桥梁混凝土耐久性若干问题的探讨.pdf
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1、2 0 1 1年 第 5 期 (总 第 2 5 9 期 ) Nu mb e r 5in2 0 1 1 ( T o t a l No 2 5 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 0 5 0 0 7 桥梁混凝土耐久性若干问题的探讨 赵迁乔 。宋夫才 z ( 1 山东科技大学 资源与环境 工程学 院,山东 青岛 2 6 6 5 1 0 ;2 青 岛市公路规划设计院 ,山东 青岛 2 6 6 0 6 1 ) 摘要 : 结合北方冰
2、冻地区近海环境特点 , 探讨 了影响桥梁结构 混凝土耐久性 的几个 问题 。 从在混凝土 中掺人大掺量普通矿粉 ,到冻融 海水侵蚀复合作用下混凝土结构耐久性评定方法和工程措施, 并提出耐久性混凝土配合比的现场调整方法。 研究结果表明: 首次采用的大 掺量普通矿粉 的耐久性混凝土配合比技术 , 能够有效提高混凝土的抗氯 离子渗透性 ; 冻融 、 海水侵蚀复合作 用下混凝 土结构耐久性评定方 法和工程措施进行研究, 可对类似海域海水冻融和侵蚀双重作用下桥梁工程建设起到借鉴作用; 耐久性混凝土的原料配合比与耐久性能 的相关性 , 可简化耐久性混凝 土施工 中的耐久性质量监控程序 , 有效地指导耐久性
3、混凝土的施工。 关键词 : 桥梁结构 ;耐久性 混凝 土;耐久性 ;评定方 法 ;工程措施 ;相关性 中图分类号 : T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 1 8 - 0 3 St udy On t he du r a bi l i t y o f c onc r e t e s t r uc t u r e s br i dge Z H AOQ i a n - q i a o , S O NGF u c a i ( 1 Re s o u r c e a n d E n v i r o n me n
4、 t S c h o o l , S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Un i v e r s i t y o f S h a n d o n g , Qi n g d a o 2 6 6 5 1 0 , C h i n a 2 Qi n g d a oR o a dP l ann i n g a n dD e s i g nI n s t i t u t e , Q i n g d a o2 6 6 0 6 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : 1 1 1 e e n v i r o n me n t a l c h a
5、 r a c t e r i s t i c s o f c o a s t a l are a s n o r t h o f i c e me i mp a c t o f t h e d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e b r i d g e s t r u c t u r e s o f s e v e r a l p r o bl e ms F r o m t h e h i g h v o l u me o f c o n c r e t e mi x e d wi t h o r d i n a r y p o wd e r , t o
6、t h e fre e z i n g a n d t h a wi n g, wa t e r e r o s i o n d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e s t r u e tur e s u n d e r c o mb i n e d e v a l u a t i o n me t h o d a n d e n g i n e e ri n g me a s ure s , a n d p r o p o s e d s it e d ura b i l i ty o f c o n c r e t e mi x a d j u s
7、t me n t me tho d s T h e r e s u l ts s h o w t h a t : t h e fir s t b i g c o n t e n t wi t h t h e d ura bi l i t y o f o r d i n a r y c o n c r e t e mi x s l a g t e c h n o l o g y t o i mp r o v e r e s i s t a n c e t o c h l o rid e i o n p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e; f r e
