毕业设计(论文)-混凝土结构耐久性浅谈.doc

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1、大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板各专业完整优秀毕业论文设计图纸 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：混凝土结构耐久性浅谈学习中心：江苏盐城亭湖奥鹏学习中心层 次： 专升本 专 业： 土木工程 年 级： 2013年春季 学 号： 201303544628 学 生： 指导教师： 完成日期： 2014年12月30日 III混凝土结构耐久性浅谈内容摘要混凝土由于其具有经济、耐久、节能等众多优点,而成为重要的建筑材料,其应用范围十分广泛。作为目前世界最大宗的人造建筑材料,其在给人类带来巨大文明进步的同时,也面临由此造成的严峻的资源、能源和环境问题。传统意义上的混凝土由于

2、自身结构材料和使用环境的特点,还存在着严重的耐久性问题,已不能满足混凝土行业的绿色可持续发展的要求。因此,提高混凝土的耐久性是实现混凝土环保化、节约化的积极有效措施。本文综述了耐久性对混凝土的重要意义,并着重分析了影响混凝土耐久性的主要因素。最后介绍了目前世界上提高混凝土的耐久性的研究结果以及目前国际上对混凝土的耐久性设计要求。关键词：耐久性；混凝土；影响因素目 录内容摘要I引 言11 绪论21.1 混凝土耐久性问题的提出21.2 混凝土耐久性的概念22 混凝土结构耐久性问题的分析32.1 混凝土冻融破坏32.1.1 破坏机理32.1.2 影响因素42.2 混凝土渗透破坏42.2.1 破坏原因

3、42.2.2 影响因素52.3 碱骨料反应52.3.1 破坏原因52.3.2 影响因素62.4 混凝土的碳化62.4.1 破坏原因62.4.2 影响因素72.5 钢筋锈蚀72.5.1 破坏原因72.5.2 影响因素82.6 化学侵蚀82.6.1 产生原因82.6.2 影响因素93 提高混凝土耐久性的措施103.1 混凝土材料103.1.1 水泥103.1.2 粗骨料103.1.3 细骨料103.1.4 矿物掺合料113.1.5 专用复合外剂113.1.6 拌合和养护用水113.2 结构设计113.2.1 混凝土配合比113.2.2 混凝土保护层123.2.3 节点构造设计123.3 工程施工1

4、23.3.1 混凝土的拌制123.3.2 混凝土的输送133.3.3 混凝土浇筑133.3.4 混凝土振捣133.3.5 混凝土养护143.3.6 混凝土的拆模144 案例分析155 结论与展望20参考文献21引 言混凝土结构在其服务使用期间应维持所需的强度和其他功能,混凝土结构还必须能经受住各种各样的侵蚀破坏,这常被称为混凝土具有耐久性。混凝土结构以其整体性好、耐久性好、可塑性强、维修费用少等优点广泛使用于整个20世纪，发现混凝土的耐久性问题则是在60至70年代。一些国家的混凝土桥使用了三四十年后，纷纷进入老化期，出现如结构混凝土的碳化、保护层剥落、裂缝的发展、钢筋锈蚀、渗透冻融破坏、混凝土

5、集料的化学腐蚀等等。我国七十年代后期建造的混凝土桥梁亦发现有严重的开裂现象。因而混凝土结构的耐久性问题已成为各国结构工程师们不容忽视的一个问题。混凝土结构的耐久性概括起来是指混凝土抵抗周围不利因素长期作用的性能。结构耐久性问题主要表现为：混凝土损伤；钢筋的锈蚀、脆化、疲劳、应力腐蚀；以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的消弱等三个方面。从短期效果而言，这些问题影响结构的外观和使用功能；从长远看，则为降低结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构的使用寿命。因而混凝土结构的耐久性问题已成为各国结构工程师们不容忽视的一个问题。针对这一问题，各国均提出各种解决方法，其中我国中国工程院院士吴中伟教授提出GH

6、PC（绿色高性能混凝土）的概念在该技术领域属于比较先进的观念。1 绪论1.1 混凝土耐久性问题的提出我国是一个发展中大国，正在从事着为世界所瞩目的大规模基本建设，而财力有限，能源短缺，资源并不丰富，因此科学合理设计，优质的施工质量来提高混凝土结构耐久性及防腐性。延长结构使用寿命是摆在我们面前的一个很重要的课题和任务。强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标，因此以往工程中习惯上只重视混凝土的强度，或片面追求高强度而忽视混凝土的耐久性。混凝土的耐久性是使用期限内结构保证正常功能的能力，关系到结构物的使用寿命，随着结构物老化和环境污染加重，混凝土耐久性问题已引起了各主管和广大设计施工者们重视。1.2

