耐久性混凝土知识.doc

耐久性混凝土知识

一、混凝土结构耐久性定义
1、定义
根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB10005-2010）第2.0.1款定义：在预定的作用和预期的使用与维护条件下，混凝土结构及构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。
2、高性能混凝土与耐久性混凝土的区别
根据《高性能混凝土应用技术规程》（CECS207-2006）对高性能混凝土定义为：采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求各项力学性能，具有高耐久性（高抗渗性）、高工作性（高流动性、高粘聚性、自密实性）和高体积稳定性（低干缩、低徐变、低温度变形和高弹性模量）的混凝土。
二、铁路行业对耐久性混凝土试块标准养护龄期的规定
1、《铁路混凝土与砌体工程施工规范》（TB10210-2001）2001年9月1日施行，2010年12月8日作废。适用于铁路混凝土（含混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土）与砌体（含石砌体和混凝土预制块砌体）工程的施工。第5.1.2款规定：“混凝土强度的检验评定应符合铁道部现行《铁路混凝土强度检验评定标准》（TB10425-1994）的有关规定”，《铁路混凝土强度检验评定标准》（TB10425-1994）1994年4月1日施行。第2.0.2款规定：“混凝土立方体试件抗压强度标准值系指按标准方法制作和养护的边长为150mm的立方体标准试件，在28天龄期，用标准试验方法测得的抗压强度总体分布中的一个值”。
2、《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》（TB10424-2003）2004年1月1日施行，2010年12月8日作废。适用于新建、改建标准轨距铁路混凝土与砌体工程施工质量的验收。第6.1.2款规定：“混凝土强度应按铁道部现行《铁路混凝土强度检验评定标准》（TB10425-1994）的规定检验评定”。
3、《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）2005年6月14日实施，适用于铁路网中客货列车共线运行、旅客列车设计行车速度等于或小于160km/h、货物列车设计行车速度等于或小于120km/h（转8A货车80km/h）的Ⅰ、Ⅱ级标准轨距铁路桥涵跨度小于或等于20m的钢筋混凝土结构和跨度小于或等于96m的预应力混凝土结构的设计。第1.0.7款规定：“铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构按100年设计使用年限进行设计”。
4、《铁路混凝土工程施工质量验收补充规定》（铁建设[2005]160号）2005年9月1日实施，2010年12月8日作废。适用于客运专线铁路混凝土工程施工质量的验收，客货共线铁路有耐久性设计要求的混凝土工程也应参照执行。第6.4.11款规定：“预应力混凝土、喷射混凝土、蒸汽养护混凝土的抗压强度标准条件养护试件的试验龄期为28天，其他混凝土抗压强度标准条件养护试件的试验龄期为56天”。
5、《铁路混凝土工程施工技术指南》（TZ210-2005）2005年9月22日实施，2010年12月8日作废。适用于客运专线铁路混凝土工程的施工，客货共线铁路有耐久性设计要求的混凝土工程也可参照执行。7.12.4款规定：“预应力混凝土、蒸养混凝土、喷射混凝土试件的试验龄期为28天，其它混凝土试件的试验龄期为56天”。
6、《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424-2010）2010年12月8日实施，第1.0.2款规定：“本标准适用于铁路混凝土与砌体工程施工质量的验收”。第6.4.11款规定：“预应力混凝土、喷射混凝土、蒸汽养护混凝土的力学性能标准条件养护试件的试验龄期为28天，其它混凝土力学性能标准条件养护试件的试验龄期为56天”。
7、《铁路混凝土工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）2010年12月8日实施，第1.0.2款规定：“本指南适用于铁路混凝土与砌体工程施工”。条文解释第6.5.1~6.5.2款中规定：“宜按56天龄期作为混凝土标准强度的验收龄期”。
三、铁路混凝土结构设计使用年限规定
铁路混凝土结构设计使用年限规定表
设计使用年限级别
设计使用年限
适用范围示例
一
100年
桥梁、涵洞、隧道等主体结构，路基支挡及承载结构，无砟轨道道床板、底座板。
二
60年
路基防护结构，200km/h及以上铁路路基排水结构，接触网支柱等。
三

