在桥梁工程建设中，研究混凝土结构耐久性对保证混凝土结构在设计使用年限内的安全和正常使用具有重要的意义。文章针对我国桥梁工程中混凝土结构耐久性的影响因素展开分析，探讨提高我国桥梁工程混凝土结构耐久性的设计要点。
关键词：混凝土桥梁结构;耐久性;设计
前言：
桥梁在长期运营过程中会受到来自周围环境各种因素的影响，而混凝土抵抗这些因素作用而保持正常使用功效的能力就称为混凝土结构的耐久性，该性能也是衡量结构使用寿命的一个重要指标。由于交通量的快速增长、荷载的增大、混凝土自身的特点和材料的老化，以及在设计和施工及其他各方面的局限等，使桥梁在运营了若干年后，病害、缺陷逐渐显现，有的已危及到结构安全性。现行公路工程设计规范对于混凝土结构，主要考虑的是结构承载能力，而较少考虑环境作用引起的材料性能劣化对结构耐久性带来的影响，导致设计、施工对混凝土耐久性重视不足，不仅会增加使用过程中的修理费用，影响工程的正常使用，而且会过早结束结构的使用年限，造成严重的资源浪费。因此，在混凝土桥梁结构设计时，应当重视这些问题，优化设计关键技术，以期延长桥梁的使用寿命。
1、混凝土耐久性设计内容
混凝土结构耐久性设计的内容主要包括两方面，一是混凝土材料的选用;二是对结构构件的细部优化和裂缝宽度限制。在材料选用方面，应当根据桥梁所处的环境类别、环境作用等级和结构的设计基准期，采用相应适宜的材料，同时还需兼顾工程造价、节能环保等方面的因素。对结构细部的优化包括构件的防水、排水和防腐蚀，其中涉及桥面铺装、防水层、主梁、伸缩缝以及下部盖梁、墩柱等部位。在这些优化设计中，设计方案要严谨科学，否则会导致桥体受到水和化学物质的侵蚀从而影响其整体安全性和耐久性，安全是一切工程展开的基础和核心，只有科学合理的设计才能保证工程建设的质量。
我国现行规范里面对于混凝土耐久性的设计，仅仅是考虑了常见的环境因素对砼结构的影响及作用，没有涉及结构受力情况下，对于混凝土耐久性的影响及作用，如疲劳荷载、振动的反复作用，磨损对砼保护层的损害，连续结构在墩顶负弯矩处，桥面铺装的不利受力等等情况，均未做出指导性规定。因此现行规范的规定有利于从基本上来改善桥梁结构的施工质量，但在某些方面还需要进一步补充和完善。
2、混凝土桥梁耐久性病害形式
桥梁病害引起的原因很多，有时是多种因素汇集到一起共同作用而最终造成了破坏现象，由于混凝土耐久性引起的病害常有以下几种：
(1)桥面铺装：沥青混凝土出现网裂、拥包、挤出。因经常性的小补，沥青混凝土桥面不平整、完整性差;水泥混凝土铺装层出现破碎，甚至酥碎;钢筋网锈蚀;(2)连续结构预制梁桥段的后浇桥面板湿接头部位与预制箱梁连接较差，混凝土出现破碎、脱落，渗水漏水，桥面板出现漏洞、“露天”现象。 (3)箱梁底面、盖梁悬臂板底面混凝土表面碳化、泛碱严重，梁底多处会出现水锈、花白。混凝土出现保护层剥落，钢筋外露，且锈蚀严重(如图1)。 (4)桥墩盖梁顶面不平整;墩柱四角主筋锈蚀、混凝土表面泛黄、敲击呈空洞声。(5)墩柱受盐水长期侵蚀，混凝土保护层剥落，钢筋外露并锈蚀。
3、影响混凝土耐久性的因素分析
3.1、环境因素的影响
在引起桥梁结构耐久性不足诸多方面的因素中，环境因素是最为重要的。环境对于混凝土的耐久性影响表现在两个方面，一个是物理方面，如在冻融环境下，混凝土接触并吸收外部水分，水分子在混凝土内部孔隙中体积不断变化，持续的冻融循环使混凝土强度降低，发生开裂剥落。另一个是化学方面，如空气或水中的氯离子，通过各种途径进入混凝土内部，渗透到钢筋的表面，对钢筋表面的氧化铁薄膜造成破坏而引起锈蚀，锈蚀反应具有膨胀性，可导致混凝土开裂剥落。
3.2、材料因素的影响
混凝土原材料的选取，对于其耐久性的影响也是至关重要的，原材料控制不严格，会导致某些成分之间发生化学反应，比如水泥中含有的碱量大于0.6%,而同时骨料中含有活性氧化硅的时候,就可能发生碱骨料反应。另外原材料中氯离子超标，会使混凝土碱度降低，当pH值小于10时,钢筋表面的钝化膜就开始破坏而失去保护作用,并促进锈蚀过程。
3.3、设计因素的影响
