影响桥梁耐久性的因素

影响桥梁耐久性的因素（精选十篇）

影响桥梁耐久性的因素 篇1

关键词：桥梁,耐久性,措施

1 桥梁耐久性

关于部颁“公路桥涵设计通用规范” (JTJ021-85) 第一章第一节第1.1.2条“……按照适用、经济、安全和美观的原则进行设计……”。如从广义而言, 也可以认为以上条文中已包含有“耐久性”的要求内涵, 但为了强调“耐久性”的重要性, 故建议今后在修订规范时, 能将“耐久性”的内容列入该条中。

所谓耐久性, 有两种理解, 一是理论耐久性, 二是实际耐久性。理论耐久性按《公路工程混凝土结构防腐技术规范》解释是指“结构在预期作用和预定的维护条件, 能在规定期限内维持其设计性能要求的能力”;实际耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何破坏过程的抵抗能力。一般来讲, 在正常设计 (满足强度、刚度、稳定性和使用功能等要求) 、正常施工 (严格依照规范和设计进行) 、正常使用 (规定荷载等) 和正常养护 (不使用化冰盐) 的条件下, 桥梁理论耐久性是有保障的。然而暴露在野外环境的桥梁, 受到各种水侵腐蚀、冻融破坏、正常和非正常荷载的作用, 加之设计、施工的不当, 其生存时间很难同我们想象的设计寿命挂钩, 其实际耐久性远远小于理论耐久性。

2 桥梁耐久性的影响因素

影响桥梁耐久性的因素十分复杂, 不考虑洪水、地震、超载及船舶的撞击, 主要取决于以下四方面因素:混凝土材料、钢材的自身特性;桥梁结构的设计与施工质量;桥梁结构所处的环境;桥梁结构的使用条件与防护措施。

其中混凝土材料、钢材的自身特性和钢筋混凝土桥梁的设计与施工质量是决定桥梁耐久性的内因。混凝土是由水泥、水、粗集料和某些外加剂, 经过搅拌、浇注、振捣和养护硬化等过程而形成的人工复合材料。混凝土的材料组成, 如水灰比、水泥品种和用量、集料的种类与级配等都直接影响桥梁的耐久性。混凝土的缺陷 (例如裂缝、气泡、孔穴等) 都会造成水分和侵蚀性物质渗入混凝土内部, 与混凝土发生物理化学作用, 腐蚀结构的钢筋, 影响桥梁的耐久性。

桥梁所处环境条件和防护措施是影响桥梁耐久性的外因。外界环境对钢筋混凝土桥梁的破坏是环境因素对混凝土结构物理化学作用的结果。环境因素引起的钢筋混凝土桥梁损伤或破坏主要有:混凝土炭化;氯离子侵蚀;碱-集料反映;冻融循环破坏;钢筋腐蚀。

在影响钢筋混凝土桥梁耐久性的诸多因素中, 钢筋的腐蚀危害最大, 当钢筋腐蚀后其有效截面积会不断减小, 就使得结构的承载能力迅速下降, 并不可恢复, 严重时还会出现钢筋断裂。当结构的剩余承载能力低于作用荷载时, 桥梁结构就有可能发生破坏。所以由钢筋腐蚀而引起的桥梁耐久性问题已成为一个非常突出的灾害性问题。

2.1 保护层厚度。

关于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ023-85 (以下简称《公桥规》) 中混凝土结构的保护层厚度规定为:板:C≥1.5cm;R.C.梁:C=3~5cm, C′≥2.5cm (侧面) , C″≥1.5 (箍筋或防裂筋) 。

人所共知, 混凝土保护层的主要作用是使梁内钢筋免遭诱蚀, 尤其应注意与周围环境相联系, 与混凝土的操作工艺相联系, 以保证结构在应有的使用寿命期内, 其功能完好。

2.2 扁波纹管的灌浆问题。

目前在高等级公路上广泛采用先简支后连续的结构体系, 这无论对桥面平整度方面, 或是对桥梁抗震性能方面都具有很多优点。但作为后连续的主要力筋采用扁波纹管穿束张拉, 对其灌浆后的耐久性方面却令人忧虑。

在《公桥规》第6.2.26条中提出:“管道的内径应比预应力钢筋的外径至少大1cm”。但目前很多桥梁中所采用的扁波纹管的规格均不能满足《公桥规》的这一要求, 以M15-4为例, 其相应的扁波纹管内径为70×19mm, 其高度为19mm, 而预应力钢绞线的直径为Φ15.24mm, 也即意味着可灌浆的间隙为3.76~10.00mm;宽度方向:70-4×15.24=9.04mm<10mm, 其平均间隙为 (70-4×15.24) / (4+1) =1.8mm就更小。因此, 很难保证灌浆的饱满度、握裹度, 更难保证在施工过程中扁波纹管的可能压扁变形。因而, 这种处于桥面顶层的负弯矩束, 能否确保其应有的耐久性, 是十分令人忧虑的一种构造。

2.3 现浇钢筋混凝土连续箱梁的负弯矩钢筋问题。

目前我国大量地修建L=16~25m的多跨现浇连续R.C.箱梁结构。由于普通钢筋混凝土结构是一种必然地带裂缝工作的结构, 因而在负弯矩区总会出现负弯矩裂缝, 其配筋量设计常由大裂缝宽度的限值进行控制, 这显然在结构的合理性方面隐存有缺陷的。鉴于负弯矩裂缝是一种向上开口的“V”形裂缝, 桥面水容易渗入, 遭受长期浸蚀后, 负弯矩钢筋的锈蚀问题是应予重视的问题。

近年来, 由国外引进的环氧树脂涂层钢筋 (FBECR) 已在国内生产。因而, 建议在高等级公路桥中可先行试用, 然后再推广应用于一般R.C.负弯矩区的主筋中, 这对保证结构的耐久性, 无疑是可以得到相应回报的事情。

2.4 桥面防水材料。

20世纪50年代全盘学习苏联, 采用三油二毡式防水构造, 20世纪60年代以后即全面取消了上述防水构造, 而改用防水混凝土构造, 但鉴于防水混凝土归属于刚性防水的范畴, 故其实际防水效果如何, 是令人担忧的。近年来由于高速公路蓬勃兴起, 目前广泛地采用FYT-Ⅰ型 (属柔性防水范畴) 和M1500型 (属刚性防水范畴) 防水构造, 但其实际效果如何, 尚有待接受时间的考验。

总之, 桥面渗水的排除和防渗漏问题, 都将涉及到桥梁耐久性的问题, 应引起格外重视。

2.5 锚头封堵和孔道灌浆。

英、美等国的调查均发现锚头区有钢丝锈蚀的问题, 甚至发生过桥梁倒塌事故, 因而建议张拉结束后应立即用环氧砂浆封堵锚头防锈。

孔道灌浆的不饱满问题, 1992年曾使英国运输部颁发了“后张法”禁用的通知 (注:1996年又恢复使用, 但对悬拼结构仍持不宜采用的态度) 。也即灌浆工艺对结构的耐久性方面影响很大, 应予重视, 特别是采用悬拼结构时, 对其接缝的防水处理尤应注意。

2.6 桥梁养护。我国长期以来一直存在着“养路不养桥”的现象, 这既有实际问题 (主要是资金问题) 也有思想认识问题。

桥面积水的排除、泄水管的疏通、桥面坑洞的修补等, 对桥梁的使用寿命都是密切相关的事情, 例如广州市的海珠桥, 在钢梁弦杆中长期堆积圬垢垃圾, 近期修复发现钢梁腐蚀十分严重。

2.7 其他。耐久性方面的问题, 绝不仅是以上几个方面, 如斜拉索的防腐问题、伸缩缝的防漏问题、支座的防尘问题等等不再赘说。

3 结论

“新建桥梁”、“旧桥维修加固”、“延长结构物的使用寿命”等都应同时加以重视。目前对新建桥梁较重视是必要的, 但应同时强调注意结构的耐久性问题, 从而达到延长结构的使用寿命, 以使节省资金, 减小旧桥维修加固的投资。而且, 耐久性的问题应贯穿到设计、施工、维修保养的整个过程中来考虑, 如果一座桥梁先天不足, 仅靠维修养护是很难延长其寿命的, 但先天好, 后天不养也是难以保证其应有的使用寿命的。目前, 正处在大规模建设新桥之际, 如何在设计、施工、养护中更多地考虑结构耐久性问题, 应属更为突出的问题。

参考文献

[1]姜兆华.浅谈钢筋混凝土桥梁耐久性、腐蚀病害及对策[Z].

