大连理工大学网络高等教育

本 科 生 毕 业 论 文（设 计）

题    目：混凝土桥梁耐久性研究

学习中心：                    

                层    次：     专科起点本科      

专    业：     土木工程(道桥方向)

年    级：        年  季        

学    号：                  

学    生：                      

指导教师：                    

完成日期：   2022年8月5日    

内容摘要

近年来，随着交通事业的迅速发展，越来越多的跨海大桥在建或已建成通车，而钢筋混凝土结构的耐久性失效己逐渐成为困扰土建工程界的一个世界性问题，尤其是处于海洋或恶劣环境下，混凝土结构耐久性的问题更加突出。跨海大桥工程不仅耗资巨大，而且关系着国计民生，如果因为耐久性不足而成为“短命工程”，将对国家造成不可估量的损失。本文结合现代环境中的混凝土桥梁耐久性的研究的最新发展，首先介绍了混凝土结构破坏机理，其次结合工程实际讨论了耐久性研究中的关键问题，包括耐久性区段划分、保护层厚度、高性能混凝土、施工质量控制、耐久性措施、健康监测等。

关键词：混凝土桥梁；耐久性；措施

目  录

内容摘要... 1

引  言... 1

1  绪论... 3

1.1  混凝土耐久性的概念... 3

1.2  混凝土耐久性对桥梁结构的重要性... 3

1.3  本文主要研究内容及意义... 3

2  混凝土桥梁耐久性分析... 4

2.1  混凝土冻融循环... 4

2.1.1  影响因素... 4

2.1.2  破坏机理... 4

2.2  混凝土碳化... 5

2.2.1  影响因素... 5

2.2.2  破坏机理... 5

2.3  混凝土渗透破坏... 6

2.3.1  影响因素... 6

2.3.2  破坏机理... 6

2.4  碱骨料反应... 7

2.4.1  影响因素... 7

2.4.2  破坏机理... 7

2.5  钢筋锈蚀... 8

2.5.1  影响因素... 8

2.5.2  破坏机理... 8

2.6  化学侵蚀... 9

2.6.1  影响因素... 9

2.6.1  破坏机理... 9

3  混凝土桥梁耐久性改善措施... 10

3.1  选材方面... 10

3.2  结构设计方面... 10

3.3  施工方面... 11

4  案例分析... 12

4.1  工程概况... 12

4.2  存在问题... 12

4.3  改善措施... 12

4  结论与建议... 14

参考文献... 15

引  言

近年来，随着国民经济的迅速发展，我国为拉动内需，实行积极的财政政策，加大公路铁路等基础设施投资，桥梁工程建设随之迈入了飞速发展时期。其特点是投资大，施工周期长，影响因素多，但对拉动国民经济、整合社会资源、促进地方经济发展具有显著效益，因而工程建设质量和使用寿命直接关系到国计民生和社会发展。  

钢筋混凝土桥梁属于露天工程，直接受周围复杂环境的作用。混凝土的碳化、盐渍土中混凝土知道氯盐、硫酸盐侵蚀以及水流的冲刷，机械的碰撞等物理化学作用给钢筋混凝土桥梁带来严重的耐久性问题。长期以来，人们主要把精力集中在提高混凝土的强度上，忽视了其耐久性的要求，致使相当一部分桥梁结构物因材质劣化造成过早失效以致发生破坏性崩塌事故。调查结果分析表明；其原因除了设计施工质量的问题外，另一主要原因是对海水腐蚀印发混凝土劣化、钢筋腐蚀的严重性认识不足，防护措施不得力，原材料的技术指标控制、配合比设计不合理等，都大大降低了钢筋混凝土桥梁的使用性能和寿命。因此，对钢筋混凝土的耐久性研究就显得尤为重要。  

美国，最普遍的耐久性破坏形式是混凝土桥梁、路面、停车场及海港结构中的钢筋锈蚀，每年总损失高达1260 亿美元。铁路由于钢筋锈蚀每年维修费用约200 亿美元，仅撒化冰盐引起的钢筋锈蚀每年造成的损失就达10 亿美元。截至1980 年，因钢筋锈蚀有50 万座桥梁桥面板需要维修。  在英国，根据运输部门1989 年的报告：英格兰和威尔士有75%的钢筋混凝土桥梁受到氯离子侵蚀，维护维修费用是原来造价的两倍，为解决海洋环境下钢筋混凝土结构锈蚀与防护问题，每年花费近20 亿英镑。  

