问题描述

跨海大桥一般具有建设规模大，构件数量多，施工环境差且可施工时间较短等特征，因此在跨海桥梁中采用装配式构件必将产生很好的经济效益。然而随着我国跨海大桥的数量和规模的与日俱增，其中不少桥梁日渐暴露出缺陷，更有一些桥梁在远没有达到设计预期寿命时就出现耐久性能严重退化的现象。因此，如何解决海上装配式桥梁的耐久性问题对于在跨海大桥中推广采用装配式桥梁技术具有重要意义。目前，国内外关于跨海桥梁耐久性能的研究主要集中于整体浇筑混凝土结构，海上装配式桥梁耐久性能的特殊性问题主要体现在以下几个方面：

（1）相对于一般大气环境，海洋环境更为复杂。桥梁结构由上到下处于四类不同的海洋腐蚀环境中，且不同部位的腐蚀程度、腐蚀机理都不尽相同。海洋大气区虽然离海面较远，但空气湿度大，混凝土必将遭受碳化和氯离子双重腐蚀；浪溅区处于高潮位的上下方，由于经常受到浪花飞溅冲击，结构表面经常为充气良好的海水润湿，干湿交替，盐分浓缩，还经常受到剧烈的风浪冲击，使得这一区域的腐蚀最为严重；潮汐区位于低潮位的上下范围内，结构随潮水涨落也处于干湿交替，即每天有一部分时间暴露在大气中，另一部分时间浸泡在海水中，使得混凝土表面经常与含饱和空气的海水接触；水下区的结构则完全浸入海水中，腐蚀程度受到溶解氧、海水流速、盐度、温度等因素的影响。因此，针对海洋环境的研究是海上装配式桥梁耐久性研究的基础。

（2）接缝是装配式桥梁区别于整体浇筑桥梁的关键构造。下部结构中通常在预制墩柱与承台、盖梁及相邻墩柱阶段之间设置接缝，上部结构中通常在相邻预制梁段之间设置接缝。由于接缝部位混凝土存在一层孔隙率较大的水泥砂浆基体，不如整体浇筑的混凝土密实，因此其很可能成为混凝土桥梁结构耐久性能的薄弱环节。不同海洋环境条件下（水下区、潮汐区、浪溅区和大气区），不同类型接缝（干接缝、湿接缝、胶接缝及其他新型接缝）处混凝土的氯离子输运机理、氯离子浓度的分布规律、钢筋的锈胀开裂、混凝土构件的耐久性退化过程等问题必然与整体浇筑混凝土有本质的不同。解决上述问题后需要针对装配式桥梁的接缝提出耐久性设计方法，并进一步研发既方便施工、又能保证接缝耐久性能的新的接缝类型。

问题背景

我国拥有总长度18000km的大陆海岸线与6500多个面积在500m2以上的岛屿。沿海地区建设有大量的混凝土桥梁结构。海水中氯化物的侵蚀对混凝土结构的耐久性造成的影响同样十分突出。交通部曾多次组织调查了沿海环境下混凝土桥梁侵蚀破坏情况：山东的白浪河大桥服役仅不到10年，边梁由于氯离子侵蚀导致混凝土保护层大量剥落，钢筋锈蚀情况严重；山东珵口大桥桥墩，在海水浪溅区干湿循环作用下，混凝土保护层大量剥落，内部钢筋严重腐蚀；对潍坊、东营、滨州、烟台等市的近100座桥梁进行调查后发现大部分混凝土桥梁仅8年左右的时间就出现严重破坏，有的已经需要重建；对东南沿海地区在役的混凝土公路桥梁结构的耐久性现状调查后发现，这些结构普遍存在耐久性老化的现象。海水侵蚀、大气腐蚀、冰冻和工业废水废气等不同的环境条件直接导致了混凝土桥梁结构耐久性劣化的地区差异。

大量工程实例表明：海洋环境下钢筋混凝土结构的破坏以钢筋锈蚀为主，而混凝土材料的劣化又加剧了钢筋锈蚀破坏。沿海地区桥梁一旦出现耐久性破坏，其维修和加固是非常困难的，成本很高且不一定能取得满意的效果。如美国旧金山San Mateo-Hayward跨海大桥，处于浪溅区的预制横梁因钢筋锈蚀产生破坏，使用不到20年就必须耗巨资进行修补。尽管现有的研究中所考虑的影响混凝土耐久性能的因素已经越来越全面地涵盖了混凝土从成型之初到正常服役时的种种特征，但仍然存在需要填补的空白。现有的研究都集中于整体成型的混凝土，普遍忽略了成型过程中接缝的影响。随着预制节段施工技术的发展，接缝已成了混凝土结构中不可或缺的一部分。由于接缝破坏了混凝土材料的连续性，必然会为各种腐蚀介质的侵入提供便利。若对接缝处的耐久性能与无接缝区不加区分，可能会对混凝土结构使用寿命的可靠性埋下隐患，同时也限制了预制节段施工方法在恶劣环境下的应用。

最新进展（截止问题发布年度）

已有的少量针对桥梁结构接缝的耐久性能试验结果表明：桥梁混凝土结构中常用的各类接缝都是耐久性的薄弱部位，内部的普通钢筋或不锈钢筋将比其他部位更为严重；混凝土内的水泥砂浆基体是外界有害物质进入混凝土的主要通道，因此清除各类接缝连接界面上的水泥砂浆基体有利于提高其耐久性能，但如果采用机械方式去除将会对混凝土造成损伤，从而损害接缝部位耐久性能。但上述试验结果还不足以系统地分析接缝耐久性能劣化的机理和演变规律。

国内混凝土耐久性设计规范对接缝的使用没有特别的限制和说明。美国AASHTO规范中则将桥梁混凝土结构的接缝分为A类和B类，A类接缝包括湿接缝和胶接缝。其中，湿接缝为用于梁跨合龙或拼装误差纠正部位的现浇混凝土接缝，胶接缝为相邻混凝土节段连接界面以环氧胶结剂拼接的接缝；B类接缝是指干接缝，即相邻混凝土节段连接界面不涂任何黏结材料而直接相拼的接缝。从第三版的AASHTO规范开始，干接缝由于不能为后张预应力筋提供有效的耐久性防护而被禁止使用，环氧胶接缝则被认为在各类腐蚀性介质中均能表现出很好耐久性能的接缝。尽管AASHTO规范在一定程度上考虑到了接缝对混凝土结构耐久性能的影响，但仍旧缺少试验数据的支撑。

重要意义

针对海上装配式桥梁结构耐久性问题的研究有望提出更为科学的装配式桥梁耐久性防护措施和设计方法，从而保证正常服役期内装配式桥梁的结构安全。进一步推动装配式桥梁在跨海桥梁中的应用有利于发挥现代工业在桥梁建设中的作用，提高施工效率，必将产生很好的经济效益。