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摘要：介绍滨海环境下桥梁结构的病害，总结滨海环境对桥梁结构防腐及耐久性的要求，桥梁结构中在细部结构、材料、涂层等方面的耐久性设计要素。
关键词：砼桥梁；滨海环境；防腐；耐久性；碳化；设计
长期以来我国在桥梁结构设计（特别是混凝土桥梁）中只注重承载能力极限状态和正常使用状态下的结构设计，对于结构耐久性方面则缺乏重视。以往设计的不少砼桥梁运营期间尚未达到设计寿命就过早出现钢筋腐蚀、混凝土开裂等非受力性结构病害，特别是在滨海环境条件下，混凝土桥梁更容易出现钢筋/混凝土病害，导致后期维护/维修费用高昂，甚至在远未达到设计寿命期限就无法使用早早报废。因此桥梁设计中树立全寿命周期成本观念，在设计期间重视桥梁结构的耐久性能，减缓减慢结构病害的发生，提高桥梁的使用性能是非常重要的。
一、滨海环境下常见的混凝土桥梁病害及机理：
滨海环境相对于其他环境，空气湿度大，空气和水中氯离子含量大，混凝土结构更容易产生钢筋锈蚀、混凝土腐蚀、冻融、碳化等病害。
（一）钢筋锈蚀：混凝土中钢筋腐蚀首先是钝化膜破坏，混凝土的碳化和氯离子侵蚀都会造成钢筋表面碱性钝化膜的破坏，随后在水和氧作用下，钢筋就会腐蚀。进而引起体积膨胀，混凝土产生沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的黏结力破坏，钢筋截面积削减，使结构构件的承载力降低，随着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。
（二）混凝土的碱一骨料反应：
碱一骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱一硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂。碱一骨料反应引起的混凝土结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱一骨料反应一旦发生，很难加以控制。碱一骨料反应破坏的最重要特征之一是混凝土表面开裂。
（三）混凝土的碳化：混凝土中NaOH与渗透到混凝土中的CO2或其它酸性气体发生化学反应过程称之为混凝土的碳化。混凝土一般呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了“钝化”保护作用。碳化的实质是混凝土的中性化，降低混凝土的碱性，钝化膜破坏，使钢筋更容易锈蚀。
（四）冻融破坏
在北方滨海环境中，由于冬季气温低，混凝土中的水在低温下结冰膨胀，破坏混凝土的内部结构。经多次冻融循环后，使混凝土剥落、强度降低。北方地区一般采用撒盐除冰，由于盐类与冻融循环的共同作用引起的盐冻破坏是冻融循环破坏的一种特殊形式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆盐冻破坏是静水压及盐溶液的渗透压和结晶压共同作用的结果，因此，盐冻破坏要比单纯的冻融破坏严重。
以上所有的病害基本上都离不开水，因此桥梁病害中水是主要媒介和诱因，也是耐久性设计中需重点考虑的因素。
二、桥梁结构的耐久性设计：
桥梁结构的耐久性设计应根据不同的设计基准期、不同的使用环境类别及其作用等级进行设计，桥梁结构的耐久性设计主要应考虑两个因素：空气和水，即增强混凝土的密实度，防止和控制混凝土开裂，尽量隔绝空气和水侵入桥梁结构内部。在这一设计理念基础上，从材料、构造措施及表面防腐涂层等方面进行着手进行结构耐久性设计。
（一）材料
耐久性设计中材料方面主要考虑的是混凝土以及水泥、骨料、外掺剂等。
混凝土最低强度等级(标号)、最大水灰比、最小水泥用量及氯离子含量应满足规范要求，混凝土配合比中尽量减少用水量。混凝土标号应适当提高。
严禁混凝土掺加早强剂：早强剂虽然能够提高混凝土的早期强度，缩短施工时间，但会导致混凝土结构密实度差，减弱于混凝土结构的耐久性能。
北方地区为提高混凝土的抗冻性能，可在混凝土中添加减水剂、引气剂等外加剂。
