高性能混凝土耐久性检测作业指导书.doc

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1、高性能混凝土耐久性检测作业指导书在混凝土结构耐久性研究的过程中，混凝土结构耐久性设计的思想也不断地被尝试引入结构设计和工程实践中。1990年日本发布了混凝土结构耐久性设计建议，1989年欧洲出版了CEB耐久混凝土结构设计指南，RILEM于1990年出版的混凝土结构的耐久性设计，欧盟在2000年出版了混凝土结构耐久性设计指南。在总结国内外研究成果的基础上，2000年颁布了交通部行业标准海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范(JTJ275-2000)，2004年中国土木工程学会编制了混凝土结构耐久性设计与施工指南（CCES 01-2004），交通部行业标准公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范也即将发布，中国

2、工程标准化协会组织的混凝土结构耐久性评定标准已编制完成，它们的问世对改善我国混凝土结构耐久性状况将起到非常好的作用，也为混凝土结构的耐久性设计和延长工作寿命明确了方向。然而，这些规定仍然局限于环境分类和材料方面的要求，在结构材料和结构构造方面间接地反映了结构设计中对耐久性和使用年限的要求，无法实现对混凝土结构耐久性的设计目标的量化规定。对于某些重要基础工程，欲确保100年（或120年）的使用年限，尚缺乏普遍认可的基于可靠度分析并以混凝土耐久性作为设计指标的设计理论。根据上述文献，目前混凝土结构耐久性设计方法基本可分成两大类。第一类首先源于欧洲CEB混凝土结构耐久性设计规范，如国内的混凝土结构耐

3、久性设计与施工指南（CCES01-2004）、海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范（JTJ275-2000）等。这类方法首先按业主的意愿和经济实力确定结构的设计使用年限；再按结构的工作环境确定腐蚀等级；再建立在设计使用年限内结构抵抗环境作用能力大于环境对结构作用效应的耐久性极限方程（如日本土木工程学会提出的指数评分法、ISO因子法、验算法等）；最后利用极限状态法对耐久性极限状态进行验算。耐久性设计的极限状态主要按适用性的要求确定，常以有害介质侵蚀到钢筋表面或混凝土保护层胀裂作为为耐久性极限状态。这些方法主要控制混凝土材料常规指标、组成和保护层厚度，具体为强度等级、水胶比、胶凝材用量、原材料选择、矿

4、物掺和料、外加剂等。同时，要求在实验室条件下按照标准试验方法确定的耐久性指标，如抗冻等级，扩散系数等。这类方法解决了耐久性构造要求和施工技术要求，细化了环境类别及其作用等级，提出了不同使用年限的不同要求。高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。一、混凝土结构耐久性的基本规定1设计使用年限混凝土结构的设计使

5、用年限级别可根据设计使用年限按表12-1进行划分。表12-1 混凝土结构的设计使用年限级别设计使用年限级别设计使用年限一100年二60年三30年2环境类别及作用等级混凝土结构所处环境类别分为碳化环境、氯盐环境、化学侵蚀环境、冻融破坏环境和磨蚀环境。不同类别环境的作用等级可按表12-2、12-3、12-4、12-5、12-6所列环境条件特征进行划分。表12-2 碳化环境环境作用等级环境条件特征T1室内年平均相对湿度60%长期在水下（不包括海水）或土中T2室内年平均相对湿度60%室外环境T3水位变动区干湿交替注：当混凝土薄型结构的一侧干燥而另一侧湿润或饱水时，其干燥一侧混凝土的碳化环境作用等级应按

6、T3级考虑。表12-3 氯盐环境环境作用等级环境条件特征L1长期在海水水下区离平均水位15m以上的海上大气区离涨潮岸线100m300m的陆上近海区L2离平均水位15m以内的海上大气区离涨潮岸线100m以内的陆上近海区海水潮汐区或浪溅区（非炎热地区）L3海水潮汐区或浪溅区（南方炎热地区）盐渍土地区露出地表的毛细吸附区遭受氯盐冷冻液和氯盐化冰盐侵蚀部位表12-4 化学侵蚀环境化学侵蚀类型环境作用等级H1H2H3H4硫酸盐侵蚀环境水中SO42-含量，mg/L200 6006003000300060006000强透水性环境土中SO42-含量，mg/kg2000300030001200012000240

7、0024000弱透水性环境土中SO42-含量，mg/kg300012000120002400024000盐类结晶侵蚀环境土中SO42-含量，mg/kg2000300030001200012000酸性侵蚀环境水中pH值6.55.55.54.54.54.0二氧化碳侵蚀环境水中侵蚀性CO2含量，mg/L154040100100镁盐侵蚀环境水中Mg2+含量，mg/L3001000100030003000注：1 对于盐渍土地区的混凝土结构，埋入土中的混凝土遭受化学侵蚀；当环境多风干燥时，露出地表的毛细吸附区内的混凝土遭受盐类结晶侵蚀。2 对于一面接触含盐环境水（或土）而另一面临空且处于干燥或多风环境中的

