（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北，武汉，430056）
【摘 要】混凝土耐久性问题一直是建筑施工领域着力研究的重点问题，尤其是结构应力更加复杂的桥梁混凝土结构耐久性问题更是各方瞩目的焦点。桥梁工程中的混凝土耐久性问题不仅会导致桥梁混凝土构件的劣化而且会降低桥梁的整体结构强度，增加桥梁的危险性降低桥梁工程的使用寿命。本文将从结构设计研究的角度出发，结合混凝土桥梁结构的耐久性实际，对基于耐久性混凝土桥梁结构设计进行简要分析。
【关键词】耐久性；混凝土桥梁；结构设计
前言：
自十九世纪二十年代混凝土问世以来，其低廉的造价、较高的结构强度和简单的施工工艺就促使其应用范围不断扩展，时至今日已经成桥梁工程建设施工的首选材料。但是在混凝土的桥梁应用过程中，其自身的耐久性问题也逐渐暴露出来，对桥梁工程的质量产生深远的影响，因此对基于耐久性混凝土桥梁结构设计进行研究具有鲜明的现实意义。
1．基于材料耐久性退化机理的桥梁结构材料设计
1.1预防或减缓混凝土碳化
当前桥梁结构的混凝土耐久性退化主要是混凝土中钢筋的锈蚀造成的，而在一般情况下混凝土中的钢筋因为与外部环境隔离，其锈蚀进度是极为缓慢的，混凝土碳化是内部钢筋锈蚀的前提条件。同时混凝土自身的碳化也会对耐久性造成影响，所以在桥梁结构的材料设计中预防混凝土碳化是解决桥梁结构混凝土耐久性退化问题的关键。
混凝土结构的碳化现象是《混凝土结构耐久性设计规范》中重点强调预防的影响混凝土耐久性的现象，具体是指混凝土的内部材料受外部环境的影响，产生的一种结构酥化现象，对混凝土结构强度影响巨大。材料因素是混凝土构件碳化的主要因素。当前对混凝土碳化现象有影响的材料因素主要有水泥种类、水泥用量、水灰比、骨料品种及配比。
水泥是混凝土的主要成分，不同品种水泥中的碱性物质含量以及混凝土的渗透性不尽相同，所以混凝土的种类对混凝土的碳化现象有较为明显的影响。在相同的测试环境下对品种不同的水泥进行碳化速率实验，结果显示在相同的环境条件下、在相同的水灰比条件下矿渣水泥混凝土要比普通水泥土的碳化速率高50%~90%。
骨料是混凝土的另一种主要成分，其对混凝土构件碳化速率的影响主要表现在混凝土的孔隙大小上，在混凝土构件的浇筑过程中骨料主要起到的是提高混凝土结构强度的作用，其颗粒有大有小各自的应用效果也有所不同。但是单就混凝土构件的碳化速率来讲，骨料的颗粒越大混凝土凝结以后的孔隙就越大，相应的混凝土结构与环境因素的接触面积就越大，碳化速度就越高。所以在桥梁结构的混凝土施工中要尽量选择颗粒较小的骨料，减少混凝土构件中的孔隙，减少有害介质的扩散[1]。
1.2预防碱-集料反应
碱-集料反应是指在混凝土构件结构中活性矿物集料和混凝土空隙中的碱性溶液之间发生反应，反应会导致混凝土构件内部材料的膨胀，这种膨胀对混凝土构件耐久性的破坏是整体性的，是一种由内部向外的扩展性破坏，目前还没有有效的技术措施能够进行修补，所以《混凝土结构耐久性设计规范》对这一现象的预防规定尤为明确。
因为碱-集料反应对桥梁混凝土结构耐久性的重要影响，所以对其应对机制的研究具有鲜明的现实意义。当前应对碱-集料反应的主要措施是从碱-集料反应的反应原理角度入手，控制桥梁结构中活性矿物质和碱性物质的含量，从而达到抑制碱-集料反应的目的，提高桥梁混凝土结构的耐久性[2]。
如表1所示是《混凝土结构耐久性设计规范》规定的建筑施工活动中混凝土含碱量的安全限制标准，对不同的气候环境，以及不同性质工程中混凝土含碱量进行了明确的规定。
