混凝土结构耐久性浅谈.doc

1、混凝土结构耐久性浅谈内容摘要 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。影响混凝土结构耐久性的因素有很多，本文通过从混凝土的渗透破坏、冻融破坏、侵蚀性介质的腐蚀、碱骨料反应、碳化和钢筋锈蚀六个方面论述了混凝土发生耐久性失效的原因及影响因素，对混凝土耐久性问题进行了研究。最终提出从混凝土材料的选择、结构设计和质量的生产控制三方面进行提高混土耐久性的处理措施。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，随着混凝土结构应用领域越来越广泛，大量的混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，达不

2、到预定的服役年限，混凝土耐久性发生失效现象日趋严重。关键词：混凝土：混泥土耐久性；因素；措施目 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

3、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123.3.1 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15 4.1 工程概况15 4.2 影响混凝土工程耐久性的因素及其破坏作用15 4.2.1 影

4、响因素16 4.2.2 破换作用17 4.3 改善混凝土结构耐久性需要采取的根本措施和补充措施17 4.3.1 根本措施17 4.3.2 补充措施18 4.4 取得的效果195 结论与展望20参考文献21III引 言混凝土结构以其整体性好、耐久性强、可塑性强、维修费用少等优点广泛使用于整个20世纪，一些发达国家的混凝土使用了三四十年后，纷纷进入老化期。人们始料未及的是混凝土材料在不利的环境、运用条件下，出现了一系列影响结构耐久性的物理、化学现象，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、混凝土集料的化学腐蚀等等，以及钢筋与混凝土之间粘结锚固作用的消弱等方面。从短期效果

5、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，影响结构使用的寿。因而混凝土结构的耐久性问题已成为结构工程师们不容忽视的一个重要问题。 混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境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。混凝土耐久性主要指：抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、碳化。我国的结构设计规范长期没有设计使用年限的要求，在近几年修订颁布的建筑结构设计规范中才明确规定建筑结构的设计年限分为四类，但这对提高混凝土结构的耐久性起不到太大的作用，虽然结构的使用年限可以通过维修延长，但结构中的个别部件不一定能够达到设计使用年限，

6、这在桥梁等结构中尤为明显。例如设计使用30年的拉索往往不到20年就要更换，这无疑会大大缩短结构的使用寿命，应该在设计时加以考虑。 另外，由于我国的国情限制，我国的混凝土结构往往达不到发达国家的设计与施工水平。随着改革开放的进行，我国的结构设计水平已经逐渐与国际接轨，但不可否认的是，我国的科技水平仍然无法与发达国家相比，在设计中也就难免有这样那样的问题。我国是劳动素质普遍低下，建筑施工大多还是粗放型的建造方式，施工质量难以保证。同时，我国的建筑材料与国外也有不小的差距，例如我国的水泥质量一般要比欧洲差，随着龄期的发展其后期性能提高可能相对较少，因此在龄期系数的取值上宜偏低取用。而这些也就使我国的

7、混凝土结构耐久性降低于国外水平。下面从影响混凝土结构耐久性的主要因素和提高耐久性的技术措施两个方面来探讨混凝土的耐久性问题。1 绪论1.1 混凝土耐久性问题的提出 混凝土结构以其整体性好、耐久性、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是在60至70年代。一些发达国家的混凝土桥使用了三四十年后，纷纷进入老化期。人们始料未及的是混凝土材料在不利的环境、运用条件下，出现了一系列影响结构耐久性的物理、化学现象，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。因此混凝土

8、结构的耐久性问题已成为结构工程师们不容忽视的一个问题。最近几十年以来，随着混凝土材料的大量使用，构筑物因材质劣化造成失效以至破坏崩塌的事故在国内外也是屡见不鲜。国际上混凝土的大量使用始于20世纪30年代，到五六十年代达到高峰。许多发达国家每年用于建筑维修的费用都超过新建的费用。过去，除了大型水利工程外，我国混凝土工程的耐久性问题长期不受重视，混凝土结构没有达到预期的使用寿命，受环境作用过早破坏的实例很多，由此造成的经济损失也很大。由于许多工程设计只满足荷载要求，而没有提出耐久性的要求，使已建成的混凝土构筑物存在耐久性隐患。我国在50年代兴建的水电站大坝有很多已经成为“病坝”，我国的混凝土工程量