7、 混凝土耐久性的概念混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。混凝土结构耐久性所包含的内容为：抗渗性，指混凝土抵抗液体和气体渗透的能力；抗冻性，指混凝土抵抗冰冻的能力；抗腐蚀性，指混凝土在各种侵蚀性液体和气体中，抵抗侵蚀的能力；混凝土的耐热性，指混凝土在高温作用下，内部结构不遭受破坏，强度不显著丧失，具有一定化学稳定性的性能；碱骨料反应，碱骨料反应条件是在混凝土配制时形成的，即配制的混凝土中只有足够的碱和反应性骨

8、料，在混凝土浇筑后就会逐渐反应，在反应产物的数量吸水膨胀和内应力足以使混凝土开裂的时候，工程便开始出现裂缝。2 混凝土结构耐久性问题的分析如上一章所述，混凝土耐久性是指混凝土在实际使用过程中抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。主要包括抗冻性、抗渗透性、抗碱集料反应，抗腐蚀等几个方面。本章将从冻融破坏、渗透破坏、碱骨料反应、混凝土的碳化、钢筋锈蚀、化学侵蚀六个方面对混凝土结构发生耐久性失效的原因及影响因素进行论述。2.1 混凝土冻融破坏混凝土冻融破坏是指混凝土在饱水或潮湿的状态下，由于环境中温度的正负变化，导致混凝土内部松弛产生疲劳应力，反复的冻融循环造成混凝土由表及里逐渐剥蚀

9、的破坏现象。混凝土发生冻融破坏后，破坏作用不断积累，裂缝不断扩大和深入，由外向里，直至混凝土破坏，而其现象就是从表层开始向内逐层剥落。当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最终严重影响了结构的长期使用。2.1.1 破坏机理混凝土冻害机理的研究始于20世纪30年代，有静水压假说、渗透压假说等。但由于混凝土结构冻害的复杂性，至今尚无公认的、完全反映混凝土冻害机理的理论。直至现在，被广大科研学者接受的最有价值的解释是静水压假说和渗透压假说的结合，这种结合奠定了混凝土抗冻性研究的理论基础。(1) 静水压假说：硬化混凝土的孔隙有凝胶孔、毛细孔、

10、空气泡等。各种孔隙之间的孔径差异很大。水转变为冰时体积膨胀9，在冰冻过程中，混凝土孔隙中的部分孔溶液冰冻膨胀，迫使未结冰的孔溶液从结冰区向外迁移。孔溶液在可渗透的水泥浆体结构中移动，必须克服粘滞阻力，因而产生静水压，形成破坏应力。静水压假说能解释成熟混凝土冰冻破坏的许多表现，它在引气混凝土方面的应用也较成功。但从水压力本质来理解它的作用应是瞬时性的，随着时间进展危险理应逐渐消失才对。然而试验说明：混凝土冰冻破坏有时随时间而日益剧烈、严重。在水泥浆冰冻时，水分的运动大多不像通常设想那样，远离冰冻地点而去，而恰恰是趋向冰冻地点；再次冰冻时的膨胀一般情形是随冷却速率增加而下降。这些都是静水压假说难以

11、解释的。(2) 渗透压假说：渗透压假说认为，由于混凝土孔溶液中含有钠、钾、钙等盐类，大孔中的部分溶液先结冰后，未冻溶液中盐的浓度上升，与周围较小孔隙中的溶液之间形成浓度差。这个浓度差的存在使小孔中溶液向已部分冻结的大孔迁移。即使是浓度为0的孔溶液，由于冰的饱和蒸汽压低于同温下水的饱和蒸汽压，小孔中的溶液也要向已部分冻结的大孔溶液中迁移。可见渗透压是孔溶液的盐浓度差和冰水饱和蒸汽压差共同形成的。2.1.2 影响因素对于影响混凝土冻融破坏的主要因素总结起来大致有以下四个方面：（1）水灰比：水灰比越大，使凝土孔隙率越大，导致混凝土的吸水率增大，最终导致混凝土结构冻融破坏严重；（2）孔结构和孔隙特征：

12、连通毛细孔易吸水饱和，使混凝土冻害严重；若为封闭孔，则不易吸水，冻害就小；（3）饱水度：若混凝土的孔隙非完全吸水饱和，冰冻过程产生的压力促使水分向孔隙处迁移，从而降低冰冻膨胀应力，对混凝土破坏作用就小；（4）混凝土自身强度：在相同的冰冻破坏应力作用下，混凝土强度越低，冻害程度就越高。2.2 混凝土渗透破坏混凝土结构的渗透破坏是指气体、液体或者离子等有害介质在混凝土中渗透、扩散或迁移，最终导致混凝土结构受到破坏。混凝土结构发生渗透破坏后，有害介质首先破坏结构表层混凝土，导致混凝土中发生钢筋锈蚀、碱骨料反应等变化，而这些变化多数伴随着体积的膨胀，膨胀产生的应力又使得混凝土进一步开裂，从而进一步加大

