《跨海通道混凝土结构耐久性研究与实施 毕业论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《跨海通道混凝土结构耐久性研究与实施 毕业论文.docx（6页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、跨海通道混凝土结构耐久性研究与实施 摘要 根据跨海通道混凝土结构腐蚀特点和跨海通道（复杂环境下）的设计使用寿命（100年），制定相应的保障混凝土结构耐久性基本措施和补充措施。关键词 跨海通道混凝土结构耐久性 影响跨海大桥混凝土结构耐久性的主要因素 提高混凝土结构耐久性的基本措施 补充措施一、国内一般跨海通道的基本腐蚀环境和沿岸混凝土结构腐蚀情况调查我国跨海大桥目前有24座。其中，港澳地区7座，大陆地区10座。大陆地区这10做跨海大桥中，东南沿海地区8座，北部海域2座。这些跨海大桥大多分布在东南沿海，处于北亚热带南缘、东北季风盛行区，受季风影响较大，年平均气温及海水水温较高，常伴有海雾天气的出现
2、。海洋环境特征明显。根据工程建设条件调查表明，沿海混凝土结构腐蚀情况一般十分严重。大部分跨海通道混泥土结构90%的损坏是由于环境恶劣、保护层不足、氯离子渗透导致钢筋锈蚀引起的。其他腐蚀因素，如混凝土中性化、碱骨料反应、硫酸盐侵蚀、海洋生物、泥沙冲蚀、冻融等，不是混凝土结构劣化的主要原因。二、混凝土结构使用寿命 一般情况下混凝土中钢筋发生锈蚀的过程如图所示。 第一阶段：碳化前沿达到钢筋表面或侵蚀介质在混凝土钢筋表面达到临界值，但钢筋钝化膜未发生破裂。 第二阶段：介质浓度超过临界值，发生局部腐蚀，腐蚀产物积累导致混凝土局部发生开裂，也即由钢筋表面的钝化膜发生局部破裂至混凝土发生局部开裂的时间。 第
3、三阶段：钢筋大面积腐蚀，混凝土保护层大面积开裂，钢筋腐蚀加速，导致钢筋截面迅速减小，以致使结构性能降至安全允许范围以外。 严格意义上，直正的使用寿命应是处于t2 - t3时间段的某一点T。即使具体情况不同，但设计使用寿命（100年）也一定要在结构性能降至安全允许范围以内。三、影响跨海通道混凝土结构耐久性的主要因素资料表明，我国沿海海水中各种盐类的总含量，即盐度为2035。其中，约占总盐量的78%，其余是等，约占22%。这些盐分随着海水、海风、海雾缓慢侵入桥墩、乔塔以及桥面，对桥梁的结构造成腐蚀。总的来说，海洋环境下，影响混凝土的结构耐久性因素主要有：盐类侵蚀、碱集料反应以及海洋环境情况。（1）
4、盐类侵蚀氯盐(Cl-)最主要的破坏作用是对被混凝土包裹的钢筋进行腐蚀。氯离子与钢筋直接发生电化学反应，像催化剂一样促使钢筋的钝化膜破坏，使钢筋产生锈蚀。除氯盐外，海洋环境中还有一定的硫酸盐和镁盐。其中，以硫酸镁的侵蚀最为强烈。和均作为侵蚀源，构成严重的复合侵蚀硫酸盐侵蚀和镁盐侵蚀。通过反应生成石膏，导致固相体积增大，产生很大的内应力，引起混凝土的膨胀开裂；同时，反应生成大量的，引起水化产物的分解，造成混凝土强度和粘结性的损失，生成钙矾石，而钙矾石的生成过程中又结合了大量的水，使得固相体积继续增大，引起混凝土的膨胀、开裂，甚至解体。（2）碱集料反应碱活性集料、碱含量和水分的存在，是混凝土发生碱集
