道路桥隧混凝土结构耐久性影响因素与提升路径

一、引言

道路桥隧作为交通基础设施的关键组成部分，其混凝土结构的耐久性直接关系到交通的安全性与畅通性。随着我国交通事业的快速发展，道路桥隧建设规模不断扩大，但部分工程在投入使用后，因混凝土结构耐久性不足，出现裂缝、剥落、钢筋锈蚀等病害，不仅增加了维护成本，还严重威胁交通安全 。因此，深入研究道路桥隧混凝土结构耐久性影响因素，并探索有效的提升路径，具有重要的现实意义。

二、道路桥隧混凝土结构耐久性影响因素

（一）材料因素

1. 水泥

水泥的品种、强度等级以及质量稳定性对混凝土耐久性影响显著。不同品种的水泥，其水化产物和微观结构存在差异。例如，低热水泥适用于大体积混凝土工程，可减少水化热引起的温度裂缝；而普通硅酸盐水泥在一般道路桥隧工程中应用广泛，但如果水泥质量不稳定，如含碱量过高，会与活性骨料发生碱 - 骨料反应，导致混凝土膨胀开裂。

2. 骨料

骨料的物理性质和化学性质影响混凝土的耐久性。骨料的粒径、级配、坚固性等物理指标不合适，会降低混凝土的密实度，从而影响其抗渗性和抗冻性。此外，当骨料中含有有害物质，如泥、云母等，会削弱骨料与水泥石之间的粘结力。例如，含泥量过高会吸附部分水泥浆，降低混凝土强度和耐久性。

3. 外加剂

外加剂的合理使用可改善混凝土的性能，但使用不当则会对耐久性产生负面影响。减水剂能有效减少混凝土用水量，提高强度和耐久性，但如果减水剂质量不合格或掺量过高，可能导致混凝土凝结时间异常、强度降低等问题。引气剂可引入微小气泡，提高混凝土的抗冻性和抗渗性，但过量使用会降低混凝土强度。

（二）环境因素

1. 物理环境

温度和湿度的变化是影响混凝土耐久性的重要物理环境因素。在温度变化较大的地区，混凝土会因热胀冷缩产生温度应力，当应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生裂缝。湿度的变化会影响混凝土的碳化和钢筋锈蚀过程。例如，在潮湿环境中，混凝土中的钢筋容易发生锈蚀；而在干燥环境中，混凝土易产生干缩裂缝。

2. 化学环境

道路桥隧所处的化学环境复杂多样。大气中的二氧化碳会与混凝土中的氢氧化钙反应，发生碳化作用，降低混凝土的碱性，使钢筋失去钝化膜保护，从而引发钢筋锈蚀。此外，土壤中的硫酸盐、氯盐等化学物质，会与混凝土中的成分发生化学反应，导致混凝土膨胀破坏，如硫酸盐与水泥石中的水化铝酸钙反应生成钙矾石，产生体积膨胀。

3. 冻融循环

在寒冷地区，冻融循环对混凝土耐久性危害极大。当混凝土孔隙中的水结冰时，体积膨胀约 9% ，会对混凝土内部产生巨大的膨胀压力。经过多次冻融循环，混凝土内部的微裂缝不断扩展，导致混凝土剥落、强度降低。

（三）施工工艺因素

1. 混凝土搅拌与运输

混凝土搅拌不均匀会导致各组分分布不均，影响混凝土的强度和耐久性。搅拌时间过长或过短都不利于混凝土性能的发挥。在运输过程中，如果混凝土发生离析、泌水现象，且未及时进行二次搅拌调整，浇筑后的混凝土质量将受到严重影响。

2. 混凝土浇筑与振捣

浇筑过程中，混凝土的自由下落高度过高会导致离析。振捣不密实会使混凝土内部存在空洞、蜂窝等缺陷，降低混凝土的密实度和抗渗性。而过度振捣则会使混凝土产生分层，影响其均匀性。

3. 混凝土养护

养护是保证混凝土强度增长和耐久性的关键环节。养护时间不足、养护温度和湿度不合适，会使混凝土无法充分水化，强度降低，抗裂性能下降。例如，早期养护不当会导致混凝土表面失水过快，产生干缩裂缝。