结构耐久性的影响因素 篇2

自19世纪20 年代出现了波特兰水泥后，由于用它配制成的混凝土具有工程所需要的强度和耐久性，而且原料易得，造价较低，因而迅速广泛应用于建筑领域。20世纪初，有人发表了水灰比等学说，初步奠定了混凝土强度的理论基础。以后，相继出现了轻集料混凝土、加气混凝土及其他混凝土，各种混凝土外加剂也开始使用。60年代以来，广泛应用减水剂，并出现了高效减水剂和相应的流态混凝土；高分子材料进入混凝土材料领域，出现了聚合物混凝土；多种纤维被用于分散配筋的纤维混凝土。现代测试技术也越来越多地应用于混凝土材料科学的研究。

尽管混凝土发展迅速，近年来各种各样的研究更是层出不穷，关于混净土结构耐久性的研究和讨论，也始终都是专家学者们研究的热门课题。然而，从混凝土应用于建筑工程至今的150年间，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。

国内外统计资料表明，由于混凝土结构耐久性病害而导致的损失是巨大的，并且耐久性问题越来越严重。结构耐久性造成的损失大大超过了人们的估计。国

外学者曾用“五倍定律”形象地描述了混凝土结构耐久性设计的重要性，即设计阶段对钢筋防护方面节省1美元，那么就意味着：发现钢筋锈蚀时采取措施将追加维修费5美元；混凝土表面顺筋开裂时采取措施将追加维修费25美元；严重破坏时采取措施将追加维修费125美元。

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，它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。

正因为混凝土结构耐久性的问题如此重要，近年来世界各国均越来越重视混凝土结构的耐久性问题，众多的研究者对混凝土结构耐久性展开了研究，取得了系列研究成果，而材料层面的成果尤为显著。众所周知，混凝土耐久性的影响因素有因素两类，即内部因素和外部因素。内部因素有混凝土强度，密实度，水泥用量，水灰比，氯离子及碱含量，外加剂用量，保护层厚度等等；外部因素则包括温度，湿度，CO2含量，侵蚀性介质，空气流动性等。

第一类影响因素中，骨料和水泥的研究较为成熟，对混凝土性能的影响规律性也较强，如在其他材料不变化时，骨料的最大粒径越小，骨料的表面积就越大，在获得相同和易性的情况下，水灰比就越大，且最大程径越小时，混凝土中的 9界面体积就越大，界面越多，对混凝土的传输影响就越显著，对其耐久性影响就越明显；水泥亦有类似现象，如水泥〈这里指纯水泥，不考虑掺合料的影响〉的

细度增加时，要获得相同的和易性，则应提高水灰比等。

第二类影响因素较为复杂．在实际工况中，多为两种或两种以上的因素耦合，如结构混凝土通常是在承载工况下服役，不可避免地受碳化、冻融等因素的共同作用。混凝土的碳化是指混凝土中的氢氧化钙与渗透进混凝土中的二氧化碳和其它酸性气体发生化学反应的过程。碳化的实质是混凝土的中性化，碱性降低，钢筋的钝化膜破坏，在水分和其它有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生锈蚀。

氯离子的侵蚀则是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是

结构耐久性的影响因素氯离子的主要来源，氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀，对结构的危害是多方面的，但最终表现为钢筋的锈蚀。

至于碱-骨料反应一般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，且很难加以控制，碱-骨料反应一旦开始，一般不到两年就会使结构出现开裂。在高寒地区还广泛存在着冻融循环破坏，渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏混凝土的微观结构． 经多次冻融循环后损伤积累将使混凝土剥落酥裂，强度降低。

此外，钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使用寿命的重要因素。 钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力破坏，钢筋的有效截面积减少，结构构件的承载力降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。值得注意的是，几乎所有侵蚀混凝土和钢筋的作用都需要有水作介质。 混凝土结构开裂后，腐蚀速度将大大加快，耐久性将进一步恶化。在影响混凝土结构耐久性的诸多因素中，钢筋锈蚀危窑最大，混凝土保护层碳化和开裂是钢筋锈蚀的前提，水分、氧气的存在是引起钢筋锈蚀的必要条件。

影响桥梁耐久性的因素 篇3

关键词：钢筋锈蚀；桥梁耐久性；安全性

中图分类号：F32 文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2012.07.019

文章编号：1672-0407（2012）07-059-02收稿日期：2012-05-20

钢筋锈蚀是一个比较普遍，并且严重威胁结构安全性、耐久性的问题。它在影响结构物耐久性因素中，占据主导地位。钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最主要和最直接因素，也是混凝土桥梁耐久性破坏的主要形式之一。钢筋锈蚀对桥梁结构的破坏分为三个时期：前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等；中期是钢筋整个表面锈蚀，并产生膨胀，与保护层脱离，发生层裂；后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀，混凝土本身发生破坏，出现顺筋胀裂，混凝土脱离，直至钢筋不断锈蚀，有效截面不断减小，桥梁结构承载力不断下降，钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。

一、钢筋混凝土桥梁中钢筋锈蚀机理

正常情况下，由于初始混凝土的高碱性，钢筋混凝土桥梁结构力筋表面形成一层致密的钝化膜，使其处于钝化状态。但随着环境介质的侵入，钝化膜逐渐遭到破坏，从而导致腐蚀的发生。

力筋发生锈蚀需要三大基本要素：

（一） 力筋表面钝化膜的破坏

（二） 充足氧的供应

（三）适宜的湿度 （RH—60～80％）

三个要素缺一不可，第一要素为诱发条件，而腐蚀速度则取决于氧气及水分的供应。

二、影响钢筋混凝土桥梁钢筋锈蚀的主要因素

（一）混凝土的保护层厚度及完好程度和混凝土的密实度

这三个方面都与侵蚀性介质的侵蚀速度有关，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。我国新修订的 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中，对钢筋的最小保护层厚度作了规定规定，随着使用环境条件的劣化，混凝土保护层厚度也在增加。混凝土的密实度影响着混凝土的渗透性，渗透性高的混凝土更容易发生锈蚀。

（二）混凝土的碳化程度

混凝土的碳化降低了混凝土的碱度，造成PH值降低，给钢筋脱钝提供了可能。钢筋的失重率与混凝土的碳化深度差不多呈线性关系，由此混凝土的碳化程度对钢筋锈蚀有重大影响。

（三）环境条件

环境对钢筋锈蚀的影响主要有以下几个方面：温度、湿度、二氧化碳的浓度、氧气的浓度以及侵蚀性介质的浓度。对于钢筋混凝土桥梁来说，影响最大的是湿度，当桥梁处在湿度较大的环境下，尤其是水位浮动的桥墩部位和浪溅区，最容易发生锈蚀。

