道 钢筋混凝土桥梁增加耐久性的研究 就 翥 混凝土结构。根据 目前对桥梁 的初步观 察发现 ，混凝土构筑物在耐久性方面存 在着不同程度的问题 ，严 重影 响混凝土 结构正常 的使用寿命 ，主要表现特征为 某些部位的混凝土开裂 ，钢筋锈蚀 混 凝土钢筋保护层太薄 ，混凝 土抗水 、有 害离子渗透性及抗碳 化性能差等等 。到 目前 为止 ，如何减缓和防止混凝土桥梁 腐蚀 ，以提高混凝土桥梁耐久性能 延 长其使用寿命还没有一套有效 的方法 。 因此 ，本文就保 护材料及工艺 ，保护技 术 方 面 加 以 研究 。 混凝土结构耐久性 问题的重 要 性 从混 凝土应 用于 建筑 工程 至今 的 1 5 0年 问 ，大 量 的钢 筋 混 凝 土 结 构 由 于 各种各样的原因而提前失效 ，达不到预 定 的服 役 年 限 。 这其 中 有 的是 由于 结 构 设计的抗力不足造成 的 ，有 的是 由于使 用荷载的不利变化造成 的 但更多的是 由于结构的耐久性不足导致 的。特别是 沿 海 及 近 海 地 区 的混 凝 土结 构 ，由 于 海 洋环境对混凝土的腐 蚀 尤其是钢筋的 锈蚀而造成结构的早期损坏 。丧失 了结 构 的耐 久 性 能 ，已成 为 实 际工 程 中的 重 要问题。早期损坏的结构需要花费大量 的财力进行维修补强 ，甚 至造成停工停 产的 巨大经济损失。耐久 性失效是导致 混凝土结构在正常使 用状 态下 失效 的最 主要 原 因 。 因 此 钢 筋 混 凝 土 结 构 耐 久 性 问 题 是 一 个 十 分 重 要也 是 迫切 需 要 加 以解 决的问题 通过开展对钢 筋混凝 土结构 耐久性的研究 一方面能对已有的建筑 结构物进行科学 的耐久性评 定和剩余寿 命预测 以选择对其正确的处理 方法 ： 另 一 方 面 可 对 新 建 项 目 进 行 耐 久 性 设 计 揭 示影 响结构寿命的内部与外部 因 素 ，从而提高工程的设计水平和施工质 量 。因此 ，其既有服务于服役结 构的现 实 意 义 ，又 有 指 导 待 建 结 构 进行 耐 久 性 设计 的理论意义 同时 ，对 于丰 富和发 展钢筋 混凝土结构可靠度理论也具有一 定 的理论价值。 混 凝 土 耐 久 性 问 题 的 影 响 因素 碳 化对混 凝 土结构性 能的影 响 所 谓混凝 土 的碳化 是指 空气 中二 氧化碳 与水 泥 石 中的碱 性物质 相互 作 用 使其成分、组织和性能发生变化 使 用机 能 下 降 的 一 种 很 复杂 的物 理 化 学 过程 。碳化使混凝 土的碱性降低 。当碳 化 达到钢筋 表面 ，并 使钢筋表 面的P H 值 降低到1 O 以下 时混凝土将失去对钢 筋 的保护作用 钢筋表面的钝化保护膜 开 始破坏 。当有水和氧存在 时钢筋开始 锈 蚀 因此 混 凝 土 碳 化 是 大气 环 境 中钢 筋锈蚀 的前提条件。钢 筋一旦生锈 ，因 钢 筋生成物与混凝土的粘结 力很低 同 时因为铁锈 的膨胀压力会使 混凝土保护 层 产 生 龟 裂 通 过 这 些 裂缝 又 迅 速 加 快 混凝土碳化和钢筋锈蚀的速 度。钢筋锈 蚀引起钢筋截面减小、力学性能 降低 构件刚度、承载力逐步下降 ，导致钢筋 混凝土结构 的耐久性降低。另外 碳化 作 用会 增加 混 凝 土 的 收 缩 引起 混 凝 土 表面产 生拉应力而 出现微细裂缝 从而 降低混 凝土的抗拉 、抗折强度及抗渗能 文 王欣 欣 力 从 而 影 响混 凝 土 结 构 的 适 用 性和 安 全性。混凝土碳化的影响因素为： 9 混 凝 土 本 身 的 密 实 度 ：混 凝 土 密 实度 越 大 ，碳 化 速度 越 慢 ； 。 二氧化碳 的浓度二氧化碳浓度 越 大碳 化 速 度 越 快 ： 。 环境温度 ：环境温 度越高 ，碳化 速 度 越快 环 境 湿 度 ：环 境相 对湿 度 在 5 0 7 0 时 ，碳 化 速 度 最快 。 