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来源：职称驿站所属分类：材料科学论文 发布时间：2012-05-21浏览：34次
摘要：耐久性混凝土在海洋环境桥梁工程中的技术应用尚在探索阶段，通过结合北方冰冻地区近海环境特点，对桥梁结构耐久性设计及耐久性混凝土的试配试验技术进行了探讨。阐述了海洋环境下桥梁混凝土结构耐久性设计方法，在考虑海洋环境作用等级及作用环境分区的基础上，提出了耐久性设计的主要技术指标及要求，并给出了针对性强和有效的耐久性设计方案。在尽可能降低单方混凝土中的水泥用量而提高矿物掺合料用量的基本原则下，提出了国内冰冻海域桥梁建设中首次采用的大掺量普通矿粉的耐久性混凝土配比技术，并通过在青岛滨海公路南段一期工程中铁十九局集团公司第四合同段项目经理部承建的陈家贡特大桥工程对耐久性混凝土各项耐久性指标给出验证。
关键词：北方冰冻地区；桥梁结构；混凝土；耐久性；设计
1工程结构的耐久性设计
1.1混凝土结构的环境作用等级及作用环境分区
对混凝土结构及其配筋（钢筋和预应力筋）产生腐蚀的环境分类及环境作用的等级如表1和表2所示。
表1环境作用的分类
环境类别 作用内容 环境类别 作用内容
Ⅰ 碳化引起钢筋锈蚀 Ⅴ 其它化学物质引起混凝土腐蚀
Ⅱ 反复冻融引起混凝土冻蚀 Ⅴ1 土中和水中的化学腐蚀
Ⅲ 海水氯化物引起钢筋锈蚀 Ⅴ2 大气污染
Ⅳ 除冰盐等其它氯化物引起钢筋锈蚀 Ⅴ3 盐结晶
表2环境作用的等级
作用等级 作用程度 作用等级 作用程度
A 可忽略 D 严重
B 轻度 E 非常严重
C 中度 F 极端严重
结合环境分类及环境作用的等级，确定了陈家贡特大桥项目混凝土构件的环境作用等级，具体如表3所示。
表3混凝土结构的环境作用等级及作用环境分区
区段 构件类型 环境作用等级 作用环境分区
近海环境 桩基 Ⅱ-D/Ⅲ-C 微冻地区混凝土高度饱水冻融/水下区
承台 Ⅱ-D/Ⅲ-E 微冻地区混凝土高度饱水冻融/水位变动区及浪溅区
墩柱、盖梁 Ⅲ-E 浪溅区及重度盐雾区
T梁 Ⅲ-D/Ⅳ-D 重度盐雾区/除冰盐溅射
护栏 Ⅲ-D/Ⅳ-D 重度盐雾区/除冰盐溅射
由于处于作用等级从中等程度（C级）至非常严重程度（E级）的氯盐腐蚀环境和北方微冻的近海或海洋环境，根据青岛滨海公路南段一期工程陈家贡特大桥的结构型式、服役环境和设计使用年限，提出科学、合理的耐久性设计方案是保证结构耐久性的关键一步。
1.2主要的技术指标及要求
桥梁的设计基准期（设计使用年限）为100年。主要耐久性技术设计为，以配制高性能水泥混凝土为基本措施，辅以引气剂、阻绣剂、防腐涂层等附加技术措施。它们的具体技术指标如表4。
表4混凝土结构的主要技术指标
结构类型 环境作用等级 强度
等级 最小保护层厚度mm 最大水胶比 最小胶凝材料用量
Kg/m3 扩散系数
10-12m2/s
(90d) 电通量
C 抗冻性
桩基 Ⅱ-D/Ⅲ-C C35 75 0.40 350 ≤2.5 2000
承台 Ⅱ-D/Ⅲ-E C40 70 0.35 390 ≤1.5 1000 F500
墩柱 Ⅲ-E C40 50/60 0.35 390 ≤1.5 1000 F500
盖梁 Ⅲ-E C50 30 0.35 390 ≤1.5 1000
T梁 Ⅲ-D/Ⅳ-D C50 60(钢绞线)
25(防裂筋) 0.35 390 ≤1.5 1000
护栏 Ⅲ-D/Ⅳ-D C40 30 0.35 390 ≤1.5 1000
1.2耐久性设计方案
基于对混凝土结构耐久性基本问题的研究，形成了陈家贡特大桥混凝土结构成套耐久性设计方案并付诸实施。
（1）混凝土材料选用
混凝土结构的耐久性设计对混凝土原材料的选用与混凝土水胶比等主要的配比参数提出具体要求，使混凝土有良好的抗侵入性、体积稳定性和抗裂性。对于原材料，一般应遵循以下原则：1）选用低水化热和含碱量偏低的水泥，尽可能避免使用早强水泥和高C3A含量的水泥；2）选用坚固耐久、级配合格、粒形良好的洁净骨料；3）使用优质粉煤灰、矿渣等矿物掺和料或复合矿物掺和料；除特殊情况外，矿物掺和料应作为耐久混凝土的必需组分；4）使用优质的引气剂，将适量引气作为配置耐久性混凝土的常规手段；5）尽量降低拌和水用量，为此应外加高效减水剂或有高效减水功能的复合外加剂；6）限制单方混凝土中胶凝材料的最高用量，为此应特别重视混凝土骨料的级配以及粗骨料的粒形要求；7）尽可能减少混凝土胶凝材料中的硅酸盐水泥用量。
（2）钻孔灌注桩
对于钻孔灌注桩主要采用的耐久性设计方案为：1）水位变化区和水下区保留施工用的钢护筒；2）增加钢筋保护层厚度至75mm；3）采用耐久混凝土。
（3）承台