在日本，大约有21.4%的钢筋混凝土结构损失是由于钢筋锈蚀引起的，著名的新干线使用不到10 年，就出现大面积混凝土开裂、剥落等现象。前苏联有关统计资料表明：仅厂房受钢筋锈蚀损坏的总额就占其固定资产的16%，有些厂房的钢筋混凝土结构使用10 年左右即严重破坏，经常需要维修，有些建筑维修费用已超过其原始造价。  

我国台湾重修澎湖大桥和不断发生的“海砂屋”事件，也是氯盐腐蚀钢筋所造成的。在我国大陆，近年来也日益暴露出因耐久性不足引起的混凝土结构破坏，如20 世纪50 年代初建的大坝，许多已成为陷入危境的“病坝”。截至到1997 年底，佛子岭、梅山、响洪甸三座老坝共亏损1 亿多元。20 世纪80 年代原水电部水工混凝土耐久性调查组对全国32 座大型混凝土坝进行了调查，结论为：被查坝体全部存在裂缝。2001 年河海大学对处于内陆河的江苏省淮阴闸工程调查，也发现明显的钢筋锈蚀引起的裂缝，并有发展趋势。  

交通部等有关单位分别于1963 年、1965 年、1980 年、1996 年，针对我国沿海港口工程混凝土结构破坏状况组织过四次调查，调查结果指出：80%以上都发生了严重或较严重的钢筋锈蚀破坏，出现锈蚀破坏的时间有的仅有5∼10年。南京水科院对1980年建成的宁波北仑港10万吨矿石码头进行了调查，发现该码头使用不到10年，其上部结构就发生了严重的锈蚀破坏。天津港客运码头1979年建成，使用不到10年，就发现前承台板有50%左右出现锈蚀破坏。天津新港从1958 年到1985年共建25个码头泊位，岸线长达6000m，其结构均为高桩承台式，使用时间长的有30 多年，短则5∼6 年，在使用过程中不断发现梁、板、桩等构件有不同程度的损坏，影响码头的正常使用。1996年，交通部四航局科研所对1986 年后建成的华南地区的C 港和E 港的20 个泊位进行了调查，发现E港大部分纵、横钢筋的锈蚀年限均不足10 年和5 年，在码头建成5∼6 年后即发现大量锈蚀裂缝。2001 年河海大学对某港西大堤钢筋混凝土护栏工程进行现场调查，该工程虽运行不足4年，但已出现严重钢筋锈蚀、保护层开裂、混凝土剥落和钢筋锈断。江苏省水科所对华东84 座沿海混凝土挡潮闸进行了调查，钢筋锈蚀严重需要维修或大修的为71 座，其中有些挡潮闸胸墙、启闭机工作桥大梁钢筋已经锈断。

本文结合沿海地区实际地理、气候环境、在对已损坏桥梁进行破坏原因和机理分析的基础上，找出影响桥梁耐久性的关键因素，通过优选原材料、优化混凝土配合比、掺加矿物掺和料等手段，配置高性能混凝土，对提高沿海地区钢筋混凝土桥梁耐久性进行了研究和分析，并做出结论和建议，未同类工程提出建议，以供参考。

1  绪论

1.1  混凝土耐久性的概念

混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保证强度和外观完整性的能力。混凝土耐久性是指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证其安全性、正常使用和可接受的外观能力。

1.2  混凝土耐久性对桥梁结构的重要性

截止2017年底，我国公路上共查处危桥5176座，达186632延米，对他们进行改造加固利用则需要16.4亿元，近三年全国的危桥基本保持在一万余座，占永久性桥梁的3-4%。桥梁运营过程中，由于频繁承载甚至超载，再加上自然因素（如雪、雨）的影响，以及交通事故等人为的侵袭，会造成桥梁损伤和局部破坏。随着使用年限的增加，桥梁的损伤种类和损伤部位越来越多，其程度也会越来越严重。如果因设计和施工的原因，导致一座先天不足的桥梁，则运营中更会问题不断，难以维持正常使用状态。因此桥梁结构的耐久性问题和养护维修工作越来越显得重要。只有认真地、不断地对桥梁结构的病害进行养护才能保持桥梁的各组成部分处于健康状态，确保桥梁抵抗自然灾害的能力。在保证安全运营的同时，最大限度的实现和延长桥梁的设计和使用寿命。