氯离子 对混 凝土结构 的侵 蚀 水 泥水 化的 高碱 性使混 凝土 内钢 筋表面产 生一层致密的钝化膜 。以往的 研究 认 为该钝化 膜是 由铁 的氧 化物 构 成 ，最近 研究 表 明 该钝 化膜 中含 有 S I o键 ，对钢筋有很强的保护能力 。然 而 此钝化膜只有在高碱性环境 中才是 稳 定 的 ，当PHI 1 5时 ，钝 化 膜 就 开 始 不稳定 当P H 9 8 8 时 钝化膜生成困 难或已经 生存 的钝化膜逐渐破 坏。CI 一 是极 强 的去 钝 化 剂 CI 进 入 混 凝 土 到 达 钢筋 表面 吸 附于局部钝化膜处 时可 使 该处 的P H值迅速 降低 可使钢 筋表 面P H 值降低到4 以下 破坏 了钢筋表面 的钝化膜 。 混凝 土的冻触 破坏机 理 在 拌制 混凝 土时 为 了得到 必要 的和易性 。加入的拌和水总要 多于水泥 的水化水 这部分 多于的水便 以游离水 的形 式滞 留于混凝土 中形成连 通的毛细 孔 ，并 占有一定 的体积 。这种毛细孔 的 自由水就 是导致混凝土遭受冻害的主要 因素 因为水遇冷冻结冰会发生体积膨 胀 引起混凝土内部结构的破坏。 当 处 于 饱 和 水 状 态 时 ，毛 细 孔 中 水 结 冰 胶 凝 孔 中 的水 处 于 过 冷状 态 。 因为混凝土孔 隙中水的冰点随孔径 的减 小而 降低 ，胶 凝孔 中形 成冰 核 的温 度 在一 7 8 o C。 C以下。胶凝孔 中处于过冷 状 态的水分子因为其蒸汽压高于同温度下 冰的蒸汽压而 向压 力毛细孔 中冰的界面 处渗透 于是在毛细孔 中又产生一种渗 透压力。此外胶凝水 向毛细孔渗透的结 果 必然使 毛 细孔 中 的冰体 积进 一步 膨 胀。 由此可见 ，处于饱和状态的混凝土 受 冻 时 其 毛 细 孔 壁 同 时 承 受 膨 胀 压 和渗透压 两种压力 。当这两种压力超过 混 凝 土 的 抗 拉 强 度 时 ，混 凝 土 就 会 开 裂 。在反 复 冻融 循环后 混凝 土 中的 裂缝 会互 相贯 通 ，其强 度也 会 逐渐 降 低 ，最后 甚至 完全 丧 失 ，使 混 凝土 又 表 及 里 遭 受 破 坏 。 混 凝 土 耐 久 性 问 题 的 改 善 方 法 提 高混凝 土耐 久 性 的措施 主要 包 括两大类基本措施和补充措施。基本 措施通过仔细设计和施工 ，最大限度 的提高混凝土的耐久性 ；补充措施 ：环 境侵蚀作用特别严重时 或设计 施工不 当时 ，单靠基 本措施不 能保证混凝土结 构必要的耐久性时 ，需要增 加其他 的防 护措施。 选择性 能 良好的 外加 剂 提 高混 凝 土 的密实 性 ，减少 混凝 土的渗透 性可 以提高混凝土 的抗侵蚀能 力。混凝 土的渗透性控制着水及侵蚀性 液体 或气体渗入的速率 ，同时 ，也能抑 制水泥浆体 中的毛细传递作用 因此 渗透性与混凝土的耐 久性有着最 为密切 的关 系 大 幅度 提 高混凝 土 的抗 渗 性 是 改善 其耐 久性 的 关键 。使 用高 效减 水 剂 和 引 气 剂 ， 可 以 较 大 地 提 高 混 凝 土 的抗渗 透 性 恰 当地使 用 一些 养护 剂 、阻锈 剂 等 ，也 可 以改善 和提 高混 凝 土 的耐 久性 。 水灰比对混凝土耐久性的影响及 改善措施 混凝 土 同其他 工业 产 品一样 ，必 须讲究原材料的选择 和合理配合 。实际 施工中 对于影响性能极 大的加水量 往 往 由施 工 人 员 根 据 浇 捣 是 否 方 便 而 定。为了加快施工和避 免出现蜂 窝空洞 等缺陷 ，加水量常常过多。过 多超量 的 水在混凝土内部留下了孔缝 从 而大大 降低 了混凝土的密实度而增加了空隙率 和渗透性 使混凝土容易受有害气体 和 液 体 的 侵 蚀 渗 透 ，这 是 水 灰 比 影 响耐 久 性的主要原因。