摘要：本文探討了預應力混凝土結構耐久性損傷的原因及提高耐久性的相關措施，可供工程參考。

　　關鍵詞：橋梁施工論文發表,期刊投稿,預應力混凝土結構,耐久性,損害,原因,措施

　　1 引言

　　隨著橋梁結構理論、建筑材料和施工技術的迅速發展，橋梁構件越來越細薄，這不僅要求精確的結構計算和先進的施工技術，更要注意由于結構耐久性不足而導致的結構失效。混凝土橋梁的安全運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應力混凝土結構，在工程實際中，一般10m以上跨度橋梁均采用預應力混凝土結構。然而，長期以來在我國預應力混凝土橋梁設計時往往僅考慮混凝土的強度指標而不重視混凝土的耐久性指標。最新的2004版橋規才開始出現對于耐久性提出的粗略要求。

　　國內外統計資料表明，由于混凝土結構耐久性病害而導致的損失是巨大的。近年來,在歐州、北美、澳大利亞、日本等十六個國家調查表明，由于水泥混凝土道路橋梁的耐久性問題進行修復或更新的投入費用，往往為當年造價的4倍或6倍以上。總費用達數千億美元。在我國已經出現了許多因耐久性不良而過早報廢的橋梁，例如北京西直門立交橋使用僅19年，就因嚴重剝蝕和鋼筋銹蝕破壞等原因不得已于1999年報廢重建。據1994年鐵路部門統計，我國正在運營的有病害橋梁共6137座，占總數的18.18%，其中預應力混凝土橋梁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,導致運輸能力下降，嚴重制約了國民經濟的健康發展。因此，如何有效地改善預應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實問題。

　　2 引起預應力混凝土結構耐久性損傷的原因及其分類

　　混凝土結構耐久性損傷或破壞是指結構性能隨時間的劣化現象。其直接原因可分為內部原因與外部原因，內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境與使用環境引起的劣化。間接原因有最初設計不合理以及日常運營中養護不到位產生的原因等。

　　2.1 設計因素

　　結構設計人員一般只重視取用規范規定的安全系數或可靠性指標來保證結構的安全性,這往往只滿足于規范對結構強度計算上的安全度需要，而忽視從結構體系、構造、材料、維護、耐久性方面的考慮，有的結構整體性和延性不足，冗余性小;有的計算圖式和受力路線不明確，造成局部受力過大;有的混凝土強度及級配不合理、保護層太薄、配筋率不足、構件截面過薄;這些都削弱了結構的耐久性。因此，不少橋梁雖然滿足了設計規范的強度要求，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層不足、養護不到位、脹模、剛度不夠、構件開裂等。造成這些事故的主要原因包括施工控制不嚴、混凝土配合比及振搗不合適、缺乏養護、預應力施加不合理等。這些施工上所造成的內部缺陷雖然短期不會對橋梁的正常使用產生明顯的影響，但卻會對結構的長期耐久性產生非常嚴重的危害。另外預應力孔道的灌漿不密實會明顯影響鋼筋的銹蝕。調查表明，在后張法預應力混凝土結構中，預應力筋的腐蝕多由孔道灌漿不密實引起。灌漿不密實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在質量的一個主要因素，配合比是否合理，直接影響到灰漿強度和灌注密實度是否達到預定的設計要求。

　　2.3 預應力筋的應力腐蝕

　　預應力結構的耐久性失效不同于普通混凝土結構的耐久性失效，其突出原因是預應力結構在同一環境侵蝕作用下，預應力筋對應力腐蝕非常敏感，往往在沒有任何預兆的情況下發生脆性斷裂。預應力筋較普通鋼筋應力高且脆。特別是高強鋼絲，斷面小，即使腐蝕輕微，斷面損失率也較大，并對應力腐蝕和應力腐蝕疲勞敏感。另外，預應力鋼絲發生銹蝕時，并不像非預應力混凝土結構中鋼筋銹蝕會在表面產生銹斑，引起混凝土保護層的剝落、層裂等外在現象，而極有可能在無任何預兆的情況下導致結構的突然破壞。

　　預應力鋼筋的應力腐蝕和氫脆性都會導致鋼材在高應力下的突然斷裂。應力腐蝕通常指氯化物或硫化物導致預應力筋腐蝕及脆斷。在預應力壓漿時，如果漿液中的膨脹劑含有鋁粉，當鋁粉接觸水泥時放出氫氣，單個氫分子進入鋼材就會出現氫脆斷。預應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，疲勞現象尤為明顯。

　　2.4 混凝土自身的影響

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

　　2.5 運營中橋梁普遍超載

　　目前在我國車輛超載現象非常嚴重，載重10t的汽車實際負載在20t、30t甚至40t的并不鮮見。超載會使橋梁疲勞應力幅度加大、損傷加劇，同時由于超載造成的橋梁內部損傷不能恢復，將使得橋梁在正常荷載下的工作狀態發生變化，從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。在車輛超載作用下，由于混凝土結構內部已經受到損傷，構件的開裂荷載降低、剛度下降;超載引發橋梁構件的疲勞損傷使在正常使用荷載作用下,本來不該開裂的結構產生裂縫或原較小的裂縫成為超出規范允許的裂縫或產生較大的變形，甚至會出現一些超載引發的結構破壞事故。例如遼寧盤錦市某橋梁由于超載而發生梁體斷裂落入河中，致使三輛汽車墜河。

