥梁 的检测 、维修、加固及重 造的费用等因素。 ( 2 )加强对桥梁 的检测 ，发现 问题及 时处理、及时加 固， ( 上接 第1 2 9 页 ) 施工人员操作时先通过梁边挂篮当做施工平台，把千斤 项支撑架设置在梁体两端，接着在支撑架上选取 D4 0的钢管 把千斤顶用链条葫芦悬挂于钢管上，接着操作人员通过悬挂 式吊篮安置在桥梁两端来展开施工，并安置好千斤顶。然后 开始张拉，以3 MP a 划线当成是测量值的起点，接着张拉到控 制应力后持续5 mi n ，测量钢筋伸长的具体数值，同时和理论 实验 的长度 展开对 比。此 外在 张拉持 续过程 中如 果油压 出现 减少 的情 况，就需要 及 时补 充油压 以符合 施工要 求，当张 拉 持续阶段结束后，收好锚具，同时对回缩值进行测量，并做 好记录 4 】 。各型桥梁横向预应力，钢筋张拉力及伸长值见表 1 。 表1 预应力钢筋伸长值表 桥梁 图号 跨度 m 张拉力值 k N 预应力钢筋长度 m m 伸长值 mm 备注 4 0 0 2 7 8 0 6 9 0 其他隔栖 2 0 5 00 29 5 0 7 5 2 端隔板 专桥 5 0 0 2 6 4 0 6 9 8 ( 0 1 )2 0 5 1 4 0 0 2 7 1 0 7 6 8 其他隔枥 2 4、 3 2 5 00 2 98 0 9 34 端 隔板 5 0 0 2 9 8 0 8 5 3 专桥 1 6 4 0 0 3 l 6 0 6 6 2 ( 0 1 )2 0 1 1 2 0 4 0 0 3 1 6 0 6 6 2 并按时对桥梁进行维护和保养。桥梁使用期间不得改变用途 和承重材料。对钢筋混凝土桥梁进行剩余寿命评估，从而可 提 出合理的措 施保证桥梁耐久性 。 ( 3 )要采用合理的混凝土配合 比，尽量减少水泥用量使 混凝土 能够有较 好 的耐碱性 ，通 过使用 减水剂等 外加 剂或采 用优质的掺和料来减少水的用量，降低混凝土的干缩程度。 ( 4 )加速耐久性材料的研究和推广。在混凝土结构桥梁 中使用高性能混凝土、耐候钢及各种复合材料不仅可降低成 本，还可提高桥梁的耐久性，且在桥梁的建造中，要限制使 用含有硫酸根、氯离子等会引起钢筋腐蚀的化学掺加剂。 ( 5 )提高设计水平和施工质量。通过提高设计人员水平 及控制施工质量也可使混凝土桥梁结构达到合理的使用年限。 如在易发生疲劳破坏的位置，要严格控制裂缝宽度，并尽量 避免使用单 薄构 架 。在 计算保护 层 厚度 时，不仅要 考虑环 境 因素和耐久性要求，还要将施工误差考虑进去。 4 结束语 影响混凝土耐久性的因素有很多，其中最重要的两方面 是建造时的选材和使用时混凝土碳化。选材不当会加快钢筋 混凝土桥梁的破坏，服役的桥梁不及时检修也会降低桥梁的 使用 年 限。桥梁 的大修理 或者重 建还 造成交通 不便及 耗 费大 量人力物力，故在桥梁建设时就应当考虑耐久性设计。通过 使用高性能的混凝土、耐候性钢等有利于桥梁耐久性的材料 和在使用过程中对钢筋混凝土桥梁进行合理正常的检测和保 养，亦可提高钢筋混凝土桥梁耐久性。 参考文献 1 杨少军 西北地区铁路桥梁混凝土耐久性研究 J 铁道标准设计， 2 0 0 7 ( 5 )： 4 5 4 7 2 2 唐伟 钢筋混凝土桥梁耐久性影 响因素分析 J 北方交通 ， 2 0 1 4 ( 4 ) ： 3 4 3 6 【 3 】 韩苏建 ， 杜应 吉 ， 李学德 基 于理论 模型粉煤 灰混 凝土碳 化深度预 测模型研 究 J 】 建筑技术 ，2 0 1 4 ，4 5( 9 ) ：8 3 3 8 3 5 2 结束语 在铁路桥梁施工中采取横向预应力联结技术，因为大部 分设备都是安放在铁路平板车上，移动方便，施工不受地形 限制 ， 并工序合 理 ， 能够按照工期方 便修改。同时施工 进展快 ， 工作效率高，有效地增进了社会效益。 参考文献 1 】 潘钻峰 ，C h u n g CF u ，吕志 涛 装配 式板桥 的横 向预应 力设 计 J 东南大学学报( 自然科 学版) ，2 0 1 0( 6 ) ：2 5 2 】 陈运国 铁 路新型桥梁横 向预应力联结施工要 点 J 科 技创新导报， 20 1 4 (1 3)：5 3 3 文国华 横 向预应力对悬臂 翼缘板有 效分布宽度的影响 【 J _ 中南公 路工程 ，2 0 1 2 ( 4 )：1 4 6 4 何建梅 ，方 志 ，邬 龙刚 横 向预应 力 与纵 向预应力 的交 互影 响作 用 J 城市道 桥与防洪 ，2 0 1 2( 4)： 2 4 1 【 5 张晨，孟少平 基于纤维模型的装配式预应力混合梁柱节点抗震性 能分析 f J 建筑技术，2 0 1 4 ，4 5( 1 2 ) ： 1 1 3 3 1 1 3 6 6 刘灿 ， 吴波 横 向预应力混凝土 梁预应 力损失试验研究 J 建筑技 术 ，2 0 1 4 ，0 8：7 2 8 7 3 1 7 】吕磊涛 铁 路 T梁制存梁 场大型 临时工程设 计研 究 J 铁 道建筑 ， 2 01 6， 0 3：5 8 61 【 8 】 符德省 预应 力混凝 土连续 T形 梁腹 板竖 向裂缝 的特征 及成 因分 析 J 】 公路交通科技 ( 应用技术版 ) ，2 0 1 6 ，0 3： 2 3 9 - 2 4 2 1 6 5