混凝土结构的耐久性设计并未受到应有的关注和重视。现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》对于混凝土耐久性设计涉及不多，虽然后来《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》对材料、设计、施工做了一些详细规定，但这个规范只作为行业推荐性标准，没有硬性推广，因此在设计当中，对于是否采用这些标准及规定，存在争议。
其次，设计当中对保护层厚度，结构的外形及构造，砼的设计水灰比及砼强度的选取不合理，往往也是混凝土耐久性降低的主要原因。
3.4、施工及养护因素的影响
影响混凝土结构耐久性的是混凝土的密实性，而不是强度，因此为保证混凝土的密实性，规范给出了最大水胶比的限制，施工过程中应严格按照设计规定对混凝土的密实性进行控制。
混凝土的养护是影响混凝土耐久性的又一重要因素。振捣后的混凝土是一种疏松多孔的混合物，存在着大量毛细孔，其中充满着水，促使水泥进一步水化作用，不断减少孔隙增加混凝土的密实度。在干旱多风环境，毛细孔水迅速蒸发，水泥因缺水而停止水化作用，同时毛细管引力作用在混凝土中产生收缩，由于此时混凝土强度较低，收缩引起的拉应力会使混凝土开裂，破坏其内部结构，造成事故隐患。因此正确合理的拌制、浇筑、震捣、养护能极大地杜绝施工环节的不稳定性因素，提高混凝土结构的施工质量。
4、结构耐久性设计要点分析
4.1、选用强度及性能等级适宜的混凝土
设计不但要保证混凝土的工作性能和强度性能，还要保证混凝土的耐久性能，尤其是在恶劣环境下，对其抗渗性、抗冻融性、抗钢筋锈蚀性、抗碳化及抗其它化学物质侵蚀性能提出具体的指标要求。因此，在设计中应根据结构的使用性能要求、环境等级，选取适宜的混凝土材料，合理地使用添加剂，以改善和增强混凝土的孔隙结构，提高混凝土自身的抗破损能力。
其次，提高混凝土的密实性，选择级配良好的集料，严格遵守对混凝土耐久性有很大影响的技术指标的限制规定，如最大水胶比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子含量和最大碱含量等，并提出对混凝土胶凝材料等原材料选定的要求。改善混凝土的施工工艺，搅拌均匀、充分振捣，加强养护，严格控制施工质量。
4.2、重视结构构造设计，控制裂缝宽度
(1)在复杂环境下，混凝土外形应力求简洁，尽量减少暴露的表面积和棱角，棱角宜做成圆角。结构的形状和布置应有利于通风，便于施工时混凝土的振捣、养护;表面形状应有利于排水。选择适宜的各种结构缝位置，尽可能避开最不利部位，并做好其构造设计，以减少荷载作用下或发生变形时的应力集中。(2) 在恶劣环境作用下，混凝土的强度往往取决于耐久性而非承载力。对于经常接触水体的构件，如伸缩缝处的墩帽顶面等应按冻融环境设计;对于可能遭受氯盐侵蚀或处于干湿交替、水位变动等部位，配置钢筋混凝土和预应力混凝土所用水泥的氯离子含量尽可能地降低，有些部位常常还需要采取特殊的防腐措施，如混凝土表面防水处理、表面涂层或憎水处理等。(3)混凝土表面的裂缝计算宽度，应根据所处环境等级，严格按照规范要求进行控制。
4.3、重视结构细节及附属构造设计
(1)在常规桥梁设计中，大多采用预制简支梁，然后各梁体通过纵横湿接头连接，形成连续结构。而混凝土的二次浇注往往是结构的薄弱环节，湿接头部位的混凝土收缩及荷载的反复作用使新旧混凝土之间产生缝隙，形成水的渗入通道，使混凝土不断地被水侵蚀，进而造成破坏。因此在设计当中，应采取必要的技术措施，如在湿接头混凝土中添加适量的膨胀剂，以减小收缩，使新旧混凝土的收缩、徐变同步。(2)桥梁伸缩缝两端与主梁连接的部位，也是极易破损之处，设计中可采用高耐久性混凝土，添加膨胀剂及纤维增韧材料，并做好伸缩装置与构造钢筋的连接。(3)桥面铺装应有足够的厚度，钢筋的配置应按照受力钢筋来进行设计，具有足够的含筋率。对于桥长及跨径较大的桥梁，选取结构整体刚度较大的断面形式，以避免活载反复作用下，梁体的反复挠曲变形加上局部弯沉对桥面铺装的破坏;梁体顶面增设预埋钢筋与桥面铺装钢筋紧密连接，确保形成一体，共同作用。
5、结束语
混凝土的耐久性设计，不仅保证了结构的安全性和可靠性，而且也是从根本上节约了资源，其意义十分重要，因此提高我国桥梁工程设计人员对耐久性设计的重视度对减少桥梁工程的安全隐患是十分必要的。