第五章-混凝土桥梁结构的耐久性设计.pptx

长期以来，人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑材料这一认识的影响，忽视了钢筋混凝土结构耐久性问题，付出巨大代价.田庄台大桥田庄台大桥田庄台大桥杂木大桥国内外大量调查分析发现，引起混凝土结构耐久性失效的原因存在于结构设计、施工及维修的各个环节。公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD622004）混凝土结构耐久性设计与施工指南（CCES01-2004）混凝土结构应根据不同设计年限及相应的极限状态和不同的环境类别及其作用等级进行耐久性设计的概念，明确提出了环境作用下混凝土结构的耐久性设计与施工的基本原则与要求，是结构设计理念上的重大突破第一节第一节 混凝土结构损伤与耐久性混凝土结构损伤与耐久性耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何其他破坏过程的抵抗能力。耐久性问题表现为：混凝土损伤（裂缝、破碎、酥裂、磨损、溶蚀等）；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削弱等三个方面。影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂，主要取决于以下四个方面：1）混凝土材料的自身特性；2）混凝土结构的设计与施工质量；3）混凝土结构所处的环境条件；4）混凝土结构的使用条件和防护措施。上述影响混凝土结构耐久性的因素分为二类：内因和外因。环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏主要有：1）混凝土的碳化2）氯离子的侵蚀3）碱骨料反应指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂4）冻融循环破坏5）钢筋腐蚀得注意的是，几乎所有侵蚀混凝土和钢筋的作用都需要有水作介质。另一方面，几乎所有的侵蚀作用对混凝土结构的破坏都与侵蚀作用引起的混凝土膨胀，并与最终的混凝土开裂有关。而且当混凝土结构开裂后，腐蚀速度将大大加快，混凝土结构的耐久性将进一步恶化。第二节第二节提高混凝土桥梁结构耐久性的提高混凝土桥梁结构耐久性的技术措施技术措施混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及养护管理密切相关。一般从以下三个方面解决混凝土桥梁结构的耐久性问题：1）采用高耐久性混凝土，增强混凝土的密实度，提高混凝土自身抗破损能力；2）加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的环境作用条件；3）进桥梁结构设计，其中包括加大混凝土保护层厚度；加强构造钢筋，防止和控制裂缝发展；采用具有防腐保护的钢筋（例如体外预应力筋、无粘结预应力筋、环氧涂层钢筋等）。1、结构混凝土耐久性的基本要求混凝土的耐久性主要取决于混凝土的材料组成，其中水灰比、水泥用量、强度等级等均对耐久性有较大影响。混凝土桥规结构混凝土耐久性的基本要求环境类别环境条件最大水灰比最小水泥用量（kg/m3）最低混凝土强度等级最大氯离子含量（）最大碱含量（kg/m3）温暖或寒冷地区的大气环境、与无侵蚀性的水或土接触的环境0.55275C250.303.0严寒地区的大气环境、使用除冰盐环境、滨海环境0.50300C300.153.0海水环境0.45300C350.103.0受侵蚀性物资影响的环境0.40325C350.103.0耐久性设计与施工指南按结构设计使用年限级别及环境作用等级，对配筋混凝土的最低强度等级、最大水胶比和单方混凝土胶凝材料的最低用量作出了限值规定（见表1-5-3）。2、加大钢筋的混凝土保护层厚度一般情况而言，只有保护层混凝土碳化，钢筋表层钝化膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，加大钢筋的混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土结构耐久性的最重要措施之一。混凝土桥规作为强制性条文给出的钢筋最小混凝土保护层厚度列于表序号构件类型环境条件、123456基础、桩基承台（1）基坑底面有垫层或侧面有模板（受力主筋）（2）基坑底面无垫层或侧面无模板（受力主筋）墩台身、档土结构、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建筑（受力主筋）人行道构件、栏杆（受力主筋）箍筋缘石、中央分隔带、护栏等行车道构件收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋4060302020301550754025254020608545303045253、加强构造配筋，防止和控制混凝土裂缝混凝土结构的任何损伤与破坏，一般都是首先在混凝土中出现裂缝，裂缝是反映混凝土结构病害的晴雨表。反过来，裂缝的存在会增加混凝土的渗透性，提供了使侵蚀破坏作用逐步升级、混凝土耐久性不断下降的渠道。当混凝土开裂后，侵蚀速度将大大加快，形成导致混凝土结构耐久性进一步退化的恶性循环。因此，防止和控制混凝土的裂缝，对提高混凝土结构的耐久性是十分重要的。混凝土桥规突出强调了水平防缩钢筋和箍筋在控制裂缝中的作用，提高了水平防收缩钢筋的配筋率和箍筋间距的限制。4、提高后张法预应力钢筋管道压浆质量的措施预应力钢筋管道压浆用水泥浆的抗压强度不应低于30MPa，其水灰比宜为0.40.5。为减少收缩，可通过试验掺人适量膨胀剂。5、加强桥面排水和桥面铺装层的防水设计第三节第三节 混凝土结构耐久性设计混凝土结构耐久性设计的内容的内容1、结构使用环境类别和设计使用年限的确定混凝土桥规根据公路桥梁的使用情况，将桥梁结构使用环境条件划分为四类：类环境指温暖或寒冷地区的大气环境，与无侵蚀性的水或土接触的环境。类环境指严寒地区的大气环境，使用除冰盐环境，滨海环境。类环境指海水环境。类环境指受侵蚀性物质影响的环境。环境作用按其对配筋混凝土结构的侵蚀程度可分为6级级别作用程度级别作用程度A可忽略D严重B轻度E非常严重C中度F极端严重进行混凝土结构耐久性设计涉及到结构的设计使用年限的概念。结构的设计使用年限，通常应是使用过程中仅需一般维护，而不需进行大修的年限。处于露天环境下的桥梁结构，在结构的设计使用年限内，通常需要对桥面铺装、支座、伸缩缝等个别构件进行定期大修或更换。桥梁结构的设计使用年限，可参照下列规定采用：1）大型公路桥梁、高速公路及一级公路上的桥涵，城市干线上大型桥梁、大型立交桥100年；2）二级及二级以下公路上及一般城市道路上的桥涵50年；3）可替换的易损混凝土构件30年。2、混凝土结构耐久性设计的内容（1）耐久混凝土材料选择及配合比设计及主要参数的确定（2）与结构耐久性有关的构造与裂缝控制措施。（3）为结构使用过程中的检测、维修或部件更换，设置必要的通道和空间。（4）与结构耐久性有关的施工质量要求，特别是混凝土的养护方法（包括温度和湿度控制与养护期限）以及保护层厚度的质量控制与质量保证措施；在设计施工图上应标明钢筋的混凝土保护层厚度的施工负允差及混凝土施工养护要求。（5）结构使用阶段的定期维修与检测要求。（6）当环境作用非常严重或极端严重（E、F级）时，应考虑是否需要采取防腐蚀附加措施，如局部选用环氧涂层钢筋，直至采用阴极保护等；此外，还可考虑在混凝土浇筑成型中采用特殊的织物衬里透水膜板，以有效提高表层混凝土的密实性。采用防腐蚀附加措施，尤其是防腐新材料和新工艺的使用，需通过专门的论证。（7）对于可能遭受氯盐引起钢筋锈蚀的重要混凝土工程，宜根据具体环境条件和适当的材料劣化模型，进行结构使用年限的验算。