8、薄壁混凝土，接触含盐环境水（或土）的混凝土遭受化学侵蚀，临空面的混凝土遭受盐类结晶侵蚀。3 当环境中存在酸雨时，按酸性环境考虑，但相应作用等级可降一级。表12-5 冻融破坏环境环境作用等级环境条件特征D1微冻地区+频繁接触水D2微冻地区+水位变动区严寒和寒冷地区+频繁接触水微冻地区+氯盐环境+频繁接触水D3严寒和寒冷地区+水位变动区微冻地区+氯盐环境+水位变动区严寒和寒冷地区+氯盐环境+频繁接触水D4严寒和寒冷地区+氯盐环境+水位变动区注：严寒地区、寒冷地区和微冻地区是根据其最冷月的平均气温划分的。严寒地区、寒冷地区和微冻地区最冷月的平均气温t分别为：t -8oC, -8 oC t -3 oC

9、 和 -3 oC t2.5 oC。表12 -6 磨蚀环境环境作用等级环境条件特征M1风蚀（有砂情况）风力等级7级，且年累计刮风时间大于90天M2风蚀（有砂情况）风力等级9级，且年累计刮风时间大于90天流冰冲刷被强烈流冰撞击、磨损、冲刷（冰层水位下0.5m冰层水位上1.0m）M3风蚀（有砂情况）风力等级11级，且年累计刮风时间大于90天泥砂冲刷被大量夹杂泥砂或物体磨损、冲刷1.3环境作用等级为L3、H3、H4、D3、D4、M3级的环境为严重腐蚀环境。二、混凝土耐久性指标1混凝土的耐久性指标一般是指混凝土的抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱骨料反应性等。具体的混凝土耐久性指标应根据结构的

10、设计使用年限、所处的环境类别及作用等级等确定。2混凝土耐久性的一般要求： （1）混凝土的电通量应满足表12-7的规定。表12-7 混凝土的电通量设计使用年限级别一(100年)二(60年)、三（30年)电通量（56d），CC3020002500C30C4515002000C5010001500（2）混凝土应进行抗裂性对比试验。（3） 钢筋的混凝土保护层厚度应满足设计的规定。（4） 混凝土的抗碱骨料反应性能应符合下列规定：骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率或碱碳酸盐反应岩石柱膨胀率应小于0.10%；当骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.100.20%时，混凝土的碱含量应满足相应规定；当骨料的砂浆棒膨胀率在

11、0.200.30%时，除了混凝土的碱含量应满足相应规定外，还应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和复合外加剂，并应经试验证明抑制有效。3氯盐环境下的钢筋混凝土及预应力混凝土结构，混凝土的耐久性除应满足3.3.2条的规定外，还应满足表12-8的规定。表12-8 氯盐环境下混凝土的电通量设计使用年限级别一(100年)二(60年)、三（30年)环境作用等级L1L2、L3L1L2、L3电通量（56d），C1000800150010004化学侵蚀环境下的混凝土结构，混凝土的耐久性除应满足2.2条的规定外，还应满足表12-9的规定。表12-9 化学侵蚀环境下混凝土的电通量设计使用年限级别一(100

12、年)二(60年)、三（30年)环境作用等级H1、H2H3、H4H1、H2H3、H4电通量（56d），C120010001500400020004000100020001001000100渗透能力强渗透能力中等渗透能力低渗透能力很低不渗透W/C0.6的普通混凝土W/C为0.40.6的普通混凝土W/C0.4的普通混凝土改型乳液或硅灰混凝土聚合物浸渍混凝土国内外大量的试验研究数据和工程实例表明，掺加适量矿物掺和料且具有良好抗侵入性的C30以下混凝土的电通量值一般小于2000C，C45以下混凝土的电通量值一般小于1500C，C50混凝土的电通量值一般小于1000C。四、混凝土电通量快速测定方法1适用范

13、围（1）本方法通过测定混凝土在直流恒电压作用下通过的电量值大小来评价混凝土原材料和配合比对混凝土抗渗透性能的影响，也可用来间接评价混凝土的密实性。（2）本试验方法适用于直径为95102mm，厚度为513mm的素混凝土芯样。（3）本试验方法不适用于掺亚硝酸钙的混凝土。掺其它外加剂或表面处理过的混凝土，当有疑问时，应进行氯化物溶液的长期浸渍试验。2试验设备及材料（1）仪器设备应满足下列要求：1）直流稳压电源，可输出60V直流电压，精度0.1V；2）带有注液孔的塑料或有机玻璃试验槽；3）20目铜网；4）数字式直流表，量程20A，精度1.0%；5）真空泵，真空度可达133Pa以下；6）真空干燥器，内径

