试论钢筋混凝土桥梁耐久性研究

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1、试论钢筋混凝土桥梁耐久性研究【摘要】本文根据大量的己建钢筋混凝土桥梁的运营状况，分析研究了影响钢筋混凝土桥梁结构耐久性的主要因素，如混凝土的碳化、混凝土的冻融循环、混凝土的碱集料反应等;针对影响钢筋混凝土结构耐久性的因素提出了提高钢筋混凝土结构耐久性的措施。【关键词】钢筋混凝土桥梁；耐久性；混凝土碳化6如今，我国大力发展公路交通工程,基础设施建设规模异常宏大，每年投资20000亿元来兴建桥梁、公路等。桥梁作为现代交通重要组成部分，在促进社会发展、经济建设中起重要的作用。有专家估计，我国“大干”基础设施

2、工程建设的高潮还可延续20年，但是由于对耐久性忽视，我国不久会有“大修”几十年的高潮，其耗费将大大高于当初这些工程施工建设时的投资，可见，耐久性问题不仅带来安全问题，还带来经济性和可持续性等问题。试想如果仍然不关注桥梁结构耐久性，随着桥梁服役时间的增长，在本世纪10-30年代，我国也将有越来越多的桥梁进入到维修期，届时所需的维修费或重建费会给我国带来沉重的经济负担。由此可见，加强钢筋混凝土桥梁的耐久性研究极其重要，不但能提高工程技术人员和决策者以及对结构耐久性更深的认识，而且带来的经济效益和社会效益也

3、将是巨大的。1．耐久性的概念至今为止，耐久性的定义还未得到统一的认识。通常认为，材料的耐久性是在使用过程中经受(抵抗)各种破坏因素的作用(破坏力)而能保持其使用功能的能力。清华大学研究人员认为材料的耐久性是指材料与环境相互作用过程中的行为特征及其在时间上的反映。也就是寿命。如果一种材料在使用环境中能够满足设计和使用要求，那么它就是耐久的。从上面的定义可以看出，影响材料耐久性的因素有三个：材料、环境和其相互作用的途径，三者缺一不可。要想提高材料的耐久性，只要改变三要素中的一个就可以了。2．影响钢筋混凝土

4、桥梁耐久性的主要因素钢筋混凝土桥梁的建设受到诸多因素的影响，而建成后桥梁所处的环境又是非常复杂而且是多变的。因而，影响钢筋混凝土桥梁耐久性的因素很多。通常把影响钢筋混凝土桥梁耐久性的因素分为两类，一类是内因的影响，如所选用的设计因素的影响，施工质量的影响，材料的质量，结构功能的影响等。第二类是外因的影响，如自然环境的影响(温度、风、湿度、二氧化碳的浓度等)，人为的破坏，自然灾害的影响(地震、海啸等)。也有可能是内因、外因交叉影响造成的。2.1混凝土的碳化6混凝土的基本原料是水泥、砂、水和碎石,在其形成

5、过程中,核心的化学反应是水与水泥发生的水化反应。水化反应是将散粒状的砂与碎石粘结在一起,生成具有强度的水泥石。混凝土是一个多孔体,在其内部存在着许多大小不同的毛细管、气泡和孔隙。空气中的CO2首先渗透到混凝土内部的毛细管和孔隙中,然后溶解于毛细管中的液相物质,再与水泥水化过程中产生的Ca(OH)2、硅酸二钙和硅酸三钙等水化产物发生化学反应,生成CaCO3。在特定情况下,混凝土的碳化会增加其密实性,但是绝大部分情况下,混凝土的碳化对混凝土是一个有害的化学反应过程。碳化会降低混凝土的碱度,破坏钢筋表面的钝

6、化膜,造成钢筋的锈蚀。同时混凝土的碳化会加剧混凝土的收缩,有可能导致混凝土的开裂以及结构的破坏,对钢筋混凝土结构的耐久性极为不利。2.2冻融循环对混凝土耐久性的影响6混凝土是一种多孔结构，在混凝土的凝胶孔和毛细孔中有水分存在，这些水分有两种来源:一种是由外界环境渗入的；另一种则是在混凝土拌合时加入的，混凝土硬化后以游离水的形式存在于混凝土中。当环境温度降低到水的冰点以下时，水就会结冰，体积膨胀9%。当混凝土中有超过91.7%的孔隙被水充满时，水结冰就会对孔壁产生压力，这种压力称为膨胀压力。另外，当毛细

7、孔中的水结冰时，凝胶孔中的水处于过冷状态，过冷水的蒸汽压高于同温度下冰的蒸汽压，凝胶水就会向毛细孔渗透，对孔壁产生渗透压，并引起水泥石的膨胀。当混凝土内部的张力达到并超出混凝土的极限抗拉强度时，混凝土就会开裂。随着冻融循环，裂宽和裂深逐渐加大，达到钢筋表面时，就会加剧钢筋的腐蚀，从而降低混凝土结构的耐久性。2.3碱—集料反应对混凝土耐久性的影响1940年，stnatno首先证实了造成钢筋混凝土结构物破坏的主要原因之一碱—集料反应。混凝土碱集料反应是指混凝土中的碱和环境中可能渗入的碱与混凝土集料(砂石)

8、中的碱活性矿物成分，在混凝土固化后缓慢发生化学反应，产生胶凝物质因吸收水份后发生膨胀，最终导致混凝土从内向外延伸开裂和损毁的现象。混凝土集料中的活性成分主要有三种:一种是活性硅酸盐集料，一种是活性二氧化硅，再一种是活性碳酸盐。6碱—集料反应必须具备三个条件:(1)水泥中的碱含量大于0.6%(以当量Na20表示)。(2)混凝土骨料中有活性成分。(3)有水分存在或者环境潮湿。碱一集料反应一旦发生，其反应产物都具有一定的吸水性，吸水后体积膨胀，特别是碱与活性二