对于钻承台主要采用的耐久性设计方案为：1）采用耐久混凝土；2）钢筋保护层厚度增加至70mm；3）涂层防腐；4）阻锈剂；4）施工时采用渗透性摸板布。
（4）桥墩
对于钻桥墩主要采用的耐久性设计方案为：1）采用耐久混凝土；2）钢筋保护层厚度增加至60mm；3）桥墩外表面增加涂层防腐；4）浪溅区墩身钢筋采用环氧涂层钢筋；5）施工时采用渗透性摸板布；6）阻锈剂。
（5）混凝土T梁
对于混凝土T梁主要采用的耐久性设计方案为：1）采用耐久混凝土；2）钢筋保护层厚度增加至60mm；3）浆体掺阻锈剂；4）减水剂。
2耐久性混凝土的试配试验研究
2.1耐久性混凝土设计路线
在本工程耐久性混凝土中最关注的是怎样提高桥梁结构混凝土在北方冰冻海域的耐久性能问题。参照国内外跨海大桥，提高混凝土的耐久性能有以下几方面：
（1）在胶凝材料中，适当降低水泥用量，增加活性矿物掺和料用量。其目的是：改善混凝土中细微颗粒的级配，提高浆体和界面的密实性；改善混凝土拌和物施工性能；降低混凝土内部由于水泥水化放热而产生的温升，防止混凝土开裂；改善混凝土胶凝材料的组分，提高抵抗环境中化学介质腐蚀的能力；调整混凝土强度的发展。
（2）采用不同以往普通混凝土配比的水胶比，尽可能降低混凝土单方用水量，以减少混凝土的毛细孔通道，提高混凝土的密实性、高尺寸稳定性和良好工作性。
（3）使用高效减水剂，在减少单方用水量的同时提高新拌混凝土的黏聚性、工作性和施工可行性。
2.2试验原材料
青岛滨海公路南段混凝土所采用的各种原材料均为业主招标采购,各强度等级混凝土所用原材料均相同,其品种、规格和来源如下:
水泥：使用日照山水水泥厂、淄博山铝水泥厂、日照港源水泥厂进行过对比试验，最终确定采用日照山水水泥厂的P.Ⅱ52.5水泥作为试验用水泥。
砂：使用胶南大场白马河的河砂作为试验用砂。经碱集料反应活性试验，无潜在碱活性。砂的粒径为Ⅱ区中砂。
碎石：使用五莲鑫泰的碎石作为试验用粗集料。经碱集料反应活性试验，无潜在碱活性。碎石粒径为5～25mm，连续级配。
磨细高炉矿渣粉：使用青岛中矿宏远或日照亿利的复合矿渣粉（掺加15%粉煤灰的磨细高炉矿渣粉），性能均符合《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736-2002）Ⅲ等品的标准要求。
高效减水剂：使用青岛虹厦的聚羧酸型高效减水剂。经试验，其匀质性、物理性能及水泥适应性均符合《混凝土外加剂》（GB8076-1997）一等品的品质标准以及《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）的标准要求，掺量1.0～1.2%时，减水率大于25%。
引气剂：使用松香热聚物引气剂，其性能指标符合《混凝土外加剂》（GB8076-1997）一等品的品质标准。
阻锈剂：使用青岛虹厦的钢筋阻锈剂，其性能指标符合《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ275-2000）第7.4.2的规定。
拌合用水：使用青岛市自来水，各项指标符合耐久性混凝土拌合用水要求。
2.3混凝土的配合比与性能
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方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（或其它合规掺合料）含量不大于15%的复合矿渣粉时，单方混凝土中的掺合料与水泥的质量配比宜在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。
基本设计路线如下：根据规范及经验确定基准配合比→根据正交设计配制混凝土试件→结合耐久性混凝土设计指标要求选择最佳配合比→重复性验证试验→施工应用和信息反馈→耐久性混凝土配合比优化。
经综合项目试验研究成果，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5、表6所示：
表5桥梁不同部位的配合比推荐方案
构件
类型 水泥
用量
Kg/m3 矿渣粉
用量
Kg/m3 胶凝
材料
用量
Kg/m3 砂率 最大水胶比
水泥
品种 外加剂**
减水剂 阻锈剂 引气剂
桩基 120～130 280 400～410 0.41
～0.43 0.40 P.O42.5* √
承台 130～160 280 410～440 同上 0.35 P.Ⅱ52.5 √ √
墩柱 130～160 280 410～440 同上 0.35 P.Ⅱ52.5 √ √
盖梁 120～130 260～280 390～410 同上 0.40 P.O42.5* √