14、不小于250mm。3试验应采用下列材料：1）用分析纯试剂配制的3.0%氯化钠溶液；2）用分析纯试剂配制的0.3mol/L氢氧化钠溶液；3）硅橡胶或树脂密封材料。4试验步骤1）在规定的56d试验龄期前，对预留的试块进行钻芯制件，试件直径为95102mm，厚度为513 mm，试验时以三块试件为一组。2）将试件暴露于空气中至表面干燥，以硅橡胶或树脂密封材料涂于试件侧面，必要时填补涂层中的孔道以保证试件侧面完全密封。3）测试前应进行真空饱水。将试件放入1000mL烧杯中，然后一起放入真空干燥器中，启动真空泵，数分钟内真空度达133Pa以下，保持真空3h后，维持这一真空度并注入足够的蒸馏水，直至淹没试件

15、。试件浸泡1h后恢复常压，再继续浸泡182h。4）从水中取出试件，抹掉多余水份，将试件安装于试验槽内，用橡胶密封环或其它密封胶密封，并用螺杆将两试验槽和试件夹紧，以确保不会渗漏，然后将试验装置放在2023的流动冷水槽中，其水面宜低于装置顶面5mm，试验应在2025恒温室内进行。5）将质量浓度为0.3%的氯化钠和0.3mol/L的氢氧化钠溶液分别注入试件两侧的试验槽中，注入氯化钠溶液的试验槽内的铜网连接电源负极，注入氢氧化钠溶液的试验槽中的铜网连接电源正极。6）接通电源，对上述两铜网施加60V直流恒电压，并记录电流初始读数I0，通电并保持试验槽中充满溶液。开始时每隔5min记录一次电流值，当电流

16、值变化不大时，每隔10min记录一次电流值，当电流变化很小时，每隔30min记录一次电流值，直至通电6h。5试验步骤1） 绘制电流与时间的关系图。将各点数据以光滑曲线连接起来，对曲线作面积积分，或按梯形法进行面积积分，即可得到试验6h通过的电量。2） 取同组3个试件通过的电量的平均值，作为该组试件的电通量。五、混凝土抗冻性方法1。慢冻法 根据规范选择量程和精度符合要求的压力试验机，慢冻试验应取28天龄期试件进行。试验前4天应把试件从养护地点取出，进行外观检查，随后放在15-20水中浸泡，浸泡时水面至少应高出试件顶面20mm，冻融试件浸泡4天后进行试验。对比试件则应保留在标准养护室内，直到完成冻

17、融循环后与抗冻试件同时试压。冻融温度应保持在-15-20，试件在箱内温度达到-20时放入，装完试件如温度有较大升高，则以温度重新降至-15时起算冻结时间。冻结时间不应小于4小时，对于200mm3试件不应小于6小时。冻融实验后应按下式计算其强度损失率：式中：N次冻融循环后的混凝土强度损失率，以3个是试件的平均值计算（%）； 比对试件的抗压强度平均值（MPa） 经N次冻融循环后的三个试件抗压强度平均值（MPa）混凝土试件冻融后的重量损失率可比照以上公式对应计算。混凝土的抗冻标号，以同时满足强度损失率不超过25%，重量损失率不超过5%时的最大循环次数来表示。2。快冻法 与慢冻法不同的是，快冻法采用的

18、是快速冻融装置，能使试件静置在水中不动，依靠热交换液体的温度变化而连续、自动地进行冻融。快冻试验应取28天龄期试件进行。试验前4天应把试件从养护地点取出，进行外观检查，随后放在15-20水中浸泡，浸泡时水面至少应高出试件顶面20mm，冻融试件浸泡4天后进行试验。 将试件放入试件盒内，侧面和底部应垫放适当宽度和厚度的橡胶板，在整个试验过程中，盒内水位高度应始终保持高出试件顶面5mm左右。每次冻融循环应在2-4小时内完成，其中用于融化的时间不得小于整个冻融时间的1/4。在冻结和融化终了时，试件中心温度应分别控制在-172和82。 冻融达到以下三种情况之一时，即可停止试验： 1）已达到300次循环； 2）相对动弹性模量下降到60%以下； 3）重量损失率达5%。混凝土试件的相对动弹模量可按下式计算：式中：经N次冻融循环后试件的相对动弹模量，以3个试件的平均值计算（%）； N次冻融循环后试件的横向基频的平方（Hz）； 冻融循环试验前测得的横向基频初始值的平方（Hz）。混凝土耐久性系数应按下式计算： 式中：Kn 混凝土耐久性系数； N 达到要求时的冻融循环次数； P 经N次冻融循环后试件的相对动弹性模量。