（四）氯离子的影响

氯化物是一种很危险的侵蚀介质，但是在我国北方地区，为保证冬季交通畅行，向道路、桥梁及城市立交桥等撒除冰盐，大量使用的氯化钠和氯化钙，使得氯离子渗入混凝土，引起钢筋锈蚀破坏。

北方地区许多的工程经验教训表明，大量地使用除冰盐是影响钢筋混凝土桥梁结构耐久性的主要原因之一。根据国外的相关研究报道，使用除冰盐的桥梁结构一般在5～1 0年就开始腐蚀破损造成钢筋锈蚀，混凝土胀裂。由于到目前为止 ，还没有找到能够完全替代除冰盐的除冰方法，除冰盐仍将继续使用。因此采取针对除冰盐的防腐蚀措施是十分重要的。

三、钢筋锈蚀对钢筋混凝土桥梁耐久性的影响

钢筋锈蚀的直接结果是钢筋的截面积减少，不均匀锈蚀导致钢筋表面凹凸不平，产生应力集中现象，使钢筋的力学性能退化，如强度降低、脆性增大、延性变差，导致构件承载力降低。

（一）锈蚀后钢筋的力学性能

锈蚀钢筋抗力的降低直接影响服役结构和构件的承载能力，严重时可能造成结构提前失效甚至倒塌。沿钢筋长度发生均匀锈蚀时，钢筋的失重率近似等于钢筋的截面面积损失率，钢筋所能抵抗的极限拉力的降低与钢筋截面面积锈损率基本成正比，此时，可以简单地用锈损钢筋的实际截面面积乘以未锈钢筋的极限抗拉强度获得锈蚀钢筋的极限抗拉能力。

但是，由于混凝土材料的不均匀性，使用环境的不稳定性，钢筋各部位受力程度的不同等因素，实际上混凝土中的钢筋锈蚀很少有均匀锈蚀的情况，通常钢筋截面面积损失率大于重量损失率，而且随着钢筋锈蚀的发展，锈蚀的不均匀性和离散性增大，重量损失率与截面面积损失率的差异也越大。因此，钢筋极限抗拉能力的下降，除钢筋截面的锈损，有效截面面积减小外，还有一个因素：锈损钢筋的表面凹凸不平，受力以后缺口处产生应力集中，使锈蚀钢筋的屈服强度和极限强度降低；且锈损越严重，应力集中引起的强度降低越多。

（二）钢筋锈蚀后对钢筋与混凝土协同工作性能的影响

钢筋锈蚀后，钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能降低。试验研究结果表明，锈蚀钢筋混凝土主粱抗弯承载力试验值小于只考虑锈蚀后钢筋截面积减小、屈服强度降低计算得到的抗弯承载力值，说明钢筋和混凝土的黏结强度降低也是锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力降低的主要影响因素之一。因此，对受拉钢筋必须乘以协同工作系数，以考虑粘结退化对钢筋混凝土粱抗弯承载力的影响。

理论上，考虑黏结强度降低的影响，锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力应介于未锈蚀构件和无粘结构件之间，而相同条件下无黏结受弯构件承载力约为正常构件的7O％～8O％左右，那么kb则应处于0.71之间。

（三）钢筋锈蚀后对钢筋混凝土桥梁结构性能的影响

混凝土中的钢筋一旦发生锈蚀，在钢筋表面生成一层疏松的锈蚀产物，并且同时向周围混凝土孔隙中扩散。锈蚀产物体积比腐蚀钢筋的体积要大得多，一般可达钢筋腐蚀量的2～4倍。锈蚀产物的体积膨胀使钢筋外围混凝土产生环向拉应力，当环向拉应力达到混凝土的抗拉强度时，在钢筋与混凝土界面处将出现 内部径向裂缝，随着钢筋锈蚀的进一步加剧，钢筋锈蚀量的增加，径向内裂缝向混凝土表面发展，直到混凝土保护层开裂产生顺钢筋方向的锈胀裂缝，甚至保护层剥落，严重影响钢筋混凝土桥梁的正常使用 。

浅析混凝土桥梁耐久性影响因素 篇4

1 混凝土的碳化

混凝土碳化是指环境中的CO2与混凝土表面接触并且通过混凝土孔隙不断向混凝土内部扩散, 与混凝土中碱性水化物发生很复杂的多相物理化学反应的过程。混凝土碳化会使混凝土的收缩加剧, 混凝土表面因为收缩产生拉力出现微裂纹, 降低了混凝土强度以及抗渗能力;同时, 混凝土碳化会降低混凝土的p H值, 当混凝土中p H值降低到一定数值时, 混凝土中的钢筋钝化膜就会被破坏, 造成钢筋锈蚀。因此, 混凝土的碳化研究对于混凝土结构的耐久性研究具有重要的意义。

影响混凝土碳化的主要因素有:材料因素 (水灰比、水泥品种和用量、掺合料种类和掺量等) ;环境因素 (环境的湿度、温度、CO2浓度等) ;施工因素 (混凝土搅拌、振捣和混凝土的养护等) 。因此, 控制碳化的技术措施主要有三项: (1) 提高混凝土的气密性; (2) 将混凝土中的p H值保持在一个可靠范围之内; (3) 将混凝土与恶劣环境隔离开来。

2 混凝土中钢筋的锈蚀

混凝土中的钢筋表面有一层致密的钝化膜, 在正常情况下钢筋不会发生锈蚀, 但是钝化膜破坏以后, 在有足够的水和氧化剂的条件下钢筋就会发生锈蚀。钢筋锈蚀后导致混凝土结构破坏主要表现在三方面: (1) 钢筋锈蚀导致钢筋截面积减少; (2钢筋锈蚀导致钢筋不能把所受的力有效传递给混凝土; (3) 钢筋锈蚀产物体积增大, 对混凝土的压力增大导致混凝土保护层开裂。

影响钢筋锈蚀的因素一直是研究的热点, p H值、氯离子浓度、温度、杂散电流、孔隙水饱和度和混凝土碳化等因素都会对钢筋锈蚀的速度产生影响。 (1) p H值。研究表明, 当混凝土中p H值大于11.5时, 钢筋处于钝化状态, 钢筋就不会锈蚀;p H值小于9~10时, 钢筋完全脱钝, p H值的大小不再影响锈蚀速度;当混凝土中p H值由11.5降至9时, 钢筋钝化膜逐渐减小, 锈蚀速度逐渐增大。 (2) 氯离子浓度。 (3) 温度, 研究表明, 温度对钢筋锈蚀有着重要影响, 研究认为在40℃以下时, 随着温度的增加钢筋的锈蚀率增加, 但在40℃以上时, 反而反而会延缓钢筋的锈蚀。

3 碱-骨料反应

碱-骨料反应 (AAR) 是指混凝土中的碱性物与骨料中的活性组分之间发生膨胀反应破坏混凝土结构, 是影响混凝土耐久性的主要原因之一。由于碱-骨料反应不同于其他混凝土病害, 它的开裂破坏是整体性的, 而且前还没有有效的修补方法, 因此被学术界称为混凝土的“癌症”。

碱-骨料反应必须同时具备以下三个条件才能发生: (1) 混凝土中含有过量的碱 (Na20和K20) 。我国标准CECS53:93《混凝土碱含量限制标准》中, 根据工程的不同环境条件提出了防止碱-硅酸反应的碱含量限表。我国颁布的国家标准GB50010-2002《混凝土结构设计标准》规定的碱含量为3 k g/m3, 但使用非活性骨料或一类环境时可不限制。 (2) 骨料中含有碱活性矿物。如果骨料中不含有碱活性矿物, 混凝土中含有再多的碱都不会有碱一骨料反应的发生。 (3) 混凝土处于潮湿环境。因为碱-骨料的两种反应都需要有大量的水的存在才能进行, 因此潮湿的环境是碱-骨料反应的必要条件。