5、料反应（AAR）的充分必要条件。海洋潮湿的环境使桥梁内部长期保持着较高的湿度。同时，渗入的海水可提供碱集料反应所需的。研究表明，当混凝土内多孔溶液中的浓度超过时，若发生碱集料反应，周围溶液中的起着催化作用。那么，当混凝土中的碱含量(OH-)较高时，海水中的可能发挥着类似的催化作用。因此，处于海洋环境中的桥梁混凝土具有较大的碱集料反应风险。碱集料反应生成的碱硅酸盐凝胶吸水膨胀，体积增大，引起混凝土局部过度膨胀，从而诱发裂缝并加速侵蚀破坏。（3）海洋环境情况研究表明，温度每升高10，侵蚀反应速度增加1倍。与此同时，高温可以大大缩短钢筋脱离钝化膜的时间，这便加速了侵蚀破坏的进程。比如，在厦门、杭州、
6、青岛等沿海地区，由于夏季气温常年偏高，海水水温也较高，有助于侵蚀反应的发生。同时，在多孔的混凝土中，当混凝土空隙中的水分蒸发，导致水溶液浓度大于饱和浓度时，水中的盐分便会产生结晶，相应的结晶压力可以使混凝土开裂、剥落。可以想到，在潮汐作用下，桥墩部分处于干湿交替的状态，常常发生连续结晶溶解循环过程，使混凝土表层发生剥落。上述因素相互关联、相互影响，它们共同造成了跨海桥梁混凝土结构的破坏。例如，存在细微裂缝的混凝土常常因孔隙中盐的结晶作用及盐离子与混凝土组分发生化学反应而膨胀开裂，这又加剧了海水的侵入，加强了海水与混凝土组分之间的反应，造成混凝土的孔隙率增大，引起混凝土强度与刚度的损失。于此同时
7、，海水侵入缩短了氯离子到达钢筋表面的时间，促进了钢筋锈蚀，这又加剧了混凝土的开裂破坏。四、提高混凝土结构耐久性的基本措施 混凝土结构的使用寿命与混凝土本身的氯离子(Cl-)扩散速率和结构的钢筋保护层厚度密切相关。混凝土氯离子扩散系数越低，结构的钢筋保护层厚度越大，混凝土结构的使用寿命也越长。 国外大型海上工程，例如：连接丹麦和瑞典的厄勒海峡工程、丹麦大贝尔特海峡工程、美国佛罗里达的“阳光”大桥、加拿大联邦大桥、英吉利海峡隧道等，保证百年使用寿命的基本措施无一例外都采用了低水胶比的双掺高性能混凝土并设置适当的钢筋保护层厚度。 根据混凝土结构使用寿命预测理论和国外类似工程的实际运用情况，提高跨海通
8、道的钢筋混凝土结构耐久性的基本措施包含：采用高性能的海工耐久混凝土，以氯离子扩散系数为混凝土耐久性的主要控制指标，采用大比例掺入矿物掺合料和低水胶比降低氯离子扩散系数；根据结构部位和受力特点，设置合理的钢筋保护层厚度，尽量延长氯离子渗透到钢筋表面的时间。通过限制氯离子扩散系数和合理的钢筋保护层组合，保证钢筋混凝土结构100年的设计使用寿命。对于预应力混凝土结构，孔道的不密实极易造成高应力状态下预应力筋的锈蚀，在上述措施的基础上，采用塑料波纹管和真空辅助压浆作为提高预应力混凝土结构耐久性的基本措施。1、海工耐久混凝土 海工耐久混凝土指用常规原材料、常规工艺、掺加矿物掺合料及化学外加剂，经配合比优
9、化而制作的，在海洋环境中具有高耐久性、高尺寸稳定性和良好工作性的高性能结构混凝土。2、合理的钢筋保护层 理论上，结构的保护层厚度越大，氯离子渗透到钢筋表面的时间越长，结构的寿命也越长。但是，保护层过大很容易引起结构开裂，同样造成结构的耐久性降低。因此，只有合理确定保护层厚度，才能有效地对钢筋施以保护，增强结构的耐久性。3、塑料波纹管与真空辅助压浆上世纪末，国际上许多采用后张预应力工艺的桥梁，由于预应力孔道压浆不饱满、不密实，导致预应力筋受到锈蚀，造成了桥梁的倒塌、重建或加固。为增强预应力孔道压浆的密实性，提高预应力体系的耐久性，跨海大桥预应力混凝土箱梁采用耐腐蚀、密封性能好的塑料波纹管配合真空