1.3  本文主要研究内容及意义

本文的混凝土桥梁耐久性研究是从我国现有桥梁的实际情况出发，进行混凝土桥梁的耐久性的研究，通过对混凝土冰融循环、混凝土碳化、混凝土渗透破坏、碱骨料反应、钢筋腐蚀、化学腐蚀等方面的研究，提出提高混凝土桥梁耐久性的改良方案。结合实际案例对混凝土耐久性影响的各因素进行分析，一方面能对已有结构进行科学的耐久性评估和剩余寿命的预测，以选择对其正确的处理方法；另一方面也可以对待建工程项目进行耐久性的指导设计，揭示影响结构寿命的内部和外部因素，从而提高工程的设计水平和施工质量，确保混凝土结构什么全过程的正常工作，它既服务于既有结构维修加固的现实意义，又有知道拟建结构耐久性的理论意义：同时，对于丰富和发展钢筋混凝土结构可靠理论也提供一定的理论价值。

2  混凝土桥梁耐久性分析

2.1  混凝土冻融循环

2.1.1  影响因素

1）平均气泡间距  平均气泡间距越大，冻融过程中毛细孔中的静水压和渗透压越大，混凝土抗冻性越低。  

2）水灰比  它的变化影响混凝土中可冻水的含量、平均起步间距及混凝土的强度。水灰比越大，可冻水的含量越多，混凝土的结冰速度越快；气泡结构越差；平均气泡间距越大；混凝土强度越低，抗冻性越差。  

3）外加剂  影响气泡间距的主要因素是含气量，混凝土中封闭空气泡除搅拌、振捣混入外，主要是引气剂等其他外加剂人为引入的。引入的空气泡越多，平均气泡间距越小，毛细孔中的静水压和渗透压越小，混凝土抗冻性越好。  

4）强度  静水压和渗透压强过混凝土的抗拉强度时，混凝土即产生冻融破坏。当含气量和平均气泡间距相同时，强度高的混凝土的抗冻性高于强度低的混凝土。  

5）骨料  骨料的冻害机理可用静水压假设来解释。

6）水泥品种和用量  随水泥混合材料入量的增加，混凝土的抗冻性越差。

7）冻结温度和降温温度  静水压力与结冰速度和降温速度成正比，空隙水的冻结是随着大孔向小孔扩展。大孔冻结时结冰速度大，小孔冻结时结冻速度小，结冰速度随温度的降低而降低。

2.1.2  破坏机理

混凝土的冻融破坏机理一般认为是由于冻结时，混凝土孔隙中水结冰，产生冻胀压力，并使水分迁移过程中还产生液体压力，这种压力如果超过混凝土的抗拉强度，混凝土就产生劣化，出现局部开裂；而在融化时，水分进一步渗入孔隙中，如此循环，导致混凝土连续损伤。在混凝土中掺入引气剂，其所产生的无数微小的互不连续的气泡，可以容纳自由水的迁移，具有缓解冻融过程中产生膨胀压力和渗透压力的作用，可适应提高混凝土的抗冻性。混凝土的冻融破坏是一个复杂的物理过程。当环境温度下降时，表面混凝土温度下降较快，内部混凝土温度降低较慢，因而在内外混凝土之间形成温度梯度。当环境温度低于0度时，混凝土表面孔隙中水开始结冰。孔隙中的水分将会逐步冻结，引起各种压力，当压力超过混凝土能承受的应力时，混凝土内部产生新的细微裂纹。当环境温度升高时，混凝土内孔隙水解冻，细小孔隙及新产生微细裂纹因毛细现象而吸水饱满，与其相连的孔隙也会吸收一部分水。冻融过程重复发生时，混凝土内部孔隙及微裂缝逐渐增大、扩展并互相连通，使得新裂缝不断产生。冻融循环一段时间后，会发生由表及里的混凝土冻融破坏。混凝土冻融破换机理在很大程度上知道了混凝土材料抗冻性的研究，对提高混凝土抗冻性能起到了重要作用。