一些工程 的渗透原 因就 是水 灰 比增 加后 表 面 吸水 率和 渗透 也增 大 ，使抗 渗 能力 下 降幅 度过 大 。 工程 实 践证 明 ，限制 用 水量 减 少水 灰 比对 结构抗 渗 性有 很 大提 高 。从实 践 中得 出 对 于 受 雨 雪影 响 的 混 凝 土 ，位 于水 中及 水位 升 降范 围 内的混 凝土 在 潮 湿环 境 中的混 凝 土最 大水 灰 比 经 验 数 为0 7。 合理 的结构 设计 和构造 设 计 。 保证有足够 的混凝土保 护层厚 度。混凝 土的高碱性可使钢筋表面形成 致密的钝化膜 ，对钢筋有 良好 的保护作 用 。混 凝 土保 护 层 可 以 阻止 外 界 侵 蚀 介 质 、氧气和水分 的渗入 保护作用的效 果与混凝土 的密实度和保护层的厚 度密 切相关 。适 当加大混凝土保护层的厚度 是提高混凝土耐久性 、延长混凝土结构 使用寿命的重要措施。为此 各国规范 都 有 针 对 不 同使 用 环 境 的 最 小 混 凝 土保 护层厚度的规定 。 9 合理地 设计结构及构造 。对 易于 发生耐久性问题 的结 构或构件部位 在 设计 中应通过合理 的结构设计和合理 的 构造措施予 以克服 。例如 ，使建筑物利 于 排水 ，以保 证混凝 土 的干燥 合理 进 行结构布置 以及地基处理 ，减少建筑物 不均匀沉降造成 的裂缝等 。 例如 曹妃 甸工 业区 河北 二桥及 接线工程西起工业区唐曹高速连接线与 新城中路 ( J L c _ 路 )的交叉 口河北二 桥 ，上部结构 为变截 面连续箱梁 ，下部 结 构 为柱 式 墩 台 。从 地 质 上 说 曹 妃 甸 所属 的环渤海 区域的高浓度氯离子的海 水侵蚀 、海风 、海冰 、冻融等多种侵蚀 因素 ，为保护桥梁的服役寿命 ，必须采 取定防腐措施。 所 有防 腐技 术措 施都 能够 快速 容 易的进行施工 并且在曹妃甸现有施 工 条件 下容 易实现 ，保证设计寿命年限 能够在施工过程 中落实 ，尤其是钢套筒 的防腐和混凝土涂层 的防腐 均能够快 捷施工 快速投入使用。确保桥梁主体 结 构 满 足 1 0 0 年 的设 计 基 准 期 。 阻锈 剂 ：阻锈 剂应 符 合 钢筋混 凝 土 阻 锈 剂 ( J T T537 200 4) 和 钢筋 阻锈剂使 用技 术规程 ( YB T 9 2 3 1 9 8 )的要求 阻锈剂掺量可参 照 如 下数据 ：桩基 采用 阻锈剂 RI - - C2 掺 入量 为9 k g m。 ，承 台采用 阻锈 剂RI 一 1 C2 掺入 量 为1 5 k g m。 墩柱 采用 阻 锈 剂 RI - 1 C2掺 入 量 为9 k g m ；桥 台采用 阻锈剂RI 一 1 C2 掺入 量为9 k g m 。 ；主梁 采用 阻锈 剂RI 1 C2，掺入量 为9 k g m。 ：防撞护栏 防腐采用阻锈剂+ 有机硅烷浸渍( 定期 检测补涂 )：预应 力 孔 道 灌 浆 浆 体 掺 加 MCI - 2 0 06 N型 迁移性阻锈剂 ，掺入量为0 6 k g m。 也 可通过设计 以确定采用其 它商用浆体 。 以上为设计根据现有规范取用范例 。由 于 亚硝酸盐 类阻锈产 品对混凝土的和易 性及 配比产生影响 需结合实际配比优 化 方可使 用 也可采用其他相关产品 并调 整配 比。产 品要求有权威部门的认 可及大型海工工程的实例。同时 由于 阻锈剂具有一定的减水作用 若不相应 减水 可能使流动度加大和混凝 土强度 略有降低 ，故要求保持 同流动度下适 当 减 水 。 混凝 土防 腐涂 层设 计 在 混凝 土 结构表面直接使 用涂层保护 ，是一种有 效的防腐方法。另外 混凝土是一种刚 性材料 在动 荷载 条件下 ，混凝土易于 开 裂 故 在 混 凝 土 表 面 涂 覆 柔