4 混凝土冻融破坏

混凝土在搅拌中总会有一些水存留在混凝土毛细孔中, 而这些水在温度正负交替作用下, 就会进行“冻结-消融-冻结”的循环过程。混凝土在这个循环过程中受到水冻胀压力和渗透压力的双重作用下产生疲劳压力, 最终使得混凝土由外到内发生剥蚀破坏。混凝土的冻融破坏形式主要有冻胀开裂和表面剥落两种。

混凝土的冻融破坏的主要影响因素有混凝土的水灰比、含气量、水泥品种、降温速度和养护方法等。 (1) 水灰比。水灰比直接影响混凝土中毛细孔的结构和孔隙率。水灰比越大, 混凝土中自由水的含量越多, 抗冻融能力就越差。因此, 国内外规范都对有抗冻性要求的结构规定了水灰比最大允许值。 (2) 含气量。当混凝土中含有大量的不连通的小孔的时候, 在混凝土受冻的时候这些小孔可以减小混凝土受到的静水压力并抑制混凝土中水结冰, 因此我们通过掺入引气剂等外加剂来增加混凝土中的含气量来提高混凝土的抗冻性。在一定范围内混凝土的抗冻性随着混凝土中含气量增加而提高。

5 氯离子侵蚀

在海洋环境下的混凝土桥梁中的钢筋主要就是受到氯离子的侵蚀, 因此混凝土中钢筋表面氯离子含量的多少就成为衡量混凝土桥梁在海洋环境下耐久性的一个重要指标。氯离子除了来自混凝土的各种原料外, 还来自于外界环境。跨海大桥必然要经受来自海水中氯离子的侵蚀。氯离子会通过混凝土表面的吸附、渗透、扩散、毛细吸附等各种途径侵入混凝土内部。氯离子经过混凝土保护层侵入到钢筋表面, 氯离子在钢筋表面积累到一定浓度就会引起钢筋锈蚀, 这个引起钢筋开始锈蚀的氯离子浓度称之为临界氯离子浓度。许多文章都研究了引起钢筋脱钝的氯离子临界值, 但试验结果不尽相同, 这是由于影响因素众多, 如:混凝土成分、水泥类型、掺合料、温度、钢筋表面等条件。

氯离子引起混凝土结构破坏的过程一般分为两个阶段: (1) 初始阶段, 氯离子透过混凝土保护层, 不断在钢筋表面积聚, 当氯离子浓度超过临界值后, 钢筋开始锈蚀; (2) 钢筋锈蚀发展阶段, 钢筋开始锈蚀后, 锈蚀产物体积膨胀使保护层开裂, 一旦混凝土出现裂缝, 钢筋锈蚀速度加快, 导致混凝土结构的破坏。

参考文献

[1]王信刚, 王睿, 宋固全.一种超高耐久混凝土-梯度结构混凝土[J].南昌大学学报 (理科版) , 2009 (1) .

影响桥梁耐久性的因素 篇5

关键词:排水建筑物耐久性对策

0 引言

目前,作为城市的基础产业的排水工程正以大规模、高质量、高速度的势头发展。20世纪70年代之前建设的排水工程,每年以损失几百亿元的速度破损跨塌,同时,全国城市排水工程建设每年又需要几百亿元来维护。如何提高城市排水建筑物耐久性这个问题的解决已刻不容缓。

1 原因分析

在进行原因分析之前,首先应该了解城市排水建筑物的种类和建筑材料。城市排水建筑物的种类主要有输水建筑物、泄水建筑物、水闸、排水泵站、渠道、堤防、污水处理厂、截洪沟以及泄、输水建筑物的配套设施等。而建筑材料主要有钢筋混凝土、混凝土以及土、砂、砌石、碎石、毛石等材料。

影响城市排水建筑物耐久性的原因很多。

1.1 设计标准不规范 我国排水建筑物设计标准问题是影响城市排水建筑物耐久性的一个重要原因,之前,在建设排水工程时,较少考虑抗冻防渗等因素,而是执行着按强度设计的模式,但由于当时的设计标准相对偏低,未考虑后期的排水泵站、堤防、污水处理厂等方面的因素,以至于在面对现今问题时,产生混凝土裂缝、混凝土冻融不够等问题。

1.2 排水建筑物质量差 质量问题主要包括设计规范、设计质量和施工质量。现今,很多排水建筑物都存在质量差的问题,在设计上不按耐久性的规定进行,施工时偷工减料,以至于混凝土裂缝、钢筋锈蚀和混凝土炭化等危害,在加上环境作用引起结构材料性能劣化、腐蚀对结构安全性的影响,质量差的排水建筑物不久就崩溃,工程寿命相当短,损失大量的人力物力和财力。

1.3 日常管理维护不足 影响排水建筑物耐久性的另外一个主要因素是日常管理维护费用不足,或者是维修不当,这些都降低排水建筑物的耐久性。很多地方不注重排水建筑物的維护工作,这其中也包含着维护人员的专业素质低,对排水建筑物缺乏正确的管理维护方式,有时候维护不够及时,从而使得混凝土出现裂缝或者炭化等原因,有时也会造成碱骨料反应破坏,这些都将降低排水混凝土的耐久性。

2 解决方案

提高城市排水建筑物的耐久性,不仅与设计规范有关,还与建筑物材料有关,也与设计、施工、日常运行和管理等密切相关。要想提高排水建筑物的耐久性,我们就必须采取相应的对策。

2.1 制定合适的设计规范,提高城市排水建筑物的耐久性 根据现行的水工建筑物设计规范,对建筑物的耐久性作了明确规定,对混凝土结构的耐久性也提出了最大水灰比、最低强度等级、抗渗等级、最小水泥用量、抗冻等级等措施及要求,以此来保证排水建筑物的耐久性。目前,在城市排水建筑物设计中,能够严格执行《国标》参考《水工》就已经是最优设计了,然而实际上,在排水建筑物设计中还不能满足要求,因为水工的水、气和环境与城市排水工程的都不一样,城市排水工程相对而言更加复杂和恶劣。按照混凝土结构验收规范要求进行施工,加强施工工艺管理,提高混凝土密实性高密实性是耐久性控制的主要指标,高性能混凝土由于流动性很高,易于流平和密实,一般不需要强力振捣,但对于普通混凝土,加强振捣,合理布点,是提高密实性的关键措施。由于漏振或振捣不密实而引起的混凝土缺陷已被大量工程实践证明。加强混凝土制备、运输等环节的控制,提高模板的密封性,防止漏浆是提高密实性、达到提高混凝土耐久性目标的措施。所以,要按照设计规范,提高城市排水建筑物的耐久性。

另外,在进行城市排水建筑物的设计时,除严格按国家现行标准规定执行外,还应该考虑到排水建筑物正常使用过程中建筑物的日常检测、维护及更换等工作。因此,建筑物设计不仅满足强度、稳定等要求,还应满足耐久性的要求。所以,在制定城市排水建筑物的设计规范时候,应该更具体、更严格、更科学,只有多方考虑,才是一个耐久性较好的完美设计。

2.2 加强施工管理,提高排水建筑物材料的选择水平 要提高排水建筑物的耐久性,我们应该重视施工管理,严把材料质量关,城市排水建筑物的施工,应严格执行工程施工监理和竣工验收的制度,尤其要进行耐久性专项质量检验。对混凝土结构中的原材料、掺合料的性质、品质、外加剂、和混凝土配合比等,应通过实验报告来确定。在城市排水工程施工中,还应该克服混凝土构件表面裂缝。否则,表面裂缝在一定条件下可发展为深层裂缝,甚至产生贯穿性裂缝。