2.2  混凝土碳化

2.2.1  影响因素

影响混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影响较大的是水泥品种，因不同的水泥中所含硅酸钙和氯酸盐基性高低不同；其次，影响纪念堂碳化主要还与 周围介质中CO₂的浓度高低及湿度大小有关，在干燥和饱和水条件下，碳化反应几乎终止，所以这是除水泥品种影响因素以外的一个非常重要的原因；再次，在渗透水经过的混凝土时，石灰的溶出速度还讲决定于水中是否存在影响Ca（OH）₂溶解度的物质，如水中含有Na₂SO₄及少量Mg²⁺时，石灰的溶解度就会增加，如水中含有Ca（HCO₃）₂和Mg（HCO₃）₂对抵抗溶出侵蚀则十分有利。因为它们在混凝土表面形成一种碳化保护层；另外，混凝土的渗透系数、透水量、混凝人的过度振捣、混凝人附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力及养护方法与混凝土的碳化都有密切的关系。

2.2.2  破坏机理

拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成分CaO水化作用后生产Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液外，大部分以结晶状态存在，成为孔隙液保持高碱性的储备，它的PH值为12.5—13.5，空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中。与其中的孔隙液所溶解的Ca（OH）2进行中和反应。反应产物为CaCO3和H2O，CaCO3溶解度低，沉积于毛细孔中。  

该反应是为：Ca(OH)2CO2→CaCO3↓H2O反应后，毛细孔周围水泥石中的羟钙石补充溶解为Ca2和OH-，反向扩散到孔隙液中，与继续扩散进行来的CO2反应，一直到孔隙液的PH值降为8.5—9.0时，这层混凝土的毛细孔中国才不再进行这种中和反应，此时即所谓“已碳化”。确切地说，碳化应称为碳酸盐化。另外，凡是能与Ca（OH）2进行中和反应的一切酸性气体，如SO2、S03、H2S以至于其相HCI等，均能进行上述中和反应，使混凝土碱度降低，故混凝土碳化应广义地称为“中性化”。混凝土表层碳化后，大气中国的CO2继续沿混凝土中未完成充水的毛细孔道向混凝土深处气相扩散，更深入地进行碳化反应。碳化后的混凝土质地酥松，强度降低。  最初的混凝土孔隙中充满了饱和Ca（OH）2溶液，它使钢筋表层发生初始的电化学腐蚀，该腐蚀物在钢筋表面形成一层致密的覆盖物，即Fe2O3和Fe3O4，这层覆盖物称为敦化膜，在高碱性环境中，即PH》11.5时，它可以阻止钢筋被进一步腐蚀。  当混凝土碳化深度超过保护层达到钢筋表面时，钢筋周围孔隙液的PH值降低到8.5-9.0，敦化膜被破坏，钢筋将完成电化腐蚀，导致钢筋锈蚀。  

2FeO2→2FeO H2CO3→ FeCO3 H2O 4FeCO3 10H2O O2 →4Fe(OH)3 4H2CO3

钢筋一生锈，体积增大，破坏了混凝土覆盖层，沿钢筋产生裂缝。水、空气进入裂缝，加速了钢筋的锈蚀。  

当然，引起混凝土中钢筋锈蚀的因素不只是混凝土的碳化，其中氯化物就是一个非常重要的影响因素。事实上，氯化物引起的钢筋去敦化一般要沪宁图碳化引起的钢筋去敦化要严重得多，例如通远是C45级混凝土，如果钢筋去敦化时间都是50年。则在一般的碳化环境中，混凝土最小保护层厚度只要1cm，而在氯化物的环境中，就至少要7cm,因此，在氯化物影响明显的工程中（例如海洋工程）在考虑混凝土碳化对钢筋锈蚀的影响时更考虑氯化物的影响。