13、混凝土的渗透性，使得有害介质的入侵更加迅速，导致混凝土结构循环往复产生更大范围的破坏。因此混凝土的渗透性给有害介质提供了入侵的通道，而有害介质与混凝土发生的破坏性反应则增大了混凝土的渗透性，两者相互促进，最终严重影响混凝土结构的耐久性。2.2.1 破坏原因混凝土具有多种粒径的孔隙，连通的孔隙会成为气体、液体或有害介质进入混凝土的通道，导致混凝土破坏。混凝土的渗透机理是水与混凝土表面接触时，压力差和毛细孔压力不断促使水分向混凝土内部迁移。随着水分迁移的深入，水与毛细孔壁摩擦阻力增大，渗水速度随渗透深度的增加成比例下降。当水达到混凝土相反的一侧时，毛细孔压力就会改变方向，阻碍水分的渗出。若压力差大

14、于孔壁摩擦阻力和毛细阻力，则水将从混凝土相反的一侧滴出；若压力差小于摩擦阻力和毛细孔阻力，则水的迁移为毛细孔迁移，此时的迁移速度取决于混凝土背水面水分的蒸发速度。2.2.2 影响因素影响混凝土渗透性的因素主要有水灰比、骨料最大粒径、混凝土养护方法、水泥品种、外加剂等因素。具体影响情况为：（1）混凝土的水灰比会影响混凝土孔隙的大小和数量，进而直接影响混凝土结构的密实性。水灰比越小，混凝土越密实，其抗渗性越好，反之亦然。（2）由于骨料和水泥浆的界面处易产生裂隙和较大骨料下方易形成孔穴，因此在水灰比相同时，混凝土骨料的最大粒径越大，其抗渗性能越差；（3）蒸汽养护的混凝土，其抗渗性较潮湿养护的混凝土要

15、差。在干燥条件下，混凝土早期失水过多，容易形成收缩裂缝，因而降低混凝土的抗渗性。而在潮湿环境中或水中硬化的混凝土，不但总孔隙率降低，而且孔径也较小。这就增加了混凝土密实性，提高了混凝土的抗渗性；（4）水泥的品种、性质也影响混凝土的抗渗性能。水泥的细度越大，水泥硬化体孔隙率越小，强度就越高，则其抗渗性越好；（5）在混凝土中掺入某些外加剂，如减水剂等，可减小水灰比，改善混凝土的和易性，因而可改善混凝土的密实性，即提高了混凝土的抗渗性能；2.3 碱骨料反应混凝土中的碱与混凝土中的活性骨料发生反应，生成膨胀性物质，导致混凝土发生膨胀破坏，称为碱骨料反应。这种反应引起明显的混凝土体积膨胀和开裂，改变混凝

16、土的微结构，使混凝土的抗压强度、抗折强度、弹性模量等力学性能明显下降，严重影响结构的安全使用性，而其反应一旦发生很难阻止，更不易修补和挽救，被称为混凝土的“癌症”。2.3.1 破坏原因碱骨料反应主要可分为碱与硅酸、碱与碳酸盐及碱与硅酸盐三种反应。（1）碱-硅酸反应：是分布最广、研究最多的碱骨料反应，该反应是指混凝土中的碱组分与骨料中的活性SiO2之间发生的化学反应，其结果是导致骨料被侵蚀，生成碱-硅酸凝胶，并从周围介质中吸收水分而膨胀，导致混凝土开裂。（2）碱-碳酸盐反应：是指混凝土中的碱与碳酸盐矿物产生化学反应引起混凝土的地图状开裂。碱-碳酸盐反应是孔溶液中的碱与骨料中的白云石之间的反应。这

17、一反应不是发生在骨料颗粒与水泥砂浆的表面，而是发生在骨料颗粒的内部，水镁石Mg（OH）2晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起混凝土的内部应力，导致混凝土开裂。（3）碱-硅酸盐反应：是指混凝土中的碱与骨料中某些层状结构的硅酸盐发生反应，使层状硅酸盐层间间距增大，骨料发生膨胀，致使混凝土膨胀开裂。2.3.2 影响因素从碱骨料反应发生的条件出发，分析该种破坏的影响因素主要是：（1）活性骨料：引起混凝土碱骨料反应的主要因素是混凝土中含有碱活性的骨料。因此在施工中尽量选择无碱活性的骨料，在不得不采用具有碱活性的骨料时，应严格控制混凝土中总的碱量；（2）活性掺合料：掺用活性掺合料，如硅灰、矿渣、粉煤灰（高钙

18、高碱粉煤灰除外）等，对碱骨料反应有明显的抑制效果。活性掺合料与混凝土结构中的碱起反应，反应产物均匀分散在混凝土中，而不是集中在骨料表面，不会发生有害的膨胀，从而降低了混凝土的含碱量，起到抑制碱骨料反应的作用；（3）水分：碱骨料反应要有水分，如果没有水分，反应就会大为减少乃至完全停止。因此，要防止外界水分渗入混凝土结构中以减轻碱骨料反应的危害。2.4 混凝土的碳化混凝土的碳化作用是指空气中的二氧化碳气体渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应生成碳酸钙和水，使混凝土碱度降低的过程，这一过程又称混凝土的中性化。2.4.1 破坏原因碳化的化学反应式为：Ca（OH）2CO2CaCO3H2O混凝土的碳化反

