对于桥梁寿命设计中混凝土劣化影响的分析

张克乾

（中建交通建设集团有限公司 河南分公司，河南 郑州 450000）

以往桥梁设计中仅考虑桥梁初期建设成本，利用定值设计方式确保满足设计规范性最低参数要求，未能对后期维护改造等方面成本进行充分分析考虑，有后期维护成本过高等问题，影响维修资源分配的合理性。当前开始重视桥梁全寿命设计研究，对混凝土劣化影响有越来越深入地认识，做好混凝土劣化影响分析，能够使桥梁寿命设计水平和质量得到有效提高。

1 混凝土碳化对桥梁寿命设计影响

1.1 混凝土碳化

桥梁混凝土材料劣化情况以材料碳化为主，材料碳化为化学腐蚀，大气中二氧化碳含量高，如果二氧化碳气体渗入混凝土，很可能与混凝土中存在的碱性物质发生反应，产生水和碳酸盐。当前建筑施工中将混凝土HP下降所发生的化学反应称之为混凝土碳化。也就是说，混凝土碳化现象的出现会在很大程度上降低混凝土碱性，促进其中性化发展。

1.2 混凝土碳化影响因素

第一，材料因素。混凝土施工中会加入外加剂、骨料等，不同外加剂及骨料种类、数量等会很大程度上影响到混凝土碳化速度，混凝土材料中水泥品种的选择以及用量对碳化影响程度最大。水泥以铝酸钙盐、硅酸钙等材料为主，不同材料在成分上差异将非常容易导致混凝土基性出现区别，同时，受到单位体积混凝土水泥用量等方面影响，水泥水化后对碳化物质含量程度有所区别。水泥碳化还受到水泥与水混合比例等因素影响，水泥和水的比例直接关系到混凝土结构空隙，一般情况下，增大水灰比，混凝土孔隙率会有明显增大，能够为二氧化碳等有害气体扩散提供环境，加速混凝土碳化。

第二，环境因素。对混凝土碳化周围介质湿度、二氧化碳浓度等存在有较多影响因素，有非常大的影响，如果混凝土持续性处于饱和水或干燥等，碳化反应速度会逐渐降低直至停止。

1.3 混凝土碳化对桥梁寿命影响

从混凝土力学性能角度出发分析考虑，混凝土碳化作用不是十分明显，分析相关资料可发现，混凝土碳化深度与混凝土保护层厚度之间存在一定的相关性，相比于钢筋保护层厚度，混凝土碳化深度更低。混凝土碳化作用能够使混凝土密实性能有明显提升，使混凝土腐蚀抵抗性能有明显提高。混凝土碳化作用不会直接造成混凝土劣化，能够使混凝土耐久性有明显提升。混凝土在发生碳化反应后，其碱度会有一定的下降，如果碳化深度过大，超过混凝土保护层，在有水、空气环境中，会给混凝土性能造成一定的破坏，最终丧失对钢筋的保护效果。钢筋在没有混凝土保护的情况下，其内部腐蚀会逐渐增大。混凝土碳化过程中孔隙溶液氢离子含量会有明显增大，在这一过程中失去混凝土保护效果。当钢筋发生锈蚀时，其体积会出现一定的膨胀，同时，受到化学反应影响，混凝土保护层会出现裂缝，增大钢筋腐蚀，产生恶性循环，相互影响。钢筋腐蚀如果过于严重，非常容易破坏其结构，最终降低桥梁整体使用寿命。

2 混凝土裂缝对桥梁寿命影响

预应力混凝土结构中裂缝现象较为常见，虽然多数裂缝的宽度不超过0.2 mm，不会影响到建筑物正常使用和结构安全，但是对预应力结构寿命会有较大影响，在实际应用中必须要明确裂缝出现的原因，给予综合性防治措施，实现对裂缝病害的有效防治，降低混凝土裂缝发生率。

2.1 预应力混凝土桥梁裂缝出现原因

预应力钢筋混凝土结构裂缝问题的出现存在较多的因素，彼此相互影响和制约。具体有以下几个方面。

第一，混凝土自身性质。预应力桥梁工程施工中，为了满足混凝土在强度方面要求，多数工程使用商品混凝土，商品混凝土水泥含量大，存在较大坍落度，收缩裂缝问题发生率会明显增大。混凝土梁板凝固前出现的裂缝以无规则收缩裂缝为主，一段时间后混凝土强度增加，收缩裂缝会逐渐呈现出一定的规律，一般在梁板短边平行位置会出现横向收缩裂缝，在梁板柱等浇筑过程中，梁板节点和腋下等位置也容易有裂缝出现，如果模板相对粗糙或者存在较大坍落度，受到模箍作用，容易出现水平裂缝等问题。

第二，结构设计因素。结构设计工作的开展，受到计算偏差、安全系数低、实际与计算偏差大等因素影响，同时，无法实现对结合位置的有效处理，都容易出现裂缝等病害。

第三，施工因素。在工程施工中如果原材料质量差、杂质多，模板支撑存在问题，模板张拉缺乏合理性，未能做好养护管理等工作，同样容易导致混凝土出现裂缝。

第四，偶然荷载因素。车辆和船舶撞击、行驶的车辆超出荷载或者有自然灾害等外界因素破坏，都可能会引发裂缝问题。

第五，钢筋锈蚀。钢筋在出现锈蚀情况时可能会产生氢氧化铁，钢筋体积会有明显增大，给周边混凝土带来一定的压应力，导致混凝土出现开裂、脱落等问题，最终顺着钢筋出现纵向裂缝。

第六，其他因素。受到温度变化、养护不到位、基础沉降等因素影响，同样可能出现裂缝。分析混凝土病害可知，混凝土出现裂缝危害最大，相比于混凝土抗压强度，混凝土抗拉强度更低，受拉区域最容易出现裂缝，随着裂缝的扩展会给结构刚度和承载力造成影响，同时加快钢筋锈蚀，在恶性循环情况下，会给结构强度造成非常大的影响。本次施工中，浊峪河特大桥连续刚构的19～23#墩承台属于大体积混凝土范畴，20#和22#左右幅承台是连为一体，结构尺寸为34.7×24.2×4.5 m，21#墩承台结构尺寸为13.7×24.2×4.5 m，19、23#墩承台结构尺寸为：13.8×8.5×3 m。计划采取一次性浇筑，数量分别为3 778.83 m3、1 491.93 m3和351.9 m3，属于大体积混凝土施工。在施工中受到水化热等因素影响，导致其内外部存在较大温差，压应力超过拉应力情况下会有裂缝出现。

2.2 混凝土裂缝对预应力混凝土桥梁寿命影响

钢筋锈蚀后会很大程度上影响混凝土寿命和强度，在桥梁寿命方面，同样容易受到结构裂缝因素影响，如果裂缝宽度较大，钢筋锈蚀会过早出现。随着混凝土裂缝的发展，结构刚度会有一定的下降，抗力减弱，最终影响整体使用寿命。

3 结语

通过研究预应力钢筋混凝土桥梁寿命可发现，从设计、施工、环境、材料等多个方面考虑才能够使桥梁寿命得到提高和延长。评价桥梁寿命和剩余寿命，能够更好地满足后期加固维修方案的制定，属于桥梁结构寿命的一个主要研究和发展方向，需要对寿命评价以及使用寿命预测等问题有充分全面地分析考虑。