预应力混凝土桥梁耐久性诌议

现代预应力混凝土桥梁因使用性能优良、跨越能力优越而在公路、铁路中广泛应用。随着科技发展、社会进步，交通量和重载车辆比重在不断增加，因此对预应力混凝土桥梁耐久性提出了更高的要求。预应力混凝土桥梁的破坏常常表现为无明显征兆，预应力混凝土桥梁一旦破坏，常常造成很严重的后果。因此对预应力混凝土桥梁耐久性的研究显得尤为重要。本文在其他学者对预应力混凝土桥梁耐久性研究的基础上进行了分析总结。
1预应力混凝土桥梁耐久性影响因素
预应力混凝土桥梁耐久性，是指预应力混凝土桥梁在预应力工作状态下，能够抵抗外界环境，同时在内部物理化学共同作用下，能够保持结构外观符合相关规范要求，并能保持技术使用性能不变的能力。预应力混凝土桥梁相较于其他普通混凝土桥梁结构，预应力混凝土桥梁的预加应力作用的存在，使得预应力混凝土桥梁能够有效控制桥体自身混凝土裂缝开裂，从而有效抵抗外界环境对桥体的侵蚀作用。但由于高强度预应力钢筋随着自身材料老化，在不断增加的重载和超载作用下其力学性能不断下降，常常出现突发性的脆性破坏。因此，对预应力混凝土桥梁耐久性的研究显得尤为重要，对影响预应力混凝土桥梁耐久性的因素进行分析才能采取有效措施，延长预应力混凝土桥梁的使用性，更好的提高其耐久性。
1.1混凝土材料碳化腐蚀破坏
混凝土是预应力混凝土桥梁的第一层保护层，与普通混凝土桥梁结构相同，外层混凝土包裹体容易受到CO2气体的碳化作用生成碳酸钙而发生腐蚀破坏，碳化作用降低了混凝土自身碱性，使混凝土降低了对预应力钢筋的保护。此外，碳化反应使得混凝土材料收缩变形加剧，加之钢筋本身的存在锈胀作用，两种作用共同影响下降低了钢筋与混凝土两者间的粘结性，容易出现混凝土保护层产生裂缝甚至剥落现象，因此应根据工程实际环境选择合适的混凝土型号，避免混凝土碳化腐蚀破坏对预应力混凝土桥梁的造成的破坏。
1.2氯化侵蚀破坏
氯化侵蚀破坏常出现在外部含大量Cl-1的环境中，或使用含Cl-1的混凝土外加剂。Cl-1主要通过侵入、扩散两种方式进入混凝土内部，进而逐步进入材料内部腐蚀钢筋而造成预应力混凝土桥梁结构的破坏，破坏主要分三个层次：⑴破坏钢筋表面的形成的保护膜——钝化膜；⑵形成腐蚀电池环境，极大的加速了钢筋腐蚀速度，对钢筋的锈蚀作用影响极大；⑶去极化作用循环往复锈蚀钢筋。
1.3钢筋锈蚀破坏
钢筋锈蚀是混凝土构件耐久性下降的最主要和最直接的因素[1]，钢筋锈蚀作用按作用机理主要有化学腐蚀作用和电化学腐蚀作用两种。两种腐蚀作用都使得混凝土内部碱性环境发生变化，使钢筋的保护膜——钝化膜遭受破坏丧失对钢筋的保护作用。钢筋锈蚀破坏能直接减小钢筋的有效工作面积，从而降低钢筋工作性能，并引起应力集中现象，产生严重的结构性衰减破坏。
1.4预应力钢筋应力腐蚀现象
应力腐蚀现象指的是在腐蚀介质与拉应力共同作用下，金属材料或合金材料的破裂现象。应力腐蚀破坏引起钢筋机械强度大幅降低而极易发生突发性脆性破坏。预应力钢筋的应力腐蚀通常从细小裂纹进一步发展裂缝，发展程度不断增大，最终造成钢筋整体强度下降而造成严重破坏情况。
2提高预应力混凝土桥梁耐久性的方法
2.1合理确定预应力混凝土桥梁保护体系厚度
预应力桥梁的成功应用很大程度上要依赖预应力混凝结构质量保证其耐久性，预应力混凝土桥梁保护体系的厚度对于桥梁耐久性影响很大。不同于普通混凝土桥梁，预应力钢筋桥梁结构的保护层不仅包括最外层的混凝土保护层，还包括普通钢筋，包裹预应力钢筋的金属波纹管及管内的灌浆体等，保护层体系极其复杂，保护层厚度的确定更为复杂，应根据工程实际环境，选用合适的保护体系厚度，有效保护预应力混凝土桥梁。