30年
其他铁路路基排水结构，电缆沟槽、防护砌块、栏杆等可更换小型砌块。
四、普通混凝土损伤的状况

五、耐久性混凝土设计原则：
1、铁路混凝土结构处于多种环境共同作用情况下，应对结构所处的不同环境作用分别进行确定，所采取的耐久性技术措施应同时满足每种环境作用的要求。
环境类别表
环境类别
腐蚀机理
碳化环境
保护层混凝土碳化导致钢筋锈蚀
氯盐环境
氯盐渗入混凝土内部导致钢筋锈蚀
化学侵蚀环境
硫酸盐等化学物质与水泥水化产物发生化学反应导致混凝土损伤
盐类结晶破坏环境
硫酸盐等化学物质在混凝土孔中结晶膨胀导致混凝土损伤
冻融破坏环境
反复冻融作用导致混凝土损伤
磨蚀环境
风沙、河水、泥沙或流冰在混凝土表面高速流动导致混凝土表面损伤
2、作用等级
碳化环境作用等级分为T1、T2、T3；氯盐环境作用等级分为L1、L2、L3；化学侵蚀环境作用等级分为H1、H2、H3、H4；盐类结晶破坏环境作用等级分为Y1、Y2、Y3、Y4；冻融破坏环境作用等级分为D1、D2、D3、D4；磨蚀环境作用等级分为M1、M2、M3。
3、原材料选用
原材料包括钢筋、钢绞线、水泥、粉煤灰、磨细矿渣粉、细骨料、粗骨料、复合外加剂（减水、引气、缓凝）、拌合与养护用水。
⑴钢筋、钢绞线应符合国家现行相关标准。
⑵选用低水化热、低C3A（化学式：3CaO•Al2O3）含量、低氯离子(Cl-)含量、低碱含量的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。不宜使用早强水泥。
⑶选用低氯离子含量、低碱含量的粉煤灰、磨细矿渣粉。
⑷细骨料应选用硬质、洁净、级配合理、低氯离子含量、低碱活性反应的天然中粗砂（或经试验确认符合质量要求的机制中粗砂），选用的细骨料应在试生产前进行碱活性试验。
⑸粗骨料应选用坚硬耐久、洁净、级配合理、低氯离子含量、低碱活性反应的碎石，无抗拉和抗疲劳要求的C40以下混凝土也可采用卵石。选用的粗骨料应在试生产前进行碱活性试验。
⑹选用性能稳定、低氯离子含量、低碱含量的高性能混凝土外加剂（减水、引气、缓凝），并与水泥等胶凝材料之间具有较好的相容性，能保证混凝土拌和物有良好的工作性。
⑺拌合与养护用水可采用饮用水，如为其他水时要符合相关标准，不得采用海水。
4、配合比：
⑴不同环境下，桥梁灌注桩、隧道衬砌及其他混凝土的最低抗压强度等级选定。
⑵不同强度等级混凝土的胶凝材料最大用量限值。
⑶不同环境下，混凝土中矿物掺合料掺量范围。
⑷不同环境下，混凝土中混凝土中含气量最低限值。
⑸不同环境和使用年限下，混凝土配合比参数（最大水胶比、最小胶凝材料用量）限值（使用粉煤灰、磨细矿渣粉等活性矿物材料作为掺合料，并保证一定的掺量，大幅度提高混凝土的内部结构致密性，降低混凝土渗透性，增加耐久性能）。
⑹不同环境下，混凝土的氯离子含量最大限值。
⑺不同环境下，混凝土的碱含量最大限值。
⑻不同强度等级和使用年限的最大电通量限值。
五、施工
⑴混凝土在搅拌机中加水连续搅拌的最短时间应比普通混凝土的搅拌时间延长，一般宜不少于120秒。
⑵混凝土养护在常温下，至少保湿养护14d，气温较高时可适当缩短湿养护时间，气温较低时，应适当延长湿养护时间。
⑶养护用水要进行检验。
⑷控制混凝土体表温差。
①混凝土浇筑期间，混凝土的入模温度不宜高于30℃。冬期施工时，混凝土的入模温度不宜低于5℃，且应对混凝土采取适当的保温养护措施。
②混凝土浇筑期间，混凝土与钢模、邻接的已硬化混凝土或岩土介质间的温度差不得大于15℃。
③混凝土养护期间，混凝土的芯部温度与表面温度、表面温度与环境温度之差均不应大于20℃（梁体混凝土不得大于15℃）。混凝土表面温度与养护水温度之差不得大于15℃。混凝土芯部的温度不宜超过60℃，最大不得超过65℃。
六、混凝土耐久性评价