　　3 提高預應力混凝土結構耐久性的措施

　　針對上述預應力混凝土結構耐久性失效的特點，借鑒混凝土結構耐久性研究的成果，根據預應力混凝土結構的重要程度及其使用環境，從設計、施工、養護三個方面采取措施，以提高預應力混凝土結構的耐久性。

　　3.1 設計上要建立耐久性設計思想

　　橋梁線形不平順、接頭跳車、結構開裂和過大的變形等，使橋梁結構的耐久性變差，這些問題的產生固然與施工質量較低有關，但作為設計人員應建立耐久性設計思想，充分考慮到現階段的施工、管理水平和材料工藝水平，采用適當的設計方法來保證橋梁使用性能，尤其應注意結構體系和材料選擇的合理性及結構細節處理與目前的施工工藝水平和質量管理水平的協調性。國外的橋梁設計將提高結構的耐久性作為重要的設計原則，統一考慮合理的結構布局和構造細節，必要時對細部作特殊處理，強調使結構易于檢查、維護。

　　設計人員在設計時可采用如下措施提高橋梁的耐久性：

　　(1) 根據結構物的重要程度及其具體環境條件,選用相應的裂縫控制等級。

　　(2) 可根據實際情況適當加厚保護層的厚度，一般以達到4cm為宜。

　　(3) 采用高性能混凝土。

　　(4) 采用超靜定結構，防止因某一構件的失效而導致整個結構的破壞。

　　3.2 施工上不斷提高施工管理水平和施工質量

　　從施工方面來說，要從混凝土的密實性、裂縫及鋼筋保養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節，加強施工管理，提高施工質量。在施工時，要做到工藝先進可行、工序嚴格控制。具體措施有：

　　(1) 對于梁段新舊混凝土結合面的鑿毛、模板接縫、混凝土級配進行嚴格檢查;對錨具下齒板處混凝土加強振搗;對預應力張拉設備事先要標定、操作要準確，使預應力張拉、構件細部強度等滿足設計要求。

　　(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量及其接頭處的密閉性。

　　(4) 選用對腐蝕不敏感的預應力筋，加強預應力筋及錨具的防腐處理。在侵蝕性環境或重要橋梁工程中，優先采用環氧涂層鋼筋或陰極保護，并可考慮塑料波紋管和緩粘結技術等措施。

　　(5) 提高后張法預應力混凝土結構灌漿的密實性。

　　(6) 做好橋面排水防水工程，設置柔性防水層，保證防水層施工質量。

　　(7) 嚴格控制保護層厚度施工的負偏差，保證保護層的施工質量。

　　(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，加強混凝土的養護。

　　3.3 加強運營階段的管理和維護

　　要解決橋梁耐久性問題，還應加強對運營階段的管理和維護，尤其要加強對車輛超載的管理;定期對橋梁進行檢查;對橋面混凝土開裂較為嚴重、泄水管周圍浸水現象應高度重視;重視對服役期橋梁結構評估，及時進行必要的維修和加固。

　　此外，當環境侵蝕特別嚴重，僅靠上述措施不能確保預應力混凝土結構的耐久性時,應根據具體情況采用下述一項或多項措施。具體有:①選用外鍍或外涂防護層的預應力鋼筋; ②在混凝土中添加阻銹劑;③在混凝土外表面設置防滲、防腐涂層;④采用陰極保護措施;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 結束語

　　與普通混凝土結構相比,國內外對預應力混凝土結構耐久性的研究很少，尚需做大量的工作。預應力混凝土結構耐久性的研究是一個多學科、多目標的系統工程，涉及材料、結構、數學、化學及力學等多個領域，影響因素眾多，涉及的問題復雜。

　　建立適合于預應力混凝土結構耐久性研究的試驗方法;建立預應力混凝土結構在特定使用環境下的耐久性數學模型;提供預應力混凝土結構耐久性設計方法;提出預應力混凝土結構耐久性的評估體系;提出改善預應力混凝土結構耐久性的措施等。

　　參考文獻：

　　[1] 潘道輝.淺談預應力混凝土結構耐久性與施工控制[J].湖南交通科技,2004(12).

　　[2] 張存厚，韓國良.預應力砼結構耐久性的研究[J].內蒙古電力技術，2003(21)，132-134.

　　[3] 楊小平，劉榮貴，呂志濤.裂縫對預應力混凝土結構耐久性影響的試驗研究[J].江蘇大學學報(自然科學版),2002(6).

　　[4] 楊權兵，楊錢榮,郭榮泰.橋梁工程混凝土耐久性設計及應用研究[J].低溫建筑技術,2002(3).

　　[5] 張德峰 呂志濤.現代預應力混凝土結構耐久性的研究現狀及特點[J].工業建筑，2000(11).