19、应结果有两个方面：一方面，反应生成碳酸钙和其他固态物质会堵塞在混凝土孔隙中，使混凝土的孔隙率下降，大孔减少，从而减弱了后续CO2的扩散，使混凝土密实度提高；另一方面，孔隙中的Ca(OH)2浓度及PH值降低，导致钢筋脱钝而锈蚀。2.4.2 影响因素影响混凝土碳化的因素有很多，但概括其主要因素有两方面，一方面是材料因素，另一方面是环境条件因素。（1）材料方面：不同的水泥，其矿物组成、混合材量、外加剂、生料化学成分不同，直接影响水泥的活性和混凝土的碱度，对碳化速度有着重要的影响。一般而言，水泥中熟料越多，则混凝土的碳化速度越慢。不同的骨料品种和粒径级配不同，其内部孔隙结构差别很大，直接影响混凝土的密

20、实性。其材质致密坚实，级配好的骨料混凝土，其碳化的速度较慢。水灰比的角度，在水泥用量一定的条件下，增大水灰比，其混凝土的孔隙率增加，密实度降低，渗透性增大，空气中的水分及有害物质较多的侵入混凝土内部，加快混凝土的碳化。（2）环境条件：温度对混凝土碳化表现在当温度下降较大时，混凝土表面收缩产生拉力，一旦超过混凝土的抗拉强度，使得混凝土表面开裂，为二氧化碳和水分渗入创造条件，加速混凝土碳化；另外，温度高时，二氧化碳在空气中的扩散系数较大，为其余氢氧化钙反应提供了有利条件，阳光的照射加速了其反应的碳化速度。另外，影响混凝土碳化程度的因素还有养护方法和龄期，混凝土强度，相对湿度，CO2浓度等等。2.5

21、 钢筋锈蚀混凝土中水泥水化后，会生成碱性的氢氧化钙，导致混凝土孔隙中的水分有很高的碱性，在钢筋表面形成一层致密的钝化膜，因此在正常情况下钢筋不会锈蚀；但钝化膜一旦破坏，在有足够水和氧气条件下会产生电化腐蚀。混凝土中钢筋一旦发生锈蚀，在钢筋表面生成一层疏松的锈蚀产物，同时向周围混凝土孔隙中扩散。混凝土中的钢筋锈蚀后，一方面会使钢筋有效截面减小，另一方面，锈蚀产物体积膨胀使混凝土保护层胀裂甚至脱落，钢筋混凝土之间的粘结作用下降。2.5.1 破坏原因混凝土中钢筋锈蚀的实质是电化学腐蚀。主要表现为钢筋在外部介质作用下发生电化学反应，逐步生成氢氧化铁（即铁锈）等，铁锈的体积会比原金属增大24倍，产生膨胀

22、压力，造成混凝土顺筋裂缝，从而成为腐蚀介质渗入钢筋的通道，加快结构的损坏。2.5.2 影响因素钢筋锈蚀的开始是从钢筋周围的钝化膜破坏开始的，因此影响混凝土结构钢筋锈蚀的因素主要有：（1）混凝土液相pH值：钢筋锈蚀速度与混凝土液相pH值有密切关系。当pH值大于10时，钢筋锈蚀速度很小；而当pH值小于4时，钢筋锈蚀速度急剧增加。（2）混凝土密实度和保护层厚度：混凝土越密实，破坏性介质越不容易进入混凝土腐蚀钢筋；保护层厚度对钢筋锈蚀的影响呈线性关系，因此世界各国规范对保护层厚度都作了规定。（3）水泥品种和掺合料：粉煤灰等矿物掺合料能降低混凝土的碱性，从而影响钢筋锈蚀破坏。2.6 化学侵蚀一些侵蚀性介

23、质，比如酸、碱、硫酸盐、压力动水等，侵入混凝土，可能会造成混凝土的化学腐蚀。化学腐蚀主要有三类，分别为溶出性侵蚀、溶解性侵蚀和膨胀性侵蚀。2.6.1 产生原因（1）溶出性侵蚀：对于一些密实性较差、渗透性较大的混凝土，在一定压力的流动水中，水化产物Ca（OH）2会不断溶出并流失。Ca（OH）2的溶出使水化硅酸钙和水化铝酸钙失去稳定性而水解、溶出，这些水化产物的溶出使混凝土的强度不断降低。（2）溶解性侵蚀：溶解性侵蚀分为酸侵蚀和碱侵蚀两类。当环境水的PH值小于6.5时，会对混凝土造成酸侵蚀；由于水泥的水化会生成碱性物质，因此混凝土中呈碱性，当碱在一定的浓度（15%以下）、温度（低于50）时，碱对混