2.3  混凝土渗透破坏

2.3.1  影响因素

1、随着砼强度等级的提高，砼渗水高度呈降低趋势，砼的抗渗等级逐渐增加，反应了砼水渗透性随着砼的强度增加而提高；  

2、对于掺加矿物掺和料的砼，存在最佳掺量。在某一掺量前，随着矿物掺合料的增加，抗水渗透性而提高，说明矿物掺合料最充分发挥了二次水化作用和微集料作用；但超过最佳掺量后，抗渗性能趋于下降。

2.3.2  破坏机理

当水与砼接触时，由于压力差和毛细孔的表面张力会使水向砼内部迁移，于是发生渗透现象。砼的渗透性能主要取决于砼的孔隙率、孔结构及骨料的性能。虽然含有大小不同的孔隙和裂缝，但并非这些孔隙和裂缝均是渗水通道，抗渗性除了孔隙率之外还要看空结构。

2.4  碱骨料反应

2.4.1  影响因素

碱硅酸反应碱一硅酸反应是水泥中的碱与骨料中的活性氧化硅成分反应产生碱硅酸凝胶或称碱硅凝胶，其体积大于反应前的体积，且有很强的吸水性，吸水后进一步膨胀，引起砼内部膨胀应力，而且碱硅酸胶凝吸水后进一步碱骨料反应的发展，使砼内部膨胀应力增大，导致砼开裂，严重的可导致砼结构崩塌。

其反应机理如下：砼中的活性骨料与砼中的碱基料发生反应：

2NaOH+SiO2---Nao·Si·H2O，当KOH和NaOH浓度较低时，不足以引起砼的破坏，一般认为当含碱量小于0.6%时，可不考虑碱骨料反应。碱-硅酸盐反应的机理与碱-硅酸反应的机理是一致的，只是反应速度比较缓慢。

能与碱发生反应的溶性氧化硅矿物有蛋白石、玉髓、麟石英、方英石、火山玻璃及结晶有缺乏的石英以及微晶、隐晶石英等，而这些活性矿物广泛存在于多种岩石中。因而迄今为止世界各国反应的碱骨料反应绝大多数为碱硅酸反应。  

碱碳酸盐反应碱一碳酸盐反应引起的砼破坏，目前归结为白云石质石灰岩骨料脱白云石引起的体积膨胀。白云石质石灰集料在碱性溶液中发生的脱白云石引起的体积膨胀。白云石质石灰集料在碱性溶液中发生的脱白云石反应如下：

CoMg(O33)2+2NaOH-Mg(OH)2+CaCO3+MaaCO3

式中，Na也可抓换作K，这一反应不是发生在集料颗粒与水泥浆的表面，而是发生在集料颗粒的内部。这样水镁石Mg(OH)2晶体排列的压力和粘土吸水膨胀，引起砼内部应力，导致砼开裂。

2.4.2  破坏机理

碱骨料反应的机理碱骨料反应是水泥（砼中）达到一定数量的可溶性氧化物（如Na₂O、K₂O）与砼中某些含有活性矿物的骨料在有水分的条件下发生化学反应，生成的凝胶体体积膨胀，引起已硬化的砼开裂破坏。其中Na₂O、K₂O属于强碱，是水泥煅烧过程中和水化过程中的产物，砼的总碱含量等于水泥碱含量、外加剂碱含量、掺合料碱含量以及拌合水碱含量之和。另外，碱溶性骨料分为两种，一种是硅酸类，指非结晶Si和结晶不完整的Si，具有碱活性的硅酸盐类岩石矿物有蛋白石、玉髓、火山玻璃体；另一类是碳酸盐类，指结晶小的泥灰石灰石、白云石等，具有碱活性的碳酸盐类岩石矿物是细小菱形白云石晶体。可见，促使着类反应发生必须具备三个条件；即在砼中同时存在活性矿物集料、碱性溶液（KOH、  NaOH）和水。