加强对混凝土的早期养护,防止结构构件裂缝的产生。早期保水养护不足对混凝土的强度发展和耐久性均有不利影响,无论普通混凝土还是高性能混凝土,早期的水养护对其性能都是至关重要,尤其是掺入大量细掺料的高性能混凝土更需要尽早保水养护,否则会增加不可逆的自干燥收缩,引起开裂,影响强度和耐久性。

另外,在施工管理中还要抓住湿度和温度两方面来养护。防止因干燥或温度差而引起裂痕。还应该摒弃传统观念和做法,使用高性能混凝土和尽可能低的水泥用量来降低混凝土龟裂和提高它耐久性。比如掺入外加剂粉煤灰后的早期强度往往有所降低,而抗氯盐侵入的耐久性却能成倍增长。还有一方面,钢筋锈蚀也是排水工程混凝土主要的耐久性病害,我们需要从保护层厚度、混凝土的配合比、施工质量和施工养护等方面下功夫来防止钢筋锈蚀。施工组织设计时,应根据具体的结构形式和构件的特点,拿出具体方案,施工中加强监督和管理。分部工程验收时也应加强这一方面的检测。

2.3 提高城市排水建筑物的日常管理水平 日常管理和维护工作是提高城市排水建筑物耐久性的一个不可忽略的原因,在日常运行和管理中,必须按设计规定的情况运行和管理,并有专门的技术人员指导进行,不应该超出设计范围运行。为了保证建筑物的安全和耐久,对某些特殊的运行情况应该加强实时检测,建立健全完善的日常管理检测和维护制度,及时更换不能正常运行的混凝土构件,以免产生因日常检测、维护和修复不到位而降低排水建筑物的耐久性和使用寿命。

另外,还要制定相应的维护费用,用于排水建筑物的日常维护和管理。同时,还要对维护人员进行相关的培训和定期考核,确保维护和管理人员是符合专业需求的人员,以免因维护不当而降低排水建筑物的耐久性。

再者,在进行城市排水建筑物的日常管理中,要做到“三勤”,也就是勤检查、勤维护、勤修复,发现问题立即解决,也包括构件更换等,这些都是提高城市排水建筑物耐久性的必要手段。

同时,每年都要派专业人员对排水设施进行安全鉴定和安全评价,并有针对性的提出安全加固或改善运行使用的意见和措施,防微杜渐,未雨绸缪,尽量提高城市排水建筑物耐久性。

3 结束语

耐久性差、使用寿命短是我国城市排水建筑物普遍存在的两个问题,尤其是20世纪70年代之前的排水建筑物,由于当时的技术水平、材料质量等各方面原因,到现在为止,已经基本报废或带病运行。而且,现在的各方病害也在不断加重,修复和重建势在必行。因此,在设计和施工过程中,了解可以影响结构耐久性的建筑构造,做到有的放矢,同时也应该认真研究影响城市排水建筑物耐久性的各种因素,从设计规范、材料质量、施工水平、运行管理等多方面对今后将要建设的工程采取适当的预防对策,来提高城市排水建筑物的耐久性,延长它的使用寿命,为国家节约资源,为人民谋取福利。

参考文献:

[1]王宝贞.水污染控制工程[M].北京.高等教育出版社.2003.

[2]混凝土结构设计规范(GB50010-2002)[M].北京.中国建筑工业出版社.2001.

[3]邓东方.关于建筑构造对结构耐久性影响的几点思考[J].山西建筑.2009(1).

影响桥梁耐久性的因素 篇6

混凝土在空气中的碳化就是大气环境中的CO2与混凝土中的碱性物质中性化的一个很复杂、缓慢且很漫长的物理化学过程。同时, 混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩, 这些都可能导致混凝土的裂缝和结构的破坏。混凝土碳化是衡量钢筋混凝土桥梁结构可靠度的重要指标。

1 混凝土的碳化

1.1 混凝土碳化对钢筋混凝土桥梁耐久性的影响

由于碳化反应的主要产物碳酸钙属非溶解性钙盐, 比原反应物的体积膨胀约为17%。因此, 混凝土的凝胶孔隙和部分毛细孔隙将被碳化产物堵塞, 使混凝土的密实度和强度有所提高, 一定程度上阻碍了CO2和O2向混凝土内部的扩散, 然而碳化使混凝土脆性增大, 延性降低。由于一般情况下混凝土的碳化深度较浅, 大致与钢筋保护层厚度相当, 因此从整体上, 碳化对混凝土力学性能及构件受力性能的负面影响不大。但是, 至为关键的是混凝土碳化使混凝土的p H值减低, 导致混凝土中的钢筋脱钝, 从而引起钢筋的锈蚀, 最终影响到混凝土结构的耐久性。混凝土碳化是一般大气环境下混凝土中钢筋脱钝锈蚀的前提条件。

1.2 影响桥梁结构混凝土碳化的因素

1.2.1 材料因素 (1) 水灰比

水灰比W/C是决定混凝土结构与孔隙率的主要因素, 是决定CO2有效扩散系数及混凝土碳化速度的主要因素之一。水灰比越大, 混凝土内部的孔隙率就越大, 越有利于CO2气体的在混凝土内部的扩散, 因此, 混凝土的碳化速度也加大。

(2) 水泥品种与用量水泥品种决定着各种矿物成份在水泥中的含量, 水泥用量决定着单位体积混凝土中水泥熟料的多少, 两者是决定水泥水化后单位体积混凝土中可碳化物质含量的主要材料因素, 因而也是影响混凝土碳化速度的主要因素之一。水泥用量越大, 则单位体积混凝土中可碳化物质的含量越多, 消耗的CO2也越多, 从而使碳化速度越慢。

在水泥用量相同时, 掺混合料的水泥水化后单位体积混凝土中可碳化物质含量减少, 且一般活性混合料由于二次水化反应还消耗一部分可碳化物质Ca (OH) 2, 使可碳化物质含量更少, 故使得混凝土吸收CO2的能力降低, 但由于掺混合料的混凝土孔结构差, 因而又加速了CO2的扩散速度, 使得碳化速度加快。

(3) 骨料品种与粒径

骨料品种和粒径对骨料-水泥浆粘结有重要影响。骨料的粒径越大, 在骨料底部越容易形成净浆的离析、沉淀, 因而骨料与水泥浆粘结较差, CO2易从骨料-水泥浆界面扩散;某些硅质骨料发生碱骨料反应时也消耗Ca (OH) 2。这些因素都会使碳化速度加快。

(4) 外掺加剂

混凝土中掺加减水剂, 能直接减少用水量, 掺加引气剂使混凝土中形成很多封闭的气泡, 切断毛细管的通路, 两者均可以使CO2有效扩散系数显著减小, 从而大大降低混凝土的碳化速度。

(5) 混凝土抗压强度的影响

混凝土抗压强度是混凝土最基本的性能指标, 也是衡量混凝土质量的综合参数。它可以反映出混凝土孔隙率、密实度的大小, 同时在一定程度上反映了水泥品种、水泥用量与水泥强度、骨料品种、外加剂、施工质量与养护方法等对混凝土质量的影响, 混凝土强度高, 其抗碳化能力强, 混凝土碳化速度就越小。

1.2.2 环境条件因素

(1) 环境中CO2浓度

环境中CO2浓度越大, 混凝土内外CO2浓度梯度就越大, CO2就越易扩散进入混凝土内部孔隙, 同时也使化学反应速度加快。因此, CO2浓度是决定碳化速度的主要环境因素之一。

