高寒地区桥涵混凝土结构耐久性的设计探讨范文

喀什地区塔什库尔干县的桥涵混凝土结构耐久性的设计探讨

摘要：喀什地区塔什库尔干县属于高寒地区，在高寒地区中混凝土时久性下降、破坏机理进行分析，对塔什库尔干县环境进行了介绍，对桥梁工程设计指导思想发展历程进行了介绍，以一些典型实例分析桥梁混凝土构件耐久性设计中的重点和设计原则，并从实际出发探讨了相关设计规范应用中的思路。随着社会经济的不断发展与进步，交通运输也越来越发达，高寒地区桥梁的发展也比较迅速，桥梁建设也面临着严峻的考验，如何提高高寒地区桥梁的耐久性已经成为一项重要的施工课题，无论是桥梁的设计者还是施工人员，已经开始研究混凝土结构的耐久性，并且取得了一定的成绩。

关键词：塔什库尔干县、高寒地区；混凝土结构；桥梁设计；耐久性

引言

高寒地区的混凝土结构的耐久性问题从表面上看，似乎仅影响结构的正常使用，但如不加以维修任其发展，则将直接关系到结构的安全度，最后导致结构破坏。桥梁混凝土的耐久性是指在进行桥梁设计中预定桥梁结构的使用寿命，在正常的运输环境中，可以长期保持稳定安全运行。一般情况下，桥梁的使用寿命要求一百年以上，所以需要增强混凝土的耐久性，这样才能保证铁路桥梁运输的安全性，延长使用寿命，降低大量的维修成本。

一、区域环境

塔什库尔干县属高原高寒干旱-半干旱气候。冬季漫长寒冷，干旱少雨，光能充足，热量欠缺；春秋季短暂多风，有少量降雨；无明显夏季。大致可分为冷暖两季。年平均湿度为30-35%；年均日照时数达4434.7小时；昼夜温差大，平均日较差14.7℃ 左右，最大日较差25.2℃；平均降水量为68.1毫米；平均风速为2米/秒；平均无霜期为113天。

二、原材料要求

混凝土原材料主要包括水泥、骨料、掺合料以及其他材料的拌和用水、外加剂、外加纤维等。

原材料水泥的要求：应该选择品质比较稳定的硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，硅酸盐类的水泥耐久性比较强，强度为42.5。如果混凝土中含有硫酸盐等化学腐蚀介质，这种情况下选择胶凝材料不适合单独使用普通硅酸盐水泥，要使用具有抗硫酸性能的硅酸盐类水泥，同时还需要加入大量的掺合料。为了加强混凝土结构的抗裂性能和稳定性，在使用时要注意硅酸盐类水泥内的铝酸三钙的含量，要求是不能超过8%，游离氧化钙不能超过1.5%，总含碱量不超过3.5kg/m3，同时也要注意水泥中氯离子的含量。

原材料骨料的要求：混凝土的耐久性与骨料有很大的关系，配制高寒地区铁路桥梁混凝土的细集料，需要选择坚固性强、性能优质的中粗砂，含量的掌握可以按照现行的“公路工程集料试验规程”操作。配制粗集料选择含泥量小、坚硬耐久，不能大于四十毫米的碎石、卵石，按照相关规定进行配制，岩石抗压强度与混凝土强度的比例大于等于1.5.其它技术指标要符合“铁路混凝土工程预防碱一骨料反应技术条件”的规定。如果施工路段气候温差与日夜温差较大，需要选用线胀系数小的粗骨料，这样才能增强混凝土的抗裂性。

原材料掺合料的要求：提高高寒地区铁路桥梁混凝土的耐久性，在选择掺合料时要注意品质比较均匀稳定、来源固定的优质粉煤灰、磨细矿渣、和硅灰。同时需要注意的是，掺合料不能含有放射性物质、有毒物质、破坏混凝土结构的物质，所选用的掺合料必须要出检验合格证明。

原材料其他材料的要求：拌和用水不能含有有害杂质或者糖类、油脂类的物质；外加剂要选择早强、耐腐蚀，并且性能比较高的混凝土外加剂；外加纤维要选择多元矿物和聚丙烯纤维综合复掺的，可以提高抗硫酸盐侵蚀性能和抗干湿循环性能，从而提高混凝土的耐久性。

三、配合比设计

水灰比和胶凝材料：针对高寒地区铁路桥梁混凝土的研究，降低混凝土中水的含量可以减少混凝土受冻融的破坏。限制最大水胶比能够减少混凝土内的结冰水含量。现在一般采用外加剂和混合材料来达到减少结冰水的效果，比如矿渣水泥或者火山灰都能够改善孔结构，减少含水空隙，降低水含量。减少空隙的同时能够增加密实度，从而提高混凝土的耐久性。另外，为了提高高寒地区混凝土的耐久性，还要注意水灰比与水泥用量，根据设计要求的结构强度来保障混凝土的强度。