9、在改革开放30多年来突飞猛进，可以预见，耐久性不佳的混凝土工程的劣化问题将会日趋严重。因此，混凝土耐久性问题越来越受到人们的重视。1.2 混凝土耐久性的概念 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。下面从影响混凝土结构耐久性的主要因素和提高耐久性的技术性的技术措施两个方面来探讨混凝土的耐久性问题。2 混凝土结构耐久性问题的分析 如上

10、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

11、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、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

12、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

13、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，使混凝土孔隙率越大，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：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

14、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

15、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

16、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

17、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，

18、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，

19、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

20、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

21、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

22、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 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

23、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，

24、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

25、.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

26、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，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

27、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，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

28、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

29、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

30、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

31、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，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

32、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3.3.1 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，

33、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。

34、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

35、；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

36、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

37、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

38、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4.1工程概况 青岛海湾大桥是青岛市道路交通网络布局中胶州湾东西岸跨海通道的重要组成部分。青岛海湾大桥设计起点位于青岛侧胶州湾高速公路李村河大桥北200m处，北距环太原路立交720m，设李村河互通立交与胶州湾高速公路相接；终点位于黄

39、岛侧胶州湾高速公路东km处，顺接济青南线设计起点；中间设立红岛互通与拟建的红岛连接线相接。路线全长26.707km，其中跨海大桥25.880km。本工程为了提高混凝土耐久性，主要从混凝土耐久性容易失效的影响因素进行分析、再对其采取具体的措施进行整改、从而取得了良好的效果。 4.2 影响混凝土工程耐久性的因素及其破坏作用： 影响混凝土结构使用寿命的荷载可分为两大类，第一类是物理外力，如疲劳荷载、风荷载、海浪和水流冲击、地震力及意外事故撞击等等；第二类主要是化学或物理化学作用力，如：腐蚀、碳化、冻融、碱骨料反应等。物理外力荷载主要由结构设计解决，本方案主要考虑化学或物理化学作用力荷载对耐久性的影响

40、。 一般地，钢筋混凝土的破坏因素主要有：钢筋锈蚀作用、碳化作用、冻融循环作用、碱一集料反应、溶蚀作用、盐类侵蚀作用、冲击磨损等机械破坏作用。 对照环境负荷和腐蚀特点，青岛海湾大桥桥梁工程的环境条件属于典型的北方海洋性环境，其耐久性的主要影响因素是：首先，其处于北方地区，每年均有23个月左右的冰期，存在冻融循环引起混凝土破坏的可能；其次，从化学侵蚀和腐蚀方面，主要存在SO “侵蚀的混凝土腐蚀作用和C1 引起的钢筋锈蚀作用。4.2.1 影响因素 对于混凝土的耐久性问题，通常并不是冻融、化学腐蚀和碳化性能等单一破坏因素作用下的耐久性。在实际工程中，结构混凝土的耐久性问题是一种在荷载的作用下碳化、CI

41、 侵蚀、硫酸盐腐蚀或冻融等多种破坏因素交互作用的复杂问题。青岛海湾大桥桥梁工程混凝土结构面临的主要耐久性因素可能是冻融循环与CI 、SO 侵蚀的复合作用，其影响程度对比如下： （1）硫酸盐侵蚀发挥作用后，和冻融循环破坏作用相互影响：冻融循环破坏作用下的混凝土的抗渗透性能逐渐下降，使硫酸盐溶液更容易渗透到混凝土内部，增加内部混凝土的硫酸盐浓度，使硫酸盐侵蚀速度加快；硫酸盐侵蚀作用使得混凝土产生膨胀而引起裂缝，混凝土强度下降，裂缝吸水以后会使该处的冻融破坏加剧，强度下降造成混凝土抵抗破坏能力的下降；冻融循环过程中的低温使硫酸盐侵蚀的化学反应速度变慢。但是硫酸盐对混凝土的侵蚀作用，需要较长的时间才能

42、发挥出来，一旦这种侵蚀作用得到发挥，在冻融循环的共同作用下，混凝土会迅速破坏。然而，有研究表明，与冻融损伤相比，硫酸盐侵蚀作用比较缓慢，在水灰比较低的混凝土或高性能混凝土遭到冻融破坏时，硫酸盐侵蚀作用还没发挥出来；并且与混凝土内部组分产生的膨胀产物的化学反应与Na 和K 等的碱骨料反应等作用一样，可以通过控制混凝土内部组分来避免。因此硫酸盐侵蚀相对于冻融损伤而言，作用程度较轻且缓慢，只要通过必要的混凝土选材、配制手段，可以抑制或延缓工程中硫酸盐的腐蚀问题。 （2）氯盐溶液可以加快混凝土在冻融循环过程中的动弹性模量和质量损失的速度，但不改变混凝土的冻融循环破坏机理和破坏形态。而冻融循环作用引起的