（四）设计因素

1. 结构设计不合理

道路桥隧结构设计时，如果对结构受力分析不准确，导致构件截面尺寸过小、配筋不足或布置不合理，会使结构在使用过程中因受力不均产生裂缝，影响耐久性。此外，结构的排水设计不合理，会使雨水积聚在混凝土表面，加速混凝土的劣化。

2. 耐久性设计考虑不足

部分工程在设计阶段对混凝土结构耐久性重视不够，未根据工程所处环境和使用要求，合理选择混凝土的强度等级、抗渗等级、抗冻等级等参数，也未采取有效的耐久性防护措施，如设置耐久性保护层厚度不足等，导致混凝土结构在使用过程中过早出现耐久性问题。

三、道路桥隧混凝土结构耐久性提升路径

（一）优化材料选择与配比

1. 合理选择水泥

根据道路桥隧工程的特点和使用环境，选择合适品种和质量的水泥。对于大体积混凝土工程，优先选用低热水泥；在有抗硫酸盐侵蚀要求的环境中，选用抗硫酸盐水泥。同时，严格控制水泥的质量指标，确保水泥的含碱量、强度等符合要求。

2. 严格把控骨料质量

选择级配良好、坚固性高、有害物质含量低的骨料。对骨料的粒径、含泥量、泥块含量等指标进行严格检测，确保其符合相关标准。在有特殊要求的工程中，可采用高性能骨料，如硅质骨料，提高混凝土的抗碱 - 骨料反应能力。

3. 科学使用外加剂

根据混凝土的性能要求和施工条件，合理选择外加剂的品种和掺量。使用优质的减水剂，在保证混凝土工作性能的前提下，尽量减少用水量，提高混凝土的强度和耐久性。对于有抗冻要求的混凝土，适量掺入引气剂，引入微小、封闭、均匀分布的气泡，提高混凝土的抗冻性和抗渗性。

（二）改善施工工艺

1. 规范混凝土搅拌与运输

制定合理的混凝土搅拌制度，严格控制搅拌时间和搅拌速度，确保混凝土各组分搅拌均匀。在运输过程中，采取有效的防离析、泌水措施，如采用搅拌运输车，并在运输过程中保持罐体转动。对于离析、泌水的混凝土，在浇筑前进行二次搅拌，确保混凝土的工作性能。

2. 加强混凝土浇筑与振捣

控制混凝土的自由下落高度，当高度超过 2m 时，采用串筒、溜槽等辅助设备。在浇筑过程中，分层浇筑，每层厚度根据混凝土的性能和振捣设备确定。振捣时，采用合适的振捣方法和振捣时间，避免出现漏振、过振现象，确保混凝土振捣密实、均匀。

3. 强化混凝土养护

根据混凝土的特性和环境条件，制定科学的养护方案。对于普通混凝土，在浇筑完毕后 12h 内进行覆盖保湿养护，养护时间不少于 7 天；对于有抗渗要求的混凝土，养护时间不少于 14 天。在养护过程中，保持混凝土表面湿润，控制养护温度，避免温度过高或过低影响混凝土的强度增长和耐久性。

（三）加强结构设计

1. 优化结构设计

在道路桥隧结构设计阶段，运用先进的结构分析软件，准确计算结构受力，合理确定构件的截面尺寸和配筋。优化结构的布置，减少应力集中现象。同时，加强结构的排水设计，设置合理的排水坡度和排水设施，及时排除雨水，避免雨水积聚对混凝土结构造成损害。

2. 重视耐久性设计

将混凝土结构耐久性设计纳入工程设计的重要内容。根据工程所处的环境类别和使用年限要求，合理确定混凝土的强度等级、抗渗等级、抗冻等级等耐久性参数。增加混凝土保护层厚度，采用耐久性好的钢筋和防护涂层，提高钢筋的防锈能力。此外，在设计文件中明确提出耐久性施工和维护要求，为工程的长期使用提供保障。

四、结论

道路桥隧混凝土结构耐久性受到材料、环境、施工工艺和设计等多种因素的综合影响。通过优化材料选择与配比、改善施工工艺、加强结构设计以及建立耐久性监测与维护体系等提升路径，可以有效提高道路桥隧混凝土结构的耐久性，延长工程的使用寿命，降低维护成本，保障交通基础设施的安全稳定运行。在今后的道路桥隧工程建设中，应充分重视混凝土结构耐久性问题，从各个环节采取措施，推动我国交通事业的可持续发展。

参考文献

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