24、凝土的侵蚀作用很小，但是对于高浓度的碱溶液或者熔融状碱会对混凝土产生侵蚀作用。（3）膨胀性侵蚀：硫酸盐与混凝土的水化产物发生化学反应，对混凝土产生膨胀破坏作用，是典型的膨胀性侵蚀。2.6.2 影响因素结构的密实程度和孔隙特征对混凝土化学侵蚀会有所影响；结构密实和孔隙封闭的混凝土，环境水不易侵入，故其抗侵蚀性较强。3 提高混凝土耐久性的措施从上述分析可知，混凝土的外部环境，原料，密实度和抗渗性是混凝土耐久性能的重要因素因此，工程中应根据具体情况，有针对性地采取相应措施，从混凝土的材料、结构设计、工程施工三个方面提高混凝土的耐久性3.1 混凝土材料3.1.1 水泥水泥及水泥类材料的强度和工程性能，

25、是通过水泥砂浆的凝结，硬化形成的，水泥石一旦受损，混凝土的耐久性就被破坏，因此水泥的选择需注意水泥品种的具体性能。采用品质稳定、强度等级不低于 P.O42.5 级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥 (掺合料仅为粉煤灰或磨细矿碴)，禁止使用其它品种水泥。品质应符合 GB175-2007 规定： 水泥的比表面积不宜超过 350m /kg，碱含量不应超过 0.60%， 游离氧化钙含量不应超过 1.5%， 水泥熟料中 C3A 的含量不宜超过 8%(强腐蚀环境下不应大于 5%)，C4AF 含量小于 7%、C3S、C2S 含量宜在 40%45%之间的水泥。选择碱含量小，水化热低，干缩性小，耐热性，抗水性

26、，抗腐蚀性，抗冻性能好的水泥，并结合具体情况进行选择。3.1.2 粗骨料选用质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等球形、吸水率低、空隙率小的碎石，压碎指标不大于10%，母岩立方体抗压强度与梁体混凝土设计强度之比应大于2，含泥量小于0.5%，片状颗粒含量不大于5%，针、颗粒尽量接近等径状。粗骨料粒径宜为520mm，且分两级储存、运输、计量，510mm 颗粒质量占(405)%，1020mm颗粒质量占(605)%。选用无碱活性粗骨料(因条件所限不得不采用碱硅酸反应砂浆棒膨胀率为 0.100.20%的活性骨料时，由各种原材料带入混凝土中的总碱量不应超过3.0kg/m)。3.1.3 细骨料细骨料应

27、选择级配合理、质地均匀坚固的天然中粗砂(不宜使用机制砂和山砂，严禁使用海砂)，细度模数2.63.0。严格控制云母和泥土的含量，砂的含泥量应不大于1.5%，泥块含量应不大于0.1%，选用无碱活性细骨料(因条件所限不得不采用碱硅酸反应砂浆棒膨胀率为0.10 0.20%的活性骨料时，由各种原材料带入混凝土中的总碱量不应超过3.0kg/m )。3.1.4 矿物掺合料适当掺用优质级粉煤灰、磨细矿渣、微硅粉等矿物掺合料或复合矿物掺合料，级粉煤灰和磨细矿渣粉分别应符合GB1596和GB/T18046的规定，级粉煤灰需水量比不应大于100%，磨细矿渣比表面积应大于450m /kg。矿物掺合料掺量不超过水泥用量

28、的30%，粉煤灰与磨细矿渣复合使用时，两者之比为 1：1。3.1.5 专用复合外剂专用复合外加剂采用具有高效减水、坍落度损失小、适当引气、能细化混凝土孔结构、能明显改善或提高混凝土耐久性能的专用复合外加剂，尽量降低拌和水用量，专用复合外加剂必须满足专用复合外加剂的规定。3.1.6 拌合和养护用水混凝土拌合及养护用水，应考虑其对混凝土强度的影响。水灰比的大小很大程度影响混凝土强度值的大小。拌合水应检查其杂质情况，防止影响砂浆及混凝土生成时杂质影响其耐久性。海水中含有硫酸盐、镁盐和氯化物，除了对水泥石有腐蚀作用外，对钢筋的腐蚀也有影响，因此在腐蚀环境中的混凝土不宜采用海水拌制和养护。拌制和养护混凝