在桥梁混凝土施工工程中，活性集料原则上是不允许使用的，但是如果施工主体别无选择只能使用活性集料，则要在具体的浇筑施工中在混凝土中掺用多孔轻集料，以控制碱-集料反应的膨胀系数，减少内部膨胀对桥梁混凝土结构的破坏[3]。
2．桥梁构造措施耐久性设计
2.1基于耐久性的桥梁结构设计
在桥梁混凝土结构耐久性问题上，设计因素的影响显然要比具体施工技术的影响要深远、广泛，所以在国内不少学者提出了基于耐久性的桥梁构造设计理论，将桥梁的结构设计纳入到耐久性设计的范畴中，从桥梁设计的角度出发去解决桥梁混凝土结构的耐久性问题。
一般情况下桥梁建设施工的地质环境越差，在桥梁基础上的投资越大，在桥梁混凝土结构上就应该选择较大的跨度，以减少支撑结构的工程量，从而达到减少投资，减少混凝土结构病害的目的[4]。
2.2耐久性构造措施
在大跨度桥梁的建设施工中，桥梁的结构构造体系对桥梁混凝土构件耐久性的影响是基础性的，在大跨度的桥梁建设施工中桥梁的结构力量传递较为复杂，尤其是在桥梁的中荷载作用点附近，应力的分布极为复杂。如果不能对应力矢量进行正确的判断就无法确定应用钢筋的数量和位置。在结构应力的不断拉扯下这一部分的混凝土构件最容易产生病害。
所以在桥梁结构设计活动中要尽量保证应力传递的线路明确、简洁，尽量避免结构应力的大量集中，必要的结构应力集中点一定要使用足够的钢筋进行结构强化。否则这些部位的混凝土构件会因为应力的反复较量拉扯产生裂缝，大大加速有害物质的入侵速度，对结构耐久性非常不利[5]。
3．桥梁机构耐久性极限状态计算方法
现行规范《混凝土结构耐久性设计规范》以混凝土的可靠度研究为基础，将混凝土桥梁建设过程中影响混凝土耐久性的主要因素视为随机变量，建立混凝土耐久性退化模型。
通过对已经服役混凝土结构的研究表明，混凝土的结构强度随时间变化规律服从正态分布，具有以下特点：
1）水泥品种、混凝土种类、水灰比影响混凝土强度的时间变化幅度
2）温度、湿度等环境因素不同情况下混凝土的结构强度变化幅度不同
3）混凝土强度的标准差随时间增大
混凝土平均强度和标准差随时间变化的计算模型为
??（t）=nc（t）??0
σ?（t）=§（t）σ?0
其中??0是混凝土28d抗压强度平均值；nc（t）为随时间变化的函数，表示混凝土强度平均值的变化规律，具体计算为
nc（t）=1.4529e[-0.0246(Int-1.7154)2]
结论：混凝土结构耐久性是桥梁使用寿命的重要影响因素，因此对桥梁混凝土结构耐久性研究具有鲜明的现实意义。混凝土结构的耐久性问题主要是因为混凝土水泥、骨料以及相互之间配比因素影响，同时桥梁的设计因素对桥梁混凝土结构耐久性的影响也是较为重要的，所以本文从基于材料耐久性退化机理的桥梁结构材料设计、桥梁构造措施耐久性设计两个方面对这一问题进行了简要的分析，以期为基于耐久性混凝土桥梁结构设计水平的提升，提供支持和借鉴。
参考文献：
[1]潘东宏. 高寒地区提高混凝土桥梁耐久性关键技术研究[D].重庆交通大学,2010.
[2]高攀祥. 钢筋混凝土桥梁结构耐久性无线监控系统研究[D].西安建筑科技大学,2013.
[3]高宇. 在用混凝土桥梁构件耐久性指标体系的研究[D].重庆交通大学,2012.
作者简介：
何振宇（1982．7）男；籍贯：湖南省临湘市；学历：本科；供职于中交第二公路勘察设计研究院有限公司；中级工程师；研究方向：公路工程；
论文作者:何振宇,杨婷
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年7月供稿
论文发表时间:2015/11/9
标签：混凝土论文; 耐久性论文; 桥梁论文; 结构论文; 混凝土结构论文; 构件论文; 应力论文; 《工程建设标准化》2015年7月供稿论文;