一般来讲, 碳化速度与CO2浓度的平方根近似成正比, 混凝土快速碳化试验正是根据这一原理设计的。

(2) 环境相对湿度

境相对湿度对混凝土碳化速度有很大影响。它通过温湿平衡决定着孔隙水饱和度, 一方面影响着CO2的扩散速度, 另一方面, 由于混凝土碳化的化学反应均需在溶液中或固液界面上进行, 相对湿度也是决定碳化反应快慢的主要环境因素之一。若环境相对湿度过高, 混凝土接近饱水状态, 则CO2的扩散速度缓慢, 碳化发展很慢;若相对湿度过低, 混凝土处于干燥状态, 虽然CO2的扩散速度很快, 但缺少碳化化学反应所需的液相环境, 碳化难以发展。据调查研究表明, 70~80%左右的中等湿度时, 碳化速度最快。

(3) 环境温度

环境温度的升高可促进碳化反应速度的提高, 更主要的是加快了CO2的扩散速度, 而且, 温度的交替变化也有利于CO2的扩散。试验研究表明, CO2浓度为10%、相对湿度80%条件下, 温度40℃的碳化速度是20℃的2倍;CO2浓度5%、相对湿度60%的条件下, 温度30℃的碳化速度是10℃的1.7倍。

1.3 施工及养护因素对碳化的影响

混凝土施工质量对混凝土的质量有很大影响。由于混凝土浇注、振捣不仅影响混凝土的强度, 而且直接影响混凝土的密实性。在实际工程中, 在相同材料、相同环境条件下, 密实性差及存在蜂窝、麻面、漏浆、裂缝等缺陷部位的碳化深度比振捣密实、表面无缺陷部位大得多。可见, 施工质量好, 混凝土强度高, 密实性好, 其抗碳化性能就强;施工质量不好, 密实性差, 增加了CO2在混凝土中的扩散路径, 使碳化速度加快。因此, 确保工程施工质量是提高桥梁结构耐久性的重要环节。

2 冻融破坏

混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏。混凝土冻融破坏是我国北方地区混凝土工程的常见劣化现象, 好多工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。经有关调查发现, 混凝土冻融破坏不仅在北方地区存在, 而且在长江以北黄河以南的中部地区, 混凝土结构的冻融破坏现象也广泛存在。由此可见, 混凝土的抗冻性是混凝土耐久性中最重要的问题之一。

造成混凝土冻融剥蚀的主要原因是混凝土微孔隙中的水, 在温度正负交互作用下, 形成冰胀压力和渗透压力联合作用的疲劳应力, 从而使混凝土产生由表及里的剥蚀破坏, 并导致混凝土强度降低。冻融破坏属于物理作用, 混凝土产生冻融破坏必须有两个条件:一是混凝土必须与水接触或混凝土中有一定的含水量;二是混凝土建筑物必须经受反复交替的正负温度。

混凝土冻融循环产生的破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面。水在混凝土毛细孔中结冰造成的冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降, 危害结构物的安全性。一般混凝土的冻融破坏, 在其表面都可看到裂缝和剥落。而当使用除冰盐时, 混凝土表面出现鳞片状剥落。一般认为, 混凝土的冻融和盐冻破坏是一个物理作用的过程。

3 结束语

钢筋锈蚀是造成钢筋混凝土桥梁耐久性损伤的最主要和最直接因素, 也是混凝土桥梁耐久性破坏的主要形式之一。钢筋锈蚀对桥梁结构的破坏分为三个时期:前期是钢筋表面局部锈蚀出现锈斑、锈片等;中期是钢筋整个表面锈蚀, 并产生膨胀, 与保护层脱离, 发生层裂;后期表现为钢筋铁锈进一步膨胀, 混凝土本身发生破坏, 出现顺筋胀裂, 混凝土脱离, 直至钢筋不断锈蚀, 有效截面不断减小, 桥梁结构承载力不断下降, 钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。S

摘要：由于钢筋混凝土结构是由钢筋和混凝土两种材料构成的, 因此其耐久性破坏一般是从混凝土或钢筋的材料劣化开始的。从混凝土结构耐久性损伤的机理来看, 可以将其材料耐久性损伤分为化学作用引起的损伤和物理作用引起的损伤两大类。由化学作用引起的材料损伤主要有:混凝土碳化、混凝土中的钢筋锈蚀、碱-集料反应及混凝土的化学侵蚀, 由物理作用引起的材料损伤主要有:混凝土冻融破坏、磨损、碰撞等。

关键词：混凝土桥梁,混凝土劣化,钢筋腐蚀,化学侵蚀,保护层厚度,耐久性,冻融破坏

参考文献

[1]金伟良, 赵羽习.混凝土结构耐久性[M].北京:科学出版社, 2002.

浅析影响混凝土结构耐久性的因素 篇7

所谓混凝土结构的耐久性是指该种结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下, 保持其自身工作能力的性能。混凝土结构根据所处环境的不同可以划分为一般大气环境、海洋环境、土壤环境及工业环境等。混凝土结构材料内部因素的作用指的是材料的物理和化学作用, 如混凝土的碳化、钢筋的锈蚀等。由钢筋混凝土耐久性引起的结构工作性能的改变包括混凝土构件的承载能力降低, 最终影响整个结构的安全性, 其中建筑钢筋混凝土结构较为普通。钢筋混凝土结构耐久性失效的原因存在于结构的设计、施工及维护的各个环节。以往的乃至现在的结构工程设计中, 普遍存在着重强度设计而轻耐久性设计的现象。我国颁布的混凝土结构设计规范中, 除了一些保证混凝土结构耐久性构造措施之外, 只是在正常使用极限状态验算中控制对结构耐久性设计并不起决定性的耐久性, 常见的施工问题如混凝土质量不合格、钢筋保护层厚度不足都有可能导致钢筋提前锈蚀。另外, 在结构的使用过程中, 由于没有合理的维护而造成的结构耐久性降低也是不容忽视的, 如对结构的碰撞、磨损以及使用环境的劣化, 这都会使混凝土结构无法达到预定使用年限。

2 影响混凝土结构耐久性的几种因素

2.1 混凝土的材质

混凝土就是把水泥、砂、石、外加剂、矿物掺和料和水通过搅拌的手段使其成为均质的混凝土。水泥进场时应对其品种、级别、包装或散装仓号、出厂日期等进行检查并应对其强度、安定性及其他必要的性能指标进行复验, 其质量必须符合国家标准的规定。其他材料的优劣也直接影响到硬化后混凝土的质量 (包括密实度和强度等) , 好质量的材料将为工程使用期混凝土的耐久性打下良好的基础。近年来由于基本建设的迅猛发展, 施工中往往忽略对材质的要求, 工地上只检查混凝土试件的强度作为材质的唯一标准。岂知不合规格的原材料, 将导致混凝土收缩徐变量大大增加, 初始裂缝大量产生, 这对混凝土结构安全将是严重隐患。

2.2 混凝土的密实性。

混凝土的内部缺陷 (不密实) , 使混凝土在使用过程中易受各种不利因素的侵袭, 主要有如下几种形式:

2.2.1 渗透

当混凝土不密实, 空气和水容易渗入, 水中有害物质就易对混凝土产生化学侵蚀, 影响混凝土的耐久性。

2.2.2 碳化

混凝土中因水泥石含有氢氧化钙而呈碱性, 在钢筋表面形成碱性薄膜而保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀, 起到了“钝化”保护作用。但当混凝土密实度低, 空气中水和二氧化碳渗入, 形成碳酸, 尽管其酸性很弱, 也能中和氢氧化钙使钢筋锈蚀, 这一过程成称混凝土的“碳化”。

2.2.3 冻融破坏

混凝土不密实, 体内渗入的水量大, 低温时水结冰体积膨胀产生压力, 从内部破坏混凝土的微观结构, 经多次冻融循环后, 损伤积累将使混凝土剥落酥裂, 强度降低。

2.3 环境也是影响混凝土结构耐久性的重要因素

使用环境分类:影响混凝土结构耐久性的重要因素是环境, 环境类别应根据其对混凝土结构耐久性的影响确定。混凝土结构的环境类别参见《钢筋混凝土结构设计规范》的表3.4.1.