29、土用水应符合国家现行混凝土拌和用水标准的要求。凡符合饮用标准的水，即可使用。3.2 结构设计3.2.1 混凝土配合比 混凝土配比的设计在满足混凝土强度，工作性的同时应考虑尽量减少水泥用量和用水量，降低水化热，减少收缩裂缝，提高密实度，采用合理的减水剂和引气剂，改善混凝土内部结构，掺入足量的混合料，提高混凝土耐久性能。3.2.2 混凝土保护层混凝土结构中，钢筋混凝土是由钢筋和混凝土两种不同材料组成的复合材料，两种材料具有良好的粘结性能是它们共同工作的基础，从钢筋粘结锚固角度对混凝土保护层提出要求，是为了保证钢筋与其周围混凝土能共同工作，并使钢筋充分发挥计算所需强度。 钢筋裸露在大气或者其他介质中

30、，容易受蚀生锈，使得钢筋的有效截面减少，影响结构受力，因此需要根据耐久性要求规定不同使用环境的混凝土保护层最小厚度，以保证构件在设计使用年限内钢筋不发生降低结构可靠度的锈蚀。 针对不同的腐蚀环境应设计不同的保护层厚度。如一类环境(室内正常环境)，设计使用年限为 100 年的结构混凝土应符合下列规定：混凝土保护层厚度应按规范的规定增加40；当采取有效的表面防护措施时，混凝土保护层厚 7 度可适当减少。混凝土结构及构件宜整体浇筑，不宜留施工缝。当必须有施工缝时，其位置及构造不得有损于结构的耐久性。3.2.3 节点构造设计结构的节点构造设计也应考虑构件受局部损坏后的整体耐久能力。3.3 工程施工3.

31、3.1 混凝土的拌制混凝土配合比应考虑强度、弹性模量、初凝时间、工作度等因素并通过实验来确定。混凝土原材料应严格按照施工配合比进行准确称量，称量最大允许偏差应符合下列规定(按重 量计)：胶凝材料(水泥、掺合料等)1%；外加剂1%；骨料2%；拌和用水1%。搅拌混凝土前，应严格测定细骨料的含水率，准确测定因天气变化而引起的粗细骨料含水量的变化，以便及时调整施工配合比。混凝土搅拌时投料顺序为：先向搅拌机投入细骨料、水泥、矿物掺和料和外加剂，搅拌均匀后，再加入所需用水量，待砂浆充分搅拌后再投入粗骨料，并继续搅拌至均匀为止。上述每一阶段的搅拌时间不应少于30s，总搅拌时间不应少于2 min， 也不宜超过

32、3 min。混凝土拌和物入模前进行含气量测试，并控制在24%的范围内。3.3.2 混凝土的输送混凝土采用混凝土输送泵输送或混凝土运输车运送。当采用泵送时，输送管路的起始水平段长度不小于15m，除出口处采用软管外，输送管路其它部分不得采用软管或锥形管。输送管路应固定牢固，且不得与模板或钢筋直接接触。混凝土应连续输送，输送时间间隔不大于45min，且坍落度损失不大于10%。输送泵接料斗格网上不得堆满混凝土，要控制供料流量，及时清除超径的骨料及异物。夏季高温施工时宜用湿草袋等覆盖输送管，防止因输送管道温度过高造成混凝土坍落度损失过大影响施工，直至造成混凝土堵管。冬季施工时宜用保温材料包扎输送管防止混

33、凝土受冻。3.3.3 混凝土浇筑浇筑混凝土前，应针对工程特点、施工环境条件与施工条件事先设计浇筑方案，包括浇筑起点、浇筑进展方向和浇筑厚度等；混凝土浇筑过程中，不得无故更改事先确定的浇筑方案。应仔细检查钢筋型号、数量、间距、保护层厚度及其紧固程度。构件侧面和底面的垫块至少应为个m ，绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入保护层内。混凝土浇筑时的自由倾落高度不得大于m；当大于m 时，应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土，确保混凝土不出现分层离析现象。混凝土的浇筑应采用分层连续推移的方式进行，间隙时间不得超过 90min；混凝土的一次摊铺厚度不大于 300mm。混凝土的浇筑应尽量选择在一天中气温适宜

34、时进行，混凝土的入模温度为530，夏季气温较高时采用冷却水拌和混凝土，使其入模温度符合要求。模板的温度为 535，夏季气温较高时采用冷却水喷洒模板，并采取遮荫措施。在低温条件下浇筑混凝土时，应采用适当的保温防冻措施，防止混凝土受冻。3.3.4 混凝土振捣所有混凝土一经灌注，立即进行全面的捣实，使之形成密实、均匀的整体。混凝土的密实采用高频插入式振捣棒和附着式振动器联合振捣的方式进行。 混凝土振捣采用操作台统一控制，操作台由专人负责，统一指挥，严格控制振动时间及振动顺序。3.3.5 混凝土养护混凝土养护要注意湿度和温度两个方面。养护不仅是浇水保湿，还要注意控制混凝土的温度变化。在湿养护的同时，应