2.5  钢筋锈蚀

2.5.1  影响因素

砼不密实或有裂缝存在。砼密实不良和构件上产生的裂缝，往往是造成钢筋腐蚀的重要原因，尤其当水泥用量偏小，水灰比不当和振捣不良，或在砼浇筑中产生漏筋、蜂窝、麻面等情况，都会加速钢筋的锈蚀。  砼碳化、侵蚀气体和介质的侵入。碳化是介质与砼相互作用的一种很广泛的形式，最典型的例子是空气中的CO2渗入，与孔隙中的Ca(OH)2反应，生成CaCO3,使PH值下降。当PH值〈11.5时，敦化膜就开始不稳定；当PH值降低到9左右时，钢筋表面的敦化膜遭到破坏，钢筋开始腐蚀。  砼中C1-含量对钢筋锈蚀的影响。一方面，C1-可能是随砼组成材料（水泥、砂石、外加剂）进入的如在冬季施工，为提高砼抗冻性而掺入氯盐、海砂拌制砼等；另一方面，C1-是在砼硬化后经其孔隙由外界渗入的，如遭受海水侵蚀的海燕砼构建物，冬季在砼路面上喷洒盐水防止消毒路面冰冻，游泳池用氯气消毒等。  与环境湿度密切相关。砼的碳化和钢筋腐蚀与环境湿度有直接关系。在十分潮湿的环境中，其空气相对湿度接近于100%时，砼孔隙中充满水分，阻碍了空气中的氧向钢筋表面扩散，二氧化碳也难以透入，所以，使钢筋难以腐蚀。

2.5.2  破坏机理

钢筋锈蚀的原因有两个方面：一是钢筋保护层的碳化，其碳化的原因是砼不密实，抗渗性能不足。硬化的砼，由于水泥水化，生产氢氧化钙，故显碱性，PH值〉12，此时钢筋表面生产一层稳定、致密、敦化的保护膜，使钢筋不生锈。当不密实的砼置于空气中或含二氧化碳环境中时，由于二氧化碳的侵入，砼中氢氧化钙与二氧化碳反应，生产碳酸钙等物质，其碱性逐渐降低，甚至消失，称其为砼的碳化。当砼的PH值＜12时，钢筋的敦化膜就不稳定，当PH值＜n.5时，钢筋的敦化保护膜就遭破坏，钢筋的锈蚀便开始进行；二是氯离子的含量。据有关试验证明，即便是PH值较高的溶液（如PH值＞13），只是有4—6mg/L的氯离子含量，就足可以破坏钢筋的敦化膜，使钢筋失去敦化，在水和氧气的作用下导致钢筋锈蚀。

2.6  化学侵蚀

2.6.1  影响因素

当砼所处环境中含有侵蚀性介质时，砼便会遭受侵蚀、有软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、盐酸侵蚀、一般酸侵蚀与强碱侵蚀等。砼在海岸、海洋工程中的应用也很广，海水对砼的侵蚀作用除化学反应作用外，尚有反复干湿的物理作用，盐分在砼内的结晶与聚集、海浪的冲击磨损、海水中氯离子对砼内钢筋的锈蚀作用等，也都会使砼遭受破坏。砼的抗侵蚀性与所用水泥的品种、砼的密实程度和孔隙特征有关。密实和孔隙封闭的砼，环境水不易侵入，故其抗侵蚀性较强。所以，提高砼抗侵蚀性的措施，主要是合理选择水泥品种、降低水灰比、提高砼的密实度和改善孔结构。

2.6.1  破坏机理

常见的化学侵蚀可分为淡水腐蚀，一般酸性水腐蚀，碳酸腐蚀，硫酸盐腐蚀，镁盐腐蚀五类。淡水的冲刷，会溶解水泥石中的组成，使水泥石孔隙增加，密实度降低，从而进一步造成对水泥石的破坏；研究表明，当水泥石中的氧化钙溶出5%时，强度下降7%，当溶出24%时，强度下降29%，因此，淡水冲刷会对水工建筑有一定影响；而当水中溶有一些酸类时，水泥石就会受到溶淅和化学溶解双重作用，破坏砼内的碱环境，降低水泥水化产物的稳定性，影响水泥石的致密度，造成对砼的侵蚀；硫酸盐的腐蚀则表现为S4O2-离子深入砼内与水泥组分反应，生成物体体积膨胀开裂造成损坏；海水中由于存在多种离子，侵蚀形式较为复杂，但主要是由于镁盐使硬化水泥石的结构组分分解，同时硫酸盐作用会造成对水泥石的损坏，而氧化镁沉积会堵塞砼孔隙，会使海水侵蚀有所缓和。

