混凝土桥梁耐久性研究-2019
桥梁建设和人类文明发展息息相关，也是人类文明的重要组成部分。建造桥梁，跨越障碍是人类不懈的追求与梦想。近年来，我国的桥梁工程无论在建设规模还是科技水平上，均已跻身前列，随着桥梁科学技术的发展和国家发展建设的需要，几十公里长的跨海、海峡大桥，高速铁路桥与轻轨运输高架桥等宏伟工程也已逐渐开始建设。与此同时，随着桥梁工程领域相关研究的不断深入，桥梁新结构、新工艺、新材料等不断涌现，新技术应用水平和研究水平达到了新的广度和深度。然而，未来的桥梁工程将面临更加恶劣的建设条件，如大风、强震、深水、恶劣气候条件等（如川藏铁路）；更多的功能需求，如公铁合建、全天候通车、高速铁路等；更加巨大的工程，如琼州海峡、中国台湾海峡等的挑战。同时也给桥梁工作者带来了更多的发展机遇。
2019年已经过去，在过去的一年中我国桥梁建设仍然继续往年强劲的势头，飞速发展，为了在2020年中取得更加突出的成绩，非常有必要对过去一年的研究进行分析、总结和展望，为此笔者仅就混凝土桥及新材料这一研究方向对过去一年的部分主要研究进行总结和探讨，以为广大混凝土桥及新材料方向的同行在新的一年开展工作提供些许参考和思路，并期待与广大同行共同促进混凝土桥及其新材料方向的进一步发展。
混凝土桥梁经过近百年的发展，其主体研究已经趋于成熟。从时间尺度上看，长期以来混凝土桥梁的研究重点集中在桥梁建设期。在大规模建设基本完成后，混凝土桥梁进入运营与养护阶段。2019年初，专家在“我国海洋桥梁工程技术发展现状、挑战及对策研究”一文中指出：我国桥梁结构的进一步发展应高度重视环境作用及其组合、结构耐久性、抗疲劳和全寿命设计等理论研究，以此解决现有结构关键技术瓶颈。因此，在混凝土桥研究领域，着重研究其运营性能，特别是服役期复杂运营环境下的使用性能（主要是耐久性）、全寿命周期理念下混凝土桥的寿命预测理论、服役期抵抗灾害（地震、洪水和台风等）的能力等方面的研究理应备受关注，成为混凝土桥领域2019年的主要研究点。
近一年来，高性能混凝土的发展有以下几个方向：绿色高性能混凝土，纤维增强混凝土，自密实混凝土。
近年来随着路网交通荷载的增加，桥梁在材料耐久性、结构可靠性、整桥使用寿命等方面都存在不同衰变。据调查，我国高速公路桥梁在运营不到五年内，即出现大量的钢筋混凝土病害，混凝土桥梁结构的耐久性问题已成为我国桥梁结构面临的一个严峻问题。耐久性的提升往往从设计（尤其是细部设计）、抗环境影响、计算理论及材料层面（抗裂、增韧、抗渗等微观机理）等角度出发。
对于桥梁耐久性设计方面：大部分研究均来自工程一线人员，研究指出必须在传统理念的强度设计基础上加强强度与耐久性，研究中提出了特殊工况下的混凝土耐久性评价指标体系及高温高湿强腐蚀海洋环境混凝土结构防腐蚀强化措施。跨海大桥耐久性应从桥梁结构的设计年限、构造物设计要求、材料要求和其它保护性的耐久性设计措施等角度展开，其中氯离子渗透是影响混凝土耐久性的关键因素，应严格控制。在耐久性理论研究方面：大多研究均来自高校、科研院所。在环境作用下桥梁结构耐久性研究,探讨了海洋环境下大跨桥梁突出的长期服役性能问题和轻量化需求，提出海洋桥梁工程轻质、高强、耐久材料发展的战略建议。通过上述研究的总结不难发现，2019年在混凝土桥耐久性研究方面收获了不少有价值的成果，但也存在一些不足，目前对于耐久性研究还存在以下问题：（1）设计方面的研究还不够细化，过于笼统；（2）理论研究方面成果较少，有待继续深化；（3）环境耐久性研究针对面较窄，目前主要针对高寒、腐蚀及海洋环境方面展开，对于高温、高热等其他环境下的研究并不多见，还有待进一步的研究。