适当引气：为了缓解抗冻融对混凝土的破坏力，可以采用引气来改善。为了达到引气的最佳状态，在引气时要注意气泡间的距离系数，使混凝土的浆体中气泡能够均匀分布，避免结冰时压力过大而破坏混凝土的结构。另外，需要注意的是，引气会影响混凝土的刚度与强度，所以需要注意气泡的引入量，避免出现气泡引入过多的现象。

四、桥梁设计中一些容易忽视的问题

由受有的设计方法、和一些参考设计图纸、标准图纸的影响，桥梁设计时容易忽视其所处的环境要求的差异，构造物在使用阶段常表现出结构耐久性问题，容易忽视的问题如下：

1、应重视环境类别的划分

环境类别是酎久性设计的依据和基础，而通常设计中仅仅是根据项目所处的大环境进行较为粗略的划分，或仅进行了单项划分而未进行多项划分。公路为线型带状工程，其最大的特宾是跨越范围大，工程沿线环境表现为多样化，建议根据项日沿线具体情况将冻融环境和腐蚀环境统一的分段划分，而不楚各自划分各自的段落，有利于设计思路的清晰明了、避免遗漏差错。

2、同地区的环境差异性应得到体现

设计单位通常根据气象部门提供的某一地区最冷月平均气温划分环境类别，但忽视了气象部门的数据为各气象观测站的平均值，由于气象部门不在山顶设置观测站，其平均值与跨度范围很大的公路特点存在一定不使用性，往往一条公路可以分为平原区、浅山丘陵区、高山山岭区等很多海拔气候梯度分区。所以建议应根据路线位置分段考虑进行分区，例如平原区可以直接采用气象部门资料确定环境类别，而山岭区路段应在气象部门资料基础上根据海拔的差异有区别的确定环境类别。

3、干线公路必须考虑除冰盐的使用问题

受经济的制约除冰盐在高原地区很少使用，但随经济发展对公路运输网的依赖性越来越重要，为保障道路畅通和安全“除冰盐的使用越来 越普遍，主要使用范围是国、省道干线公路易于积雪、结冰路段。除冰盐主要成分以氣化钙、氣化镁为主，融化后含有氯盐的雪水深入桥面铺装层、现浇层、伸缩缝、或顺板量翼缘残留在上部结构表面，对混凝土构件造成腐蚀，设计中应强化关键构件防腐措施。

五、混凝土保护层厚度

《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》指出已有的混凝土工程中存在严重的炭化锈蚀，主要在于设计中采用了过薄的保护层厚度和水胶比过大的混凝土。受原来的设计图纸影响，设计者在设计中往往将混凝土保护层贴近现行规范取用，认为规范取值较为保守，应注意规范的标定值为最小要求，具体设计中应根据具体情况、以及考虑施工误差影响的基础上，给予一定的安全储备。

我国现在已经改进了混凝土最小保护层的厚度，根据施工环境而划分不同的等级要求，对于施工环境比较恶劣的情况下，对最小保护层的厚度要求相对较低。综合考虑高寒地区铁路桥梁混凝土的耐久要求，最小保护层的厚度应该达到以下的要求：混凝土保护层的厚度要根据设计使用的年限而不同，同时，设计人员在设计图纸时，所标明的保护层厚度值应考虑到施工允许存在的公差值，并且，从箍筋的外表面计算，这样可以避免箍筋年久锈蚀。另外，要对预应力钢筋锈蚀的危害性引起足够的重视，先张法的保护层厚度不能低于三十毫米，后张法预应力构件保护层厚度不能低于管道的直径，混凝土构件保护层的厚度要考虑高寒地区的特点，要比普通地区增加五到十毫米，如果施工环境属于干湿交替的情况下，不能低于五十毫米。

结语

总而言之，作为高寒地区的桥涵混凝土耐久性的设计技术探讨不仅是要加强相关研究，更重要的是通过学习交流提高工程建设者的思想认识。提高高寒地区桥梁混凝土结构的耐久性，在选择原材料时就要注意选择含碱量较低的水泥，并且使用坚固耐久的洁净优质骨料，掺合料选择质量达到标准的粉煤灰、磨细矿渣、和硅灰，水胶材料要注意用量，适量引气，进一步提高高寒地区混凝土的耐久性。根据环境不同采用相应的设计方法，掌握好混凝土保护层厚度，从而保障高寒地区桥梁的使用寿命。