43、混凝土表面剥落、裂缝，减少了混凝土保护层的有效厚度，并且加速了CI 向钢筋表面聚集的速度。由于CI 本身并不与混凝土中的组分发生过多的化学反应，而混凝土更为致密的结构也几乎是只能延缓而不可能完全阻止其向钢筋表面的集聚，由此CI 引起的钢筋锈蚀作用影响结构的整个寿命，是不可避免的。CI 侵蚀作用和冻融循环作用的叠加效应是自始至终存在的，并且两者的叠加作用有互相加速的作用。4.2.2 破坏作用 冻融循环一一CI 侵蚀的复合作用是影响青岛海湾大桥桥梁工程混凝土结构耐久性的关键。根据工程各部位所处环境不同，其耐久性破坏作用也不同： (1) 大气区 海洋大气的一个主要特征就是大气中CI 含量较高。同时大

44、气区中，混凝土均处于低含水率状态，其冻融循环作用较弱或者基本不存在。 本工程中大气区混凝土构件，可以认为处于海洋性大气环境，其耐久性主要影响因素为氯离子侵蚀。 (2) 水位变动区、浪溅区 水位变动区、浪溅区中混凝土的氯离子表面聚集程度相对较高，由于青岛胶州湾地区有一定时间的冰期，水位变动区、浪溅区混凝土处于高含水率状态，冻融循环作用明显。因此对于水位变动区、浪溅区混凝土结构或构件，其耐久性主要影响因素为冻融循环一CI 侵蚀的复合作用。 (3) 水下区 水下区氯离子侵蚀较为微弱，并且基本处于非冰冻区，因此其环境相对较为良好。耐久性设计时仅对其作一般性考虑。4.3 改善混凝土结构耐久性需要采取根本

45、措施和补充措施。4.3.1 根本措施 根本措施是设定合理必要的保护层厚度，并从材质本身的性能出发，提高混凝土材料本身的耐久性，即采用高性能混凝土；再找出破坏作用因素的主次先后，对主因和次因对症施治，并根据具体情况采取除高性能混凝土以外的补充措施，而两者的有机结合就是综合耐久性措施。对于具体工程而言，耐久性方案的设计必须考虑当地的实际情况，如原材料的可及性，施工应用的可行性，以及经济上的合理性。因此考虑到上述各项技术措施本身的特点及其在我国的具体应用情况，结合青岛海湾大桥的特定情况，提出以下设计方案，其技术路线如图1所示。图1 青岛海湾大桥混凝土耐久性方案设计技术路线图4.3.2 补充措施 (1

46、) 对于箱梁腹板、底板等保护层厚度较小部位，其所处环境为大气区环境，环境条件相对较好，可用水泥基渗透结晶型混凝土外涂层对混凝土表面进行保护。水泥基渗透结晶型混凝土外涂层在混凝土施工完毕后，随之进行。一次施工完毕，养护一定时间后不再进行定期维护。 (2) 对于位于浪溅区、水位变动区等处的海上承台、墩柱、塔柱下部所处环境条件严酷的部位，可采用水泥基渗透结晶型混凝土外涂层对其混凝土表面进行保护。水泥基渗透结晶型混凝土外涂层在混凝土施工完毕后，随之进行。一次施工完毕，养护一定时间后不再进行定期维护。 (3) 对于主通航孔桥主塔、承台、辅助墩等部位的混凝土结构，由于结构重要且不易修复，采用外加电流阴极保护技术。4.4 取得的效果 青岛海湾大桥耐久性方案设计是参考了国内诸如杭州湾大桥、东海大桥等滨海大桥设计的成功经验，根据青岛海湾大桥所处的特殊地理环境而作出的具体方案。目前，青岛海湾大桥栈桥工程已经完成，所采用的混凝土耐久性方案设计已经应用于桥梁并取得了很好的效果，耐久性方案在栈桥上的应用为海湾大桥的主体工程建设提供了宝贵的经验和技术支持。5 结论与展望 混凝土结构的耐久性是一个涉及环境、材料、设计、施工等多种因素的复杂问题，破坏绝非是某一孤立原因造成的，多