水泥应采用采用品质稳定、标准稠度低的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不得采用火山灰质硅酸盐水泥。
骨料采用优质石灰岩，减少白云岩掺量。骨料硫化物或硫酸盐含量不易大于0.5%。
（二）构造措施
在桥梁上下部构造设计中应注意：结构的形状及布置应有利于通风排水，避免水汽在混凝土表面的积聚，外形力求简单，尽量减少外露表面积及棱角。
上部梁体在悬臂下缘设置滴水檐，梁体有箱室的，箱内设置泄水孔和通气孔，角隅处设置圆倒角。在梁端设置伸缩缝处设置加厚块，增强梁体对伸缩缝处汽车荷载反复冲击的承受能力。
下部结构中，桥面水经常通过伸缩缝等薄弱环节泄漏到盖梁上，特别是采用除冰盐的地区，因此，墩盖梁特别是联间简支墩盖梁顶面宜设置横坡以便排水。为了避免腐蚀性盐水顺墩身流下，避免对墩身和桩基产生不利的影响，设计中可在盖梁挑檐上设置滴水槽。
桥面铺装中桥面全宽范围内设置防水层，桥面混凝土铺装宜采用防水混凝土，以保证桥面积水尽量不渗入到桥面以下，对梁体及下部产生不利影响。桥面混凝土铺装中添加聚丙烯腈纤维及硅灰增强混凝土铺装层的抗裂性能。
（三）钢绞线/钢筋的防腐措施
对于后张法上部梁体，应采用耐腐蚀、密封性能好的塑料波纹管配合辅助真空压浆工艺，提高钢绞线的耐久性能，同时对预应力锚头采用严格的防水和阻锈措施。
对于滨海环境或腐蚀性更高的环境，主要受力构件混凝土添加阻锈剂（造价相对较低）或采用环氧涂层钢筋（造价相对较高）。如对防腐及耐久性有特殊要求也可采用阴极保护或牺牲阳极保护等电化学防锈蚀措施，《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中对以上的防锈蚀措施都有相关要求。
桥梁结构的保护层设置：混凝土保护层的主要作用是使梁板内钢筋免遭锈蚀。设计中宜使保护层适当加厚，以延缓因碳化引起的钢筋锈蚀，从而延缓钢筋锈蚀的发生时间, 纵向受力钢筋的混凝土保护层最小厚度，应根据环境类别及结构位置按照《桥规》及《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中要求设置钢筋的保护层。
（四）防腐涂层及表面硅烷浸渍处理
混凝土桥梁可通过在混凝土表面喷涂防腐涂层增强结构的防腐蚀性能和耐久性，也是目前滨海环境或腐蚀性更高的环境下桥梁结构采用较多的防腐措施。
为防止砼碳化，可在混凝土表面采用防碳化涂层和采用高性能混凝土来实现。
(五）混凝土结构正常使用状态下的裂缝控制
结构受力裂缝对于结构的耐久性影响很大，对于滨海地区或腐蚀性更高的环境，桥梁结构设计中正常使用状态下的裂缝控制应严格按照《桥规》及《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中关于不同类型环境下的裂缝要求执行。
三、结束语：
桥梁结构的耐久性受很多因素影响，是一项综合性的学科。耐久性设计应根据桥梁结构不同的设计基准期，不同的使用环境类别及其作用等级进行设计，而不能过度提高防腐耐久性指标，通过总结以往桥梁结构在设计、施工及后期维护中结构耐久性方面的经验教训，改进防腐耐久性措施。在结构设计中应重视耐久性设计，减少后期维护成本，提高结构耐久性能，保证结构设计寿命周期内的正常使用。
参考文献
[1]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）
[2]《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/T B07-01-2006）
[3]《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》（JT/T 695-2007）
论文作者:唐雪飞
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年2月上
论文发表时间:2017/6/7
标签：混凝土论文; 耐久性论文; 桥梁论文; 结构论文; 钢筋论文; 滨海论文; 骨料论文; 《建筑学研究前沿》2017年2月上论文;