混凝土耐久性评价项目表
环境类别
混凝土耐久性评价项目
碳化环境
最低强度等级、氯离子含量、碱含量、电通量、抗裂性、护筋性、抗碱•骨料反应性
氯盐环境
最低强度等级、氯离子含量、碱含量、电通量、氯离子扩散系数、抗裂性、护筋性、抗碱•骨料反应性
化学侵蚀环境
最低强度等级、氯离子含量、碱含量、电通量、胶凝材料抗蚀系数、抗裂性、护筋性、抗碱•骨料反应性
盐类结晶破坏环境
最低强度等级、氯离子含量、碱含量、电通量、抗盐类结晶干湿循环系数、含气量、气泡间距系数、抗裂性、护筋性、抗碱•骨料反应性
冻融破坏环境
最低强度等级、氯离子含量、碱含量、电通量、抗冻等级、气泡间距系数、抗裂性、护筋性、抗碱•骨料反应性
磨蚀环境
最低强度等级、氯离子含量、碱含量、电通量、耐磨性、抗裂性、护筋性、抗碱•骨料反应性
七、混凝土保护层厚度
增加钢筋的混凝土保护层厚度。钢筋（主筋、箍筋和分布筋）的混凝土保护层厚度一般不应小于保护层设计最小厚度与保护层厚度施工负允差之和。保护层厚度也不能不受限制的任意增加。当保护层厚度过厚时，由于混凝土材料本身的脆性和收缩就会导致混凝土保护层出现裂缝反而削弱其对钢筋的保护作用，而且对于大型混凝土构件来说，外围保护层厚度的增加也意味着构件自重的急剧增长。因此必须根据工程的实际需要设置合理的保护层厚度。扎丝头不能露出混凝土。
八、根据不同环境作用等级，控制设计计算裂缝宽度限值。
九、采取必要的结构构造措施和防、排水措施：
⑴将暴露于大气和与水、土介质接触的混凝土结构物外形设计成简洁、平顺、流畅，暴露表面积小，棱角较少或做成圆角，并尽量避免采用突变构造。
⑵混凝土结构物表面形状有利于排水和通风，将水平表面做成斜面，避免水汽在混凝土表面聚积。当混凝土表面不得不承受聚积水作用时，应在承水面设置可靠的防、排水措施。设置专门的排水管道排除结构表面积水，不得将水直接排在混凝土表面上。
⑶尽量将结构的施工缝和连接缝位置避开可能遭受最不利环境作用的部位。
⑷混凝土外涂层的主要作用在于其通过某种材料在混凝土外表面形成一层可以阻止水和其它水溶性腐蚀介质进入混凝土，从而延长混凝土的使用寿命或者推迟腐蚀介质向混凝土渗透的时间。也可在一定程度上对混凝土外表面因施工原因产生的一些微缺陷起到修复和保护作用。
⑸暴露于混凝土结构以外的连接件、紧固件或其他构件等与混凝土结构之间应设置可靠的连接方式，外露金属件表面应采取可靠的防腐蚀措施。
⑹钢筋的混凝土保护层垫块的强度、密实度和耐久性不应低于结构本体混凝土的相应要求。数量不少于4块/m2，梅花形布置。
⑺设置用于检测、维修和构件替换的方便通道，并在结构表面预留用于临时安装检测、维修机具的必要空间或预留埋设件。
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