35、该保证混凝土表面温度与内部温度和所接触的大气温度之间不出现过大的差异。采取保温和散热的综合措施，防止温降和温差过大。因此，综合考虑，蒸汽养护能较好地解决以上两个方面的问题。 混凝土养护温度控制的原则是：升温不要太早和太高；降温不要太快；混凝土中心和表面之间、新老混凝土之间以及混凝土表面和大气之间的温差不要太大。 温度控制的方法和制度要根据气温(季节)、混凝土内部温度、构件尺寸、约束情况、混凝土配合比等 具体条件来确定。3.3.6 混凝土的拆模混凝土拆模时的强度应符合设计要求，还应考虑拆模时的混凝土温度(由水泥水化热引起)不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇注凉水养护。混

36、凝土内部开始降温以前以及混凝土内部温度最高时不得拆模。 一般情况下，结构或构件芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差大于 20(截面较为复杂时，温差大于15)时不宜拆模。大风或气温急剧变化时不宜拆模。在寒冷季节，若环境温度低于0时不宜拆模。在炎热和大风干燥季节，应采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。拆模按立模顺序逆向进行，不得损伤混凝土，并减少模板破损。当模板与混凝土脱离后，方可拆卸、吊运模板。拆模后的混凝土结构应在混凝土达到 100%的设计强度后，方可承受全部设计荷载。4 案例分析洋山深水港东海大桥结构耐久性分析2005年12月10日上海国际航运中心洋山深水港区正式开港，

37、连接洋山港和陆地的通道东海大桥同日开通，上海东海大桥工程是上海国际航运中心的集装箱深水枢纽港的三大重要配套工程之一，为洋山深水港区集装箱陆路集疏运和供水、供电、通讯等需求提供服务，是我国第一座长距离跨海大桥。大桥起始于上海南汇区芦潮港，北与沪芦高速公路相连，南跨杭州湾北部海域，直达浙江嵊泗县小洋山岛，全长32.5公里。按双向六车道高速公路的标准设计，桥宽31.5米，设计车速80公里/小时。大桥主体结构为混凝土结构，全桥混凝土用量约100万立方，设计使用寿命100年，于2005年5月建成通车。东海大桥面临的耐久性问题东海大桥地处北亚热带南缘、东北季风盛行区，受季风影响冬冷夏热，四季分明，降水充沛

38、，气候变化复杂，多年平均气温为15.8，海区全年盐度一般在10.00%32.00%之间变化，属强混合型海区，海洋环境特征明显。在海洋环境下混凝土结构的腐蚀荷载主要由气候和环境介质侵蚀引起。主要表现形式有钢筋锈蚀、冻融循环、盐类侵蚀、溶蚀、碱集料反应和冲击磨损等。东海大桥位于典型的亚热带地区，严重的冻融破坏和浮冰的冲击磨损可不予考虑。镁盐、硫酸盐等盐类侵蚀和碱骨料反应破坏则可以通过控制混凝土组分来避免。这样钢筋锈蚀破坏就成为最主要的腐蚀荷载。混凝土中钢筋锈蚀可由两种因素诱发：一是海水中Cl-侵蚀，二是大气中的CO2使混凝土中性化。国内外大量工程调查和科学研究结果表明，海洋环境下导致混凝土结构中钢

39、筋锈蚀破坏的主要因素是Cl-进入混凝土中，并在钢筋表面集聚，促使钢筋产生电化学腐蚀。在东海大桥周边沿海码头调查中亦证实，海洋环境中混凝土的碳化速度远远低于Cl-渗透速度，中等质量的混凝土自然碳化速度平均为3mm/10年。因此，影响东海大桥结构混凝土耐久性的首要因素是混凝土中的Cl-渗透速度。东海大桥结构的耐久性设计构件暴露部位的划分根据我国交通部海港工程混凝土结构防腐技术规范（JTJ275-2000）有关条文规定，海水环境结构部位划分为大气区、浪溅区、水位变动区及水下区。根据国内外海工混凝土的实践经验，混凝土结构中钢筋腐蚀最严重的是浪溅区，其它依次是水位变动区、大气区、水下区。长期处于水下的混

40、凝土结构由于缺乏供氧条件，钢筋腐蚀极为缓慢。因此，在东海大桥设计时应根据各构件所处的环境条件，有针对性地采取不同的防腐蚀要求和措施大桥结构构件的耐久性设计大桥主结构（混凝土钻孔桩、承台、墩柱和箱梁等），根据所处的环境，取不同的保护层厚度，采用高性能混凝土为基本措施；对于混凝土保护层相对较小且位于浪溅或潮差区等部位，采用混凝土外保护涂层等附加措施。结合结构设计对构件混凝土的强度等级要求，并考虑施工工艺和环境条件，对各部位混凝土采取的具体耐久性方案如表1。表1 东海大桥海上段混凝土结构耐久性方案结构部位海洋环境分类保护层厚度/mm混凝土强度等级混凝土品种辅助措施钻孔灌注桩水下区、桩头水位变动区70