碱环境：混凝土构件及材料在40℃和80℃的碱溶液中进行加速老化试验，研究直径对试件表面形貌、破坏形态和抗压强度的影响。
海洋环境：不同类型的纤维增强塑料筋(碳纤维CFRP、玻璃纤维GFRP)与珊瑚混凝土间粘结性能的试验研究,同时对湿热海洋环境下FRP筋-珊瑚混凝土粘结性能进行劣化研究。提出了高温海洋环境下FRP筋-珊瑚混凝土粘结强度折减系数公式。从海洋环境下BFRP筋蠕变、松弛、疲劳性能，体外预应力BFRP筋关键区域(锚固和转向区)力学性能，体外预应力BFRP筋加固混凝土梁短长期性能三个层次展开研究，提出了恒定荷载作用下BFRP筋体外预应力加固钢筋混凝土梁的变形和预应力值预测方法。
高/低温环境：研究不同高温条件作用后FRP筋的拉伸疲劳性能以及高温暴露后静载和疲劳荷载作用下FRP筋混凝土梁的受弯性能，以及高温对不同FRP筋混凝土梁的大裂缝宽度、刚度和剩余承载力的影响规律。提出了高温后FRP筋混凝土梁的大裂缝宽度、刚度及剩余抗弯承载力的计算方法及FRP筋混凝土梁疲劳寿命的预测模型。研究在低温下纤维增强塑料(FRP)筋与混凝土的粘结性能，设计研发可实现低温下力学加载和应变测试的试验装置，对FRP筋混凝土试件进行梁式拉拔试验。
循环荷载环境：以不同载荷工况为主线，围绕FRP的剩余强度模型和寿命预测方法两个基本问题展开研究。建立了多种循环载荷作用下FRP的剩余强度模型以及疲劳载荷和自然老化共存环境下FRP的剩余强度模型。提出应力幅值和应力均值共同影响下FRP的寿命预测方法。
混凝土材料在长期环境影响下的机械性能，包括水/湿气，碱性溶液，酸性溶液，低温/高温，紫外线辐射，冻融循环，湿润-干燥循环和现场环境。收集了1900多个实验确定的FRP材料的机械性能，包括拉伸，压缩，弯曲和剪切强度和模量。讨论了每种环境影响的退化机理，并提出了相应的设计方法。从上述研究可见，目前FRP筋耐久性研究主要针对碱环境、海洋环境、循环荷载环境方面展开研究，对于酸性环境、冻融循环高温、湿润-干燥循环和现场环境的研究较缺乏，并且缺乏一套有效的FRP材料耐久性标准测试程序，对FRP材料耐久性进行评估还有待进一步的研究。
目前环境模拟试验技术发展迅速，科技成果不断涌现，需要掌握环境模拟技术的发展动态和技术水平，根据混凝土结构环境试验的具体要求，研究混凝土环境模拟试验室关键技术。在此基础上，建设高标准、高水平混凝土环境模拟试验室，制定详细的混凝土早期特性试验、耐久性试验、裂缝控制试验的规划蓝本，为下一步科学研究奠定基础，促进结构工程学科的快速发展。
进行混凝土结构环境模拟试验，需要模拟的实际环境多种多样，如单一环境因素的模拟，包括高温、低温、湿度循环、湿度循环、寒潮袭击、剧烈干燥、淋雨、结露、冻融循环、盐类及化学物质浸蚀、酸性气体腐蚀等各种气候及腐蚀环境，以及力学加载环境等。此外，还要实现多种耦合环境的模拟，包括气候环境与力学荷载作用的综合、气候环境与腐蚀工业环境的综合，等等，充分考虑试验的综合环境设置、荷载施加力架的布置、腐蚀环境下加载方式和设备防护等技术问题。
因此利用环境模拟技术，建设大型多功能混凝土结构(材料)环境试验室,通过对现代混凝土结构环境模拟试验室技术的研究应用十分有必要，可从时间到空间模拟所需要的各种环境，如自然气候环境、工业环境、海洋环境等，并实现多种耦合环境的共同作用。在模拟的实际环境中进行各种工程材料的试验，可对环境效应进行定性定量的、全面系统的仿真分析，对混凝土的耐久性、裂缝控制、各种早期特性的研究实现从源头创新，有积极的推动作用。
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