2.2合理选用高性能桥梁材料
高性能钢筋能大幅度提高桥梁结构耐久性[2]，合适的预应力钢材能有效避免波纹管开裂破坏以及波纹管堵塞问题应从钢材的品种、规格、伸长率、延伸率等参数综合考虑选用；合理选择混凝土，能充分发挥混凝土材料的耐磨性和密实性，对桥梁内部预应力钢筋结构起到有效的保护作用，选择混凝土时应综合考虑工程当地的水文、气象等资料，并针对桥梁不同部位考虑混凝土类型；预应力混凝土桥梁结构保护层中波纹管材质对耐久性有显著影响[3]，合适的波纹管能增加与灌浆材料的密实性，隔挡灌浆材料泌水对预应力钢筋的破坏，对预应力钢筋起到很好的保护性。
2.3合理设计预应力混凝土桥梁防水、排水结构
由于桥梁结构长期暴露在空气中，在CO2气体、雨水及生活用水Cl-1等有害介质共同作用下对桥梁保护层结构造成极大损害，甚至影响整个桥梁结构的耐久性。因此设计时需要结合工程实际选择合适的桥梁排水结构设计，及时、快速排出雨雪积水，既能有效避免雨雪积水增加桥梁重量，造成桥梁承重负担，又能避免雨雪积水对桥梁的侵蚀破坏，同时合理选择预应力混凝土桥梁防水层材质，满足防水层抗渗性、抗拉性、抗剪性要求。确保防水层与路面沥青结构相容性与粘结性，避免雨雪积水渗入桥梁内部对桥梁造成破坏。
2.4优化预应力混凝土桥梁设计
基于预应力钢筋的位置，预应力混凝土桥梁结构可分为体内预应力混凝土结构和体外预应力混凝土结构两类。体外预应力桥梁具有施工方便，工期短，节约成本，后期服务方便快速，相较于体内预应力桥梁有很多优势，在新建预应力混凝土桥梁及旧桥加固中得到了广泛应用，因此在桥梁设计中，因根据工程实际情况，综合比较体内预应力结构与体外预应力结构后选择合理的方案；根据钢筋张拉与混凝土浇筑的顺序，预应力混凝土桥梁结构可分为先张法预应力混凝土桥梁结构和后张法预应力混凝土桥梁结构。后张法预应力混凝土桥梁施工便捷，不受季节制约，可平行作业，缩短工期，制作工艺可实现半自动或自动机械化大规模制造[4]，但后张法预应力混凝土桥梁结构施工难度大，对材料要求高，应对两种方法进行对比分析，综合考虑选用合适的方法设计桥梁结构。
2.5严格控制施工工艺
预应力技术在桥梁上的运用臻于娴熟，预应力桥梁的施工工艺的严格控制对于桥梁的工程质量和使用年限有着至关重要的影响。在预应力混凝土桥梁施工中要严格按照相关规范和标准存放预应力材料，选用合适的混凝土型号，正确使用外加剂，保证水泥流动性，同时控制混凝土凝固强度和凝固时间，使得其强度与弹性模量的增长速度相同，满足预应力张拉条件；定期对管道进行检查，采取合理有效措施保证预应力管道通畅；严格控制混凝土浆体水灰比，保证预应力孔道的压浆质量；高度重视钢筋绑扎工作，除保证绑扎质量，还需对钢筋采取保护措施，防止预应力钢筋外皮刺破，钢筋锈蚀等现象出现；严格控制预应力结构张拉力；水泥浆液初凝后做好二次压浆工作等。
3结语
预应力混凝土桥梁耐久性破坏常常表现为无征兆的突发性破坏，其破坏性不可逆且带来非常严重的后果。预应力混凝土桥梁耐久性失效的研究引起了专家学者的极大重视。随着交通量及重载交通量比重的不断增加，运营多年的预应力桥梁耐久性问题正日益凸显，由此更加决定了对预应力混凝土桥梁结构耐久性研究的迫切性。本文分析了影响预应力混凝土桥梁结构耐久性的4个因素，从桥梁设计、结构选材、合理选择保护体系厚度等方面总结了提高预应力混凝土桥梁结构耐久性的方法。
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