第一类环境类别为:室内正常环境。

第二类环境类别为:室内潮湿环境;非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境。这部分主要是考虑基础、地下室、人防工程等在浸水情况下的耐久性。

第三类环境类别为:使用除冰盐的环境;严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境;滨海室外环境。这类环境在空气中含有大量的氯离子, 氯离子有很强的活性, 日长月久极易破坏钢筋表面的钝化膜而引起钢筋锈蚀;水位变动的环境加上严寒和寒冷地区冬季的反复冻融, 往往对混凝土造成很大的损伤。

第四类环境类别为:海水环境。如港口码头, 灯塔、海岛高脚屋等。港口的耐久性规定详见《港口工程混凝土结构设计规范》。

第五类环境类别为:受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境。对于人为侵蚀性环境应根据《工业建筑防腐蚀设计规范》的有关规定进行耐久性设计。对于自然侵蚀性物质影响的环境应根据水文地质勘察报告, 确定自然侵蚀物侵蚀性的强弱, 采取相应的防护措施, 否则极易引起事故。

3 提高混凝土耐久性的技术措施

3.1 合理选择混凝土结构的组成材料。

混凝土各组成材料及钢筋的选用应满足材料的耐久性质量要求, 应按规范规定对进场原材料进行严格的质量检验。同时合理改善颗粒级配, 提高混凝土的密实性。从而提高混凝土耐久性。

3.2 提高混凝土的密实性。

混凝土的密实度是影响其耐久性的重要因素, 提高耐久性必须提高混凝土的密实度。提高密实度的改进方法如下: (1) 拌和中限制用水量减小水灰比。 (2) 适宜的和易性为振捣密实提供条件。 (3) 掺入引气剂或减水剂能减少用水量并改善毛孔内部结构。 (4) 必须按工艺操作规程严格施工。 (5) 注重结构表面的密闭, 可采用浸渍和涂刷法。如用沥青及其它涂料涂抹表面, 使侵蚀液体不能接触等。 (6) 及时养护, 以提高保水性、避免早期脱水。

3.3 改进结构设计

钢筋混凝土结构耐久性失效的原因存在于结构的设计、施工及维护的各个环节。以往的乃至现在的结构工程设计中, 普遍存在着重强度设计而轻耐久性设计的现象。我国颁布的混凝土结构设计规范中, 除了一些保证混凝土结构耐久性构造措施之外, 只是在正常使用极限状态验算中控制对结构耐久性设计并不起决定性的耐久性, 常见的施工问题如混凝土质量不合格、钢筋保护层厚度不足都有可能导致钢筋提前锈蚀。另外, 在结构的使用过程中, 由于没有合理的维护而造成的结构耐久性降低也是不容忽视的, 如对结构的碰撞、磨损以及使用环境的劣化, 这都会使混凝土结构无法达到预定的使用。

3.4 采用高强混凝土以提高结构物的耐久性

高强度混凝土 (50 MPa以上) 的配制特点就是低水灰比, 加外加剂, 掺用超细活性掺合料, 它的研制和应用解决的核心问题之一就是保证耐久性。由于高强混凝土的密实性能好, 抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土, 因此不但适用于高层和大跨度结构物, 而且对于海洋和港口工程, 其抗渗和耐腐蚀性能均大大优于普通混凝土。

3.5 保证混凝土的强度

尽管强度与耐久性是不同概念, 但又密切相关它们之间的联系是基本于混凝土的内部结构, 都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下, 随着水灰比的降低, 混凝土的孔隙率降低, 混凝土的强度不断提高, 与此同时, 随着孔隙率降低, 混凝土的抗渗性提高, 因而各种耐久性指标也随之提高。在现代的高性能混凝土中, 除掺入高效减水剂外, 还掺入了活性矿物材料, 它们不但增加了混凝土的致密性, 而且降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时, 也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外, 在排除内部破坏因素的条件下, 随着混凝土强度的提高, 其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。

4 结束语

影响混凝土结构耐久性的因素很多, 学习研究不深, 难以达到定量设计的程度。规范采用了宏观控制的方法, 即根据结构设计使用年限和环境类别对结构混凝土提出相应的限制和要求, 以保证其耐久性。这种方法概念清楚, 设计简单。规范规定设计人员在设计图纸上应标明建筑结构的使用年限, 为此, 设计人员应结合当地工程建设实践认真进结构的耐久性设计。

参考文献

[1]高文举.大体积混凝土构件裂缝的成因与防治[J].徐州工程学院学报, 2006, (09) .

[2]戴文跃, 安美华.高性能混凝土发展前景浅析[J].中国建设信息, 2006, (11) .

施工因素对混凝土结构耐久性的影响 篇8

混凝土耐久性是决定混凝土结构使用寿命的主要因素, 目前国内外对这方面的研究主要集中在由Cl-离子引起的钢筋锈蚀、碳化引起的钢筋锈蚀、碱集料反应、化学侵蚀、冻融等方面, 其中又以Cl-离子对钢筋的腐蚀最为突出[1] 。在实际工程中, 影响混凝土耐久性的因素是多方面的, 施工因素 (混凝土的实际配合比、实际保护层厚度、振捣工艺和养护条件等) 也是影响耐久性的一个重要方面。相关试验及工程实践也表明, 好的施工条件有利于保证混凝土结构的使用寿命。本文结合某大开挖施工的浅埋湖底城市隧道工程的耐久性评估, 分析保护层厚度、渗透性等指标对混凝土耐久性评价结果的影响。

1 混凝土保护层厚度调查分析

保护层厚度是影响混凝土耐久性的一个非常重要的因素, 是保证钢筋和混凝土共同工作的基础。保护层厚度满足要求时, 可以阻止水和氧气到达钢筋的表面, 还可以减缓混凝土的碳化。

根据实际情况, 用钢卷尺对该隧道工程的下层钢筋保护层情况进行了测量;对整体浇注之后的隧道, 使用混凝土保护层厚度测定仪现场测定混凝土保护层的厚度。保护层厚度调查测试时, 随机选取测试点以保证数据的客观性和代表性。使用保护层厚度测定仪得到的混凝土保护层厚度结果及分析见图1、图2。

从图1、图2可以看出, 混凝土保护层厚度存在明显的负偏差, 部分区段钢筋有明显的“倒影”, 其主要原因是测试的量程问题 (保护层厚度>6 cm时不能很好地反映, 另外, 钢筋直径不能过大) , 而施工现场人为因素的影响也是造成保护层厚度偏差的一个重要原因。

钢卷尺的测量结果表明, 保护层厚度大致呈正态分布。部分区段明显偏小, 部分保护层明显偏大, 这将对混凝土的耐久性及钢筋和混凝土的共同作用产生重要影响。若保护层厚度过小, 会缩短钢筋的脱钝时间, 使钢筋提前生锈并加快钢筋锈蚀的速度;如果保护层过厚, 构件表面容易出现较大的收缩裂缝和温度裂缝。同时, 保护层厚度的不均匀性也将影响到混凝土结构的可靠度[2]。