41、C30大掺量掺合料砼上部为不拆除的钢管套承台水位变动区、浪溅区90C40高性能砼水位变动区、浪溅区部位涂防腐蚀涂层墩柱水位变动区、浪溅区70C40高性能砼水位变动区、浪溅区部位涂防腐蚀涂层箱梁大气区40C50高性能砼桥面板大气区40C60高性能砼塔柱下部为水位变动区、浪溅区、上部为大气区70C50高性能砼水位变动区、浪溅区部位涂防腐蚀涂层相应的施工工艺为确保结构耐久性设计的实现，具有优良可靠的施工程序和工艺是必须的。东海大桥的混凝土工程在施工中依据浇筑部位的特点制定了合理的工序，采用了不少先进的技术和工艺，其中具有代表性的是：1、钻孔灌注桩混凝土工程（1）浇筑采用两艘120型拌和船拌机拌制自密

42、实混凝土，拌和时间不少于130s。而后由拌和船上的布料杆直接输送至孔上的导管中。输送水平距离和垂直距离约38米，浇注时长610小时。（2）养护因钻孔灌注桩外围为钢护筒，厚度16mm，故不采取养护措施。2、超长超大混凝2、土箱梁混凝土工程（1）浇筑海上现浇箱梁混凝土浇筑由一艘拌和船拌制砼，拌和时间不少于130s，首先由拌和船布料杆将砼输送至箱梁顶面，再由1台输送泵将砼输送至指定地点(垂直距离2030米，水平距离10160米)，采用插入式振捣器捣实，薄层(每层厚度小于30cm)连续浇注，浇注时长58小时。陆上预制箱梁混凝土浇筑由不少于6台搅拌运输车代替搅拌船，其它与海上浇筑类似（2）养护西引桥采用

43、木模，具有较好的保温效果，浇注完成后覆盖一层塑料布进行保湿养生，待砼终凝后，撤去塑料布，覆盖两层湿土工布，专人定期洒水养生，模板拆除后，在其表面喷养护剂。并在箱梁埋设传感器监测温度，控制内外温差小于15度。东引桥采用钢模，在其外喷聚胺脂保温材料进行保温，东引桥由工期较紧，采用蒸汽养生，采用4t蒸汽锅炉，设一根133mm总管达到施工处，设三根75mm分管，箱内一根，间隔50cm设一3mm喷汽孔，箱顶二根，间隔1米设一根长15米的4分管，该管间隔50cm设一3mm喷汽孔。控制升温速度每小时不大于10度，降温每小时不大于3度，静养610小时，蒸养6272小时，降温1215小时，强度达到后继续养生不少

44、于15天。3、墩柱及超高桥塔混凝土工程（1）混凝土浇筑采用两台强制式搅拌机(90型、60型拌和机)拌制混凝土，每小时理论生产砼方量100方。拌和时间不少于130s。采用砼输送车输送，达到平台后采用一台60型输送泵输入墩身顶面设串筒下料，自由高度小于2米，薄层连续浇注，插入式振捣器捣实。浇注时间38小时。（2）混凝土养护在模板外喷聚胺脂保温材料保温，浇注完成后在砼表面覆盖湿麻袋与土工布，专人养护，定期用淡水喷洒，埋设温度传感器监测温度，降温达到规定要求后拆除模板，模板拆除后立即喷养护剂，养护喷完后围挂二层土工布外包一层塑料布，进行保温保湿，养护期不少于15天。4、承台及大体积主桥承台混凝土工程（

45、1）混凝土浇筑引桥采用两台强制式搅拌机(90型、60型拌和机)拌制混凝土，每小时理论生产砼方量100方。主桥除采用上述搅拌机外，另用砼拌和船辅助生产，拌和时间不少于130s。采用砼输送车输送，达到平台后采用两台60型输送泵输入承台中，薄层(每层厚度不超过30cm)连续浇注，插入式振捣器捣实。引桥浇注时间610小时，主桥浇注时间1224小时。（2）混凝土养护承台浇注收浆完成后，在砼的表面覆盖若干层麻袋及土工布保温保湿，在承台外侧喷聚胺脂保温材料进行保温。在砼内部设冷却水管降温，中间埋温度传感器，采用电脑监测温度，控制内外温差小于25度，砼表面覆盖麻袋与土工布，再盖一层塑料布与三色布保温保湿，表面保持12cm的水，防止承台失水，冬季施工时合理安排工期，在0度与入模温度低于5度时停止施工，选择在气温较高的天气时施工，保温保湿措施同上。养生水采用淡水，养护期不少于15天5 结论与展望混凝土在使用期间,会受环境中的侵蚀性介质的侵入,产生物理和化学反应,导致混凝土性能劣化。混凝土的耐久性实质上是抵抗这种劣化作用的能力。随着科学技术的发展和人类文明的进步,人类生产活动涉及的范围越来越广,各种在严酷环境下使用的混凝土工程,如跨海大桥、海洋工程、核反应堆、电