台帽 120～130 260～280 390～410 同上 0.40 P.O42.5* √
T梁 130～160 280 410～440 同上 0.35 P.Ⅱ52.5 √ √
表注：*当考虑采用P.O42.5水泥品种时，应对水泥厂实地考证该水泥中的混合材品种及其真实掺量，并对表内列出的水泥和矿渣粉用量进行调整、经试验验证能够满足下述质量控制指标，方可采用。否则，仍应采用P.Ⅱ52.5水泥品种。本研究不推荐采用R型水泥（早强水泥，例如52.5R或42.5R）。
**水泥和外加剂的原料采购质量控制标准，应依据国家现行标准、审查供货单位报送的产品技术说明/质检证明，编制相应的质量控制指标与程序。√表示在该配合比中需要使用的外加剂。
表6桥梁主要部位混凝土的质量控制推荐指标
工程部位 每立方混凝土的材料用量（kg） 水胶比
水泥 矿粉 砂 碎石
≤25mm 水 减水剂 阻锈剂 引气剂
桩基 126 294 787 962 164 5.04 0.39
承台、墩柱 158 292 734 973 153 5.4 0.632 0.34
盖梁、台帽 158 292 778 1031 155 5.4 0.344
T梁 161 285 785 1040 147 5.52 12 0.32
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28d强度（可用3d/7d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，基本可达到耐久混凝土的质量控制目标。
2.4耐久性混凝土耐久性质量统计
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性质量统计如表7所示。
表7工程的耐久性质量统计
桥梁名称 部位 氯离子扩散系数（或电通量）分布范围 抗冻性试验结果的分布范围
重量损失率
（%）
相对动弹模量
（%）
陈家贡特大桥 桩基 1.10～1.29-12
墩柱 1.34～1.48-12 0.49～0.76
82.7%～97.7%
梁 1.18～1.38-12
由表可知，陈家贡特大桥工程耐久性混凝土其28天龄期氯离子扩散系数的质检结果可以满足规范＜4x10-12(m2/s)的限值及项目技术指标的要求，抗冻性试验结果的分布范围符合规范要求。
3结论
3.1项目所处的海域不仅海水含盐度高，且还存在较为严重的自然冻融循环。根据腐蚀环境的分区以及腐蚀等级的划分，对不同构造物给出了耐久性技术指标，并进行了耐久性方案设计及耐久性混凝土配合比设计和严密施工控制，在陈家贡特大桥项目耐久性混凝土施工中的应用取得了令人满意的效果。
3.2形成的陈家贡特大桥混凝土结构成套耐久性设计方案并付诸实施，取得了良好的效果。
3.3经陈家贡特大桥工程的全面应用,在国内冰冻海域桥梁建设中首次成功采用复合矿粉(矿渣占85%)配制的大掺量掺合料混凝土技术,有效降低了氯离子扩散系数,其28天龄期氯离子扩散系数的质检结果可以满足＜4x10-12(m2/s)的限值要求，为我国工程建设的相关设计与施工提供了经验。
3.4在尽可能降低单方混凝土中的水泥用量而提高矿物掺合料用量的基本原则下，该配比下的耐久性混凝土节省了大量能耗高的水泥原材料，工程结构的预期使用寿命更高，符合国家倡导的节能环保、可持续性发展战略。
参考文献
[1]GB50476-2008，《混凝土结构耐久性设计规范》[S].
[2]JTG/TB07-01-2006，《公路工程混凝土结构防腐技术规范》[S].
[3]JGJ/T193-2009，《混凝土结构耐久性评定标准》[S].
[4].中国土木工程学会.CCES01-2004混凝土结构耐久性设计与施工指南[S].修订版.北京：中国建筑工业出版社，2005.
[5]青岛滨海公路南段一期工程结构混凝土耐久性施工指南与验收规程[S].青岛：青岛市公路管理局，2008.
[6]青岛海湾大桥海工高性能混凝土设计与施工技术规范[S].青岛：山东高速集团青岛高速公路有限公司，2007.
[7]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范(JTGD62-2004)[S].北京：人民交通出版社,2004.
[8]混凝土耐久性研究与工程应用手册，混凝土研究协会编，中国科技文化出版社，HD-1164，2005年9月
《混凝土耐久性研究》
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文章名称： 混凝土耐久性研究
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