2 混凝土渗透性测试评价

水灰比越低, 混凝土的抗渗性越好, 使用寿命越长。但在施工过程中, 由于受现场施工条件的影响, 实际水灰比往往会偏大, 未考虑这一情况得出的混凝土耐久性评估结果显然会存在一定的偏差。

在对该隧道工程的测试中, 利用传统的混凝土水渗透性测试方法耗时较长, 也不能很好地反映混凝土的施工质量。空气渗透系数测定仪在国外已广泛采用, 通过检测混凝土的空气渗透系数和渗透深度评价混凝土的渗透性, 测试过程耗时较短且属于无损检测, 能够比较合理地反映混凝土施工质量的优劣, 非常适合现场试验。测试仪器选择瑞士产的TORRENT混凝土渗透系数测定仪, 同时测定混凝土的空气渗透系数和渗透深度。根据现场实际条件, 结合测试仪器的使用要求, 对一些重点部位进行了空气渗透性系数的抽测, 如顶板、墙板、倒角、模板接缝等位置。将大量测试数据按照同龄期和位置进行平均的数据统计分析结果见图3、图4。

由图3和图4可以看出, 空气渗透系数因部位、龄期的不同而情况各异。模板接缝处混凝土的渗透系数偏大;随着龄期的增加, 渗透系数减小。这也与国外某些学者的研究结果相吻合[3]。尤其应当指出的是, 混凝土的空气渗透性试验考虑到了应力作用的影响, 而应力作用在目前的研究中很少引起重视。

从施工单位随机抽取的3组抗渗试件进行空气抗渗试验所得出的结果 (见表1) 来看, 室内空气渗透性试验数据明显优于现场混凝土, 这说明室内试验不能充分反映现场混凝土的特点。

结合施工过程分析可以认为, 该工程顶板部分施工质量较好, 原因是振捣较为容易, 养护也比较规范;模板接缝处渗透系数明显偏大, 这与模板的质量、振捣方法有关, 还与是否跑浆等因素相关;倒角部位是施工的难点, 该部位的振捣相对比较困难。墙板的空气渗透系数变化较大, 特别是一些关键部位, 如施工缝、变形缝等处, 需要引起设计施工等方面的重视。对于同龄期、同施工部位的混凝土来讲, 室内试验测得的空气渗透系数明显小于现场混凝土的空气渗透系数。

3 结语

(1) 测试结果表明, 混凝土保护层厚度与设计值总是存在偏差, 围绕设计值的波动大致呈正态分布。

(2) 使用TORRENT混凝土渗透系数测定仪测得的混凝土空气渗透系数和渗透深度, 能够较好地表征混凝土的抗渗性能, 可以提高混凝土耐久性评估的准确性。

(3) 空气渗透系数随部位、龄期的不同而情况各异, 模板接缝处混凝土的渗透系数偏大;随着龄期的增加, 渗透系数减小。用室内试验得出的混凝土渗透性来评价现场混凝土的渗透性能是不准确的, 必须进行修正。

参考文献

[1]冷发光, 冯乃谦.高性能混凝土渗透性和耐久性及评价方法研究[J].低温建筑技术, 2000, (4) :15-16.

[2]张建荣, 黄鼎业.钢筋混凝土厚度的误差分析及构造技术建议[J].工业建筑, 1999, 29, (11) :24-27.

影响桥梁耐久性的因素 篇9

1 土建结构工程的耐久性现状

根据我国建设相关部门的调查分析, 在一般环境之下, 我国大部分的建筑物在使用一定的年数之后就要进行大规模的修理, 这个时间大约为25年;而那些处于严酷环境下的建筑物的使用寿命是更加短的, 大约18年;在所有的建筑当中, 公共建筑的使用环境相对来说是比较好的, 维持的时间也比较长。但在这些建筑当中, 很多构件的使用寿命却是比较短的, 主要是因为受环境影响比较大。那些基础设施工程的耐久性问题是更加严重的, 很多工程在建成后没过几年就出现了混凝土开裂等现象, 这主要是因为钢筋的混凝土保护层保护性太差。海港码头停泊的船以及城市立交桥由于环境影响, 在使用十几年后就会出现很多的问题, 需要大修或者拆除, 很多混凝土路面受自然环境的影响, 容易造成大面积剥蚀, 土建结构的耐久性问题是十分严重的, 会威胁的人们的人身安全和社会经济的发展。很多建筑物都不具有良好的材料性能和完善的结构构造, 相关建筑部门必须进行改善, 另外还要在建筑施工中做好预防准备, 降低自然环境对土建结构的破坏。相关专家估计, 我国“大干”基础设施工程建设的高潮还有可能延续2O年[1]。

2 影响土建结构耐久性的主要因素

2.1 土建结构设计不合理

土建结构设计是建筑施工的基础, 如果没有科学合理的土建结构设计, 建筑施工就无法有效进行。在土建结构的设计当中, 设计人员必须制定出详细周密的设计方案, 设计出科学合理的土建构造。首先要对建筑结构的隔热层、防滑层和分隔层进行科学合理的设计;然后再对建筑结构的伸缩缝和沉降缝进行科学合理的设计;其次要对建筑物地基建造的周围环境进行有效改善;最后要对建筑开孔的洞口周边配筋比例进行科学合理的设计。这些都会大大影响土建结构的耐久性[2]。

2.2 土建结构施工不当

在设计人员对土建结构进行了科学合理设计之后, 还要对土建结构进行合理的施工。要根据土建结构的属性进行施工, 如果土建结构施工不当, 土建结构的作用就不能被良好的发挥, 建筑的使用寿命就会大大减少, 也会大大降低土建结构耐久性。

2.3 混凝土施工不当

在保证了土建结构的合理施工之后, 还要对混凝土的施工进行保证。混凝土的施工合理与否会直接影响到土建结构的耐久性。想要保证混凝土内部钢筋的持久性, 就必须提高土建构件的严密性, 要利用混凝土对其完全封闭, 这样可以避免有害物质侵蚀内部钢筋, 最终提高内部钢筋的使用年限。如果施工不当, 会导致混凝土含水量大大增加, 此时混凝土的孔隙就会变得越来越大, 大大降低混凝土的密实性。所以在混凝土施工过程中, 如果施工人员没有按照施工要求和设计标准进行混凝土施工, 钢筋的受腐蚀性就会大大增加, 土建结构的耐久性就会大大降低[3]。

2.4 钢筋施工不当

钢筋保护层的保护性能会直接影响到土建结构的腐蚀性能, 所以钢筋施工是十分重要的, 如果在钢筋施工中, 钢筋保护层的厚度没有达到标准要求, 就很容易会会引发施工后期的土建结构锈蚀问题;如果保护层的垫块尺寸没有达到标准要求, 也会严重影响土建结构的耐久性能;另外在施工中, 外漏绑扎钢筋, 或者踩踏了钢筋网, 钢筋保护层就会受到严重的破坏, 钢筋保护层的保护性能大大降低, 土建结构的耐久性也会大大降低。

2.5 施工材料不当

施工材料是施工的物质灵魂, 施工材料的质量可以直接影响施工的顺利进行。如果施工材料质量不达标, 比如说增添了减水剂和引气剂等不良物质, 就会导致外加剂使用不当, 水泥含碱量不符合标准。另外如果骨料中添加了含有碱性的矿物质, 这是十分严重的。混凝土的主要组成材料就是水泥和骨料, 如果他们的质量不达标, 会容易会导致土建结构破裂, 最终影响土建结构的耐久性。

2.6 施工环境的影响

施工