8、e z i n g a n d t h a wi n g wa t e r e r o s i o n d u r a bi l i t y o f c o n c r e t e s t r u c tur e s u nd e r c o mb i n e d e v a l u a t i o n me t h o d a nd s tud y e n g i n e e rin g me a _ s u r e s , s i mi l a r t o s e a wa t e r c a n d o u b l e fre e z i n g a n d t h a wi n g a
9、nd e r o s i o n p l a y b r i d g e c o n s t r u c t i o n un d e r r e f e r e n c e; d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e ma t e r i a l s a n d d u r a b i l i ty c o mp are d wi t h t h e c o r r e l a t i o n , t o s i mp l i f y t h e d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e c o n s t r u c
10、t i o n d u r a b i l i ty o f q u a l i t y c o n tr o l p r o c e d u r e s , a n d e ff e e - t i v e g u i d a n c e t o t h e d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n Ke yWOr ds : b rid g e s t r u c t u r e; d ura bi l i ty o fc o n c r e t e ; d ura b i l i ty; e v a l u
11、 a t i o nme t ho d; e n g i n e e rin gme a s u r e s ; r e l e v a n c e 0引言 1 工程介 绍 海洋环境下桥梁混凝土结构的损坏 , 一般是多因素协同作 用的结果, 而这些因素叉随着区域性的变化而不同。 北方冰冻 地区近海环境中桥梁混凝土结构, 一方面需要着重注意氯离子 侵入引起结构内部钢筋的锈蚀 ; 另一方面还要防止由于海水冻 融带来的温度正负交替变化导致的混凝土过快劣化。 在混凝土中掺人大掺量普通矿粉, 可以降低混凝土的孑 L 隙 率并改善水泥水化产物分布的均匀性, 使水泥石结构比较致密 , 从而提高混凝土的抗渗性
12、和耐久性 ; 根据冻融 、 海水侵蚀复合 作用环境因素, 探讨该类环境下混凝土结构耐久性评定方法和 工程措施, 可针对性的提高复合环境作用下的混凝土结构耐久 性; 通过提出耐久性混凝土配合比的现场调整方法 , 可从具体 实施层面上解决了耐久性混凝土的可实施性。因此 , 为确保陈 家贡特大桥梁结构使用寿命满足设计要求 , 有必要对影响该桥 梁混凝土耐久性得若干问题进行探讨。 收稿 日期 :2 0 1 0 1 2 3 0 基金项目:青岛市交通运输委资助项目( Q D J K 2 0 0 7 0 0 1 ) 1 8 青岛滨海公路南段一期工程是近海环境下的一条交通大动 脉 , 路线全长 3 5 _3
13、k m, 涉及两座特大桥、 三座大桥及两座中桥, 是青岛市“ 十一五” 期间重点建设项目, 建设条件复杂, 施工技术 难度大, 大部分桥梁位于冰冻海域, 海水含盐度高、 且存在较严 重的自然冻融循环。 因此 , 为确保结构使用寿命满足设计要求, 提高冰冻海域桥梁混凝土的耐久性成为了该工程的重中之重。 项目的主要控制性工程一“ 陈家贡湾特大桥” 地处陈家贡 海湾, 海湾宽度约 1 8 k m, 设计采用桥孔布置为 6 0孔) ( 3 O m的 预应力混凝土装配式连续 T梁、 设置双层钢筋的 1 2 c m厚防水 混凝土桥面铺装以及 昆 凝土薄壁桥墩。 2 桥 梁工作区域环境分析 陈家贡湾特大桥桥