3  混凝土桥梁耐久性改善措施

3.1  选材方面

预防钢筋的锈蚀。常用的方法有环氧涂层钢筋，采用静电喷漆环氧树脂粉末工艺在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐涂层，这种钢筋保护层能长期保护钢筋使其免遭腐蚀。此外，在混凝土表面涂层也是简便有效的方法，但涂料应是耐碱、耐老化和与钢筋表面有良好附着性的材料。这可掺加高效减水剂，在保证砼和所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使砼的总孔隙率，特别是毛细孔隙率大幅度降低。还可研究新技术，开发新产品。如耐锈钢筋、阻锈钢筋等。  

避免或减轻碱集料反应。砼碱集料反应危害很大，一旦发生和难修复。当 砼使用有碱活性反应的骨料时，必须从配合比出发，严格控制砼中的总碱含量以保证砼的耐久性。此外，外加剂特别是早强剂带来高含量的碱，为预防碱集料反应，在设计上应对外掺剂的使用提出要求。  

拌合及养护用水。砼拌合及养护用水，考虑其对砼强度的影响。水灰比的 大小很大程度影响砼强度值的大小。拌合水应检查其杂质情况，防止影响砂浆及砼生产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砼不易采用海水拌制和养护。

3.2  结构设计方面

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年的结构砼应符合下列规定；砼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，砼保护层厚度可适当减小。砼结构及构件宜整体浇筑，不易留施工缝。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。

防止砼的冻融破坏。砼的组成、配合比、养护条件和 密实度决定了其在饱水状态下抵抗冻融破坏的能力，目前只有加气砼才能有效提高砼的抗冻性。引气是提高砼抗冻性的主要参数。一般引气量4%--8%，同时，应避免采用吸水率较高的集料，加强排水以免砼结构被水饱和。在砼中惨加优质引气型高效碱水剂，既能获得大量均匀分布的微小气泡，显著提高抗冻性，又能大幅度减小W/C，从而保证砼强度不降低，甚至有所提高。

3.3  施工方面

（1）加强施工管理。严格控制施工配合比，搅拌必须均匀，搅拌必须到位，要严格遵守养护制度，可以用表面养护剂来改善养护条件，提高保水性，加速表面硬化。砼构件的侵蚀病害都是从表面开始的，在砼终凝前做好原浆抹面压光，增强表面密实度，也可采用表面浸渍和表面涂覆的手段来降低砼的手段来降低砼表面渗透性。      

（2）掺入高效减水剂：在保证砼拌合物和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，碱水水灰比。使砼的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构，在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌合水，从而降低了新拌砼的工作性。施工中为了保持砼和物所需的工作性，就鼻息在拌合时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过程的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但是水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到碱水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目的便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到0.38以下。      

（3）掺入高效活性矿物惨料：普通水泥砼的水泥石中水化物稳定性的不足，是砼不能超耐久的另一主要因素。在普通砼中掺入活性矿物的目的，在于改善砼中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物惨料中含有大量活性SiO2及活性AL2O3，它们能和波特兰水泥水化过程中生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反应，生成强度更高、稳定性更优的低碱性水化矽 酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的掺透路。此外，还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用对增进砼的耐久性及强度都有本质性的贡献。

4  案例分析

4.1  工程概况

东海大桥是我国第一座长距离跨海大桥，同时也是我国第一座真正意义上的外海大桥，是连接港区和大陆的集装箱物流输送动脉，对海上深水港的正常运转起到了不可缺的支撑保障作用。大桥全线长32.5公里，按双砼向6车道加紧急停车带的高速公路标准设计，桥宽31.5M，设计时速80KM/H，2005年底通车。在国内首次采用100年设计基准期。根据工程调研和环境条件分析，影响东海大桥砼结构耐久性的首要因素是氯离子的渗透，根据具体情况，东海大桥采取了以高性能砼技术为核心的综合耐久性策略和方案。对于墩桩、承台、主梁的防腐保护措施采取高性能砼+控制最外层钢筋的砼保护层厚度等措施，砼外表面刷防水涂层，对某些部位还复合采用保护涂层或防锈剂等辅助措施。