10、辅助压浆技术作为预应力混凝土结构的耐久性基本措施之一。4、混凝土保护涂层完好的混凝土保护涂层具有阻绝腐蚀性介质与混凝土接触的特点，从而延长混凝土和钢筋混凝土的使用寿命。然而大部分涂层本身会在环境的作用下老化，逐渐丧失其功效，一般寿命在510年，只能作辅助措施。五、混凝土结构耐久性补充措施 在上述基本措施的基础上，对腐蚀严重的部位和特殊的构件采取额外的补充保护措施，以进一步提高结构的耐久性。 1、环氧涂层钢筋 在腐蚀最为严重的浪溅区现浇墩身中采用环氧钢筋。 施工中涂层容易损伤是环氧钢筋最大的缺点。由于环氧钢筋的保护机理建立在完全隔离钢筋与腐蚀介质的基础上，环氧涂层的缺陷、膜层损伤极易导致钢筋的点
11、腐蚀，加速结构的破坏。因此，施工中保证膜层的完整性成为环氧涂层钢筋有效性的关键。 2、钢筋阻锈剂在腐蚀严重的水位变动区承台和浪溅区的墩身中使用掺入型阻锈剂。 一般情况下，钢筋阻锈剂的有效性与其存在于混凝土中的数量有直接关系。混凝上中只要能够保持必要浓度的阻锈剂，就能战胜有害离子（通常是氯离子）的破坏作用，钢筋就可以长期不锈。阻锈剂的合理掺量通过试验确定，并测试与其他外加剂的枢容性。3、外加电流阴极防护 这种方法是通过引入一个外加牺牲阳极或直流电源来抑制钢筋电化学腐蚀反应过程，从而延长海洋工程混凝土的使用寿命。根据钢筋腐蚀的电化学原理，阳极反应（钢筋腐蚀）必须同时放出自由电子，阴极防护即是采取措
12、施使电位等于或低于平衡电位，不让钢筋表面任何地方再放出自由电子，就可使钢筋不能再进行阳极反应（腐蚀）。外加电流阴极防护，以直流电源的正极接通难溶性阳极，发射保护电流；以其负极接通被保护的钢筋，而阳极与被保护的钢筋均处于连续的电介质中，使被保护的钢筋接触电解质的全部表面都充分而且均匀地接受自由电子，从而受到阴极保护。 在除此之外我们常用的混凝土结构耐久性补充措施还有：纤维混凝土与硅烷浸渍、渗透可控模板垫料、混凝土表面防腐蚀涂层等形式。六、结语（1）影响海洋环境下混凝土结构耐久性最主要的因素是氯离子渗透引起的钢筋腐蚀。提高耐久性的最根本途径是提高混凝土本身抗氯离子渗透的能力和设置合理的钢筋保护层厚
13、度（对预应力混凝土结构还需采取真空辅助压浆），它也是最经济、可靠的保证混凝土结构耐久性措施。 （2）对于不同工程混凝土结构的耐久性保证体系是弹性可调的。在基本措施不能完全保证结构使用寿命的部位，采取必要的附加保护措施，在尽量降低工程造价的前提下，满足结构使用寿命的要求。对腐蚀条件恶劣和结构构造存在隐患的部位施加特殊的耐久性补充措施是提高混凝土结构耐久性的有效途径。混凝土表面涂层防护具有阻隔腐蚀介质接触的特点，可延长结构的寿命，但在环境作用下涂层会逐渐劣化失效，需要复涂。外加电流阴极防护从原理上可对混凝土结构进行长期保护，可控渗透模板垫料对抗氯离子侵蚀效果显著，但关键技术或材料需进口，目前都存在
14、价格偏高的问题。 （3）建立耐久性监测和评估系统，一方面可以动态地跟踪结构的使用状态，必要时采取相应的措施对结构进行维护，以确保其设计使用寿命；另一方面可以验证和修正耐久性预测理论，为理论的进一步完善提供必要的参考。 （4）适当的施工工艺和严格的质量控制是保证混凝土结构耐久性、实现设计意图和转化科研成果的基本前提和保证。 【参考文献】1、陈月松杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性研究与检测分析2、张宝胜、干伟忠、陈涛杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性解决方案3、卢胜坤耐久性混凝土在跨海大桥中的应用4、胡红梅、宋明辉、姚志雄、林春跨海桥梁混凝土结构耐久性的质量控制5、陈旭庆、杨军、黄晓明有关钢筋混凝土结构耐久性问题的讨论6