14、区海域一般年份 1 2月下旬开始结冰, 2 月中旬消失 , 冰期在 6 0 d 左右 , 每年有 4 7 5 2 次左右的冻融 循环; 海水含盐度为 2 9 4 一3 2 6 o , 其中 c l 浓度为 1 7 7 ; 出 现频率较高的大浪多发生在夏秋两季, 夏季可出现 5 1 m的大浪, 春季可出现4 6 m的大浪, 历年最大的风浪出现在东南向; 多年平 均潮差为 2 8 0 r n , 一年中出现两高两低 , 历年最大潮差为 4 3 9 m。 3 陈 家贡特 大桥桥 梁混凝 土耐 久性若 干 问题 的探讨 3 1 大掺量普通矿粉掺和技 术在耐 久性混凝土配合 比 中的应 用 3 1 1
15、耐久性混凝土配合比试验 本工程采用的混凝土 , 其配合比应根据不同结构部件 、 不同 配筋部件 、 不 同设计 要求 、 不 同施 工方法 、 不 同环境侵蚀 作用 、 不同原材料分别进行设计 。 对于项 目耐久性混凝 土配置我们 坚持 的基本原则 是尽 可 能降低单位立方米混凝土中的水泥用量而提高矿物掺合料用 量。 当采用磨细矿渣粉或粉煤灰( 或其他合规掺合料) 含量不大 于 1 5 的复合矿渣粉时 , 单位立方米混凝土中的掺合料与水泥 的质量配合 比宜在 1 -2 1 8之 间通过试 配选择 , 由抗盐冻性 、 抗 氯离子渗透性要求以及适宜的工作性等试验确定。 经综合项 目试验研究成果 ,
16、 对应于项 目桥梁 不同部位适宜 采用的混凝土耐久性施工的推荐方案( 基于陈家贡特大桥的现 场原材料品质 ) 如表 1 所示。 因引气混凝土有利于提高各项耐久性指标, 鼓励在桥梁不 同部位的混凝土中尽可能掺用引气剂。 氯离子渗透性和抗冻性 的测试结果需要长时间 , 也不可能大量抽样试验 , 因而提出采 用混凝土 的 2 8 d强度( 可用 3 d 7 d强度进行予 测 ) 、 含气 量和 最大水胶 比这三项指标作为耐久性施工 的现场 自检指标 。 通 常 , 它们 与氯 离子渗透性或抗冻性有 良好 的相关性 。 通过 这三项质 量控 制指标 的 自检 , 配合 既有施 工规范规 定的抽检程 序
17、 , 基本 可达到耐久混凝土 的质量控制 目标。 3 1 2 耐久性混凝土的耐久性质量统计 陈家贡特大桥工程耐久性混凝土由第三方质检部门抽检 的耐久眭质量统计如表 2所示 。 表 1 桥梁不同部位混凝土的配合比推荐指标 由表 2可知 , 陈家贡特大桥工程耐久性混凝土其 2 8 d龄期 氯离子扩散系数的质检结果可以满足 4 x l O 一 : m2 s 的限值要求 , 抗冻性试验结果的分布范周符合规范要求。 3 2 冻融、 海水侵蚀复合作用下混凝土结构耐久性评 定方 法和工 程措施 3 2 1 冻融 、 海水侵蚀复合作用下混凝土结构耐久性评定方法 冰冻海域环境作 用下混凝土结构的劣化机理非 常复
18、杂 , 具 有相当大的不确定性和未确知性, 许多问题还有待进一步研究。 本文关于冻融、 海水侵蚀复合作用下混凝土耐久性的评定方法 是基 于现有认识水 平 、 为满足该项 目需要进行 的探讨 。 3 2 1 1 混凝土耐久性评定准则 ( 1 ) 结构 耐久性应根 据需要按 照不 同的耐久性极 限状 态进 行评定 , 冰冻海域海 洋环境 中混凝 土结构耐久性评定 可分 为以 下几种 : 混凝土抗拉强度退化到结构物 的应力水平 以下 ; 钢 筋锈蚀; 混凝土保护层开裂; 混凝土冻融、 侵蚀耦合作用下 结构物表面剥落 ; 冻融达到质量损失率 5 或相对动弹性模量 下降到 6 0 以下; 混凝土结构物的
19、冻融厚度达到 9 5 的保护 层厚度 。 ( 2 ) 根据耐久性评定方法不同, 结构耐久性可按其剩余使 用年限或耐久性状态评定。 ( 3 ) 结构耐久性评定方法可选择可靠度分析方法 、 模糊数 学分析方法和层次分析方法等方法。 ( 4 ) 结构耐久性评定需进行结构使用条件的初步调查。 3 2 1 2 冰冻海域海洋环境中混凝土耐久性评定 ( 1 ) 冰冻海域海洋环境中混凝土耐久性评定应符合下列规 定: 以明显冻融损伤( 构件表层水泥浆体脱落、 粗骨料外露 ) 作为混凝土耐久性极限状态 ; 或以混凝土抗裂性能退化临界 状 态作为混凝土耐久性极 限状态 ; 考虑冻融损伤 加速钢筋锈 蚀对结构耐久性评
20、定的影响; 可不单独考虑海水于湿循环对 结构耐久性评定的影响。 ( 2 ) 实际工程中, 有些混凝土结构是处于多轴应力状态的, 如处于双轴压应力状态的混凝土结构比单轴应力状态的混凝 土结构 , 具有更高的抗冻融破坏的能力, 而处于双轴拉压应力 状态的混凝 土结 构的情况正相反 。 ( 3 ) 海洋环境 中 , 桥 梁结构通 常在 浪溅 区 的混 凝土最 容易 在 海水冻融 和侵蚀耦 合作用 下发生劣 化 , 因此 , 应 重点对 该 区 域进行混凝土结构耐久性定量评估 和设计 。 ( 4 ) 对海洋环境中钢筋混凝土结构进行耐久性定量评估时 应对桥梁浪溅区混凝土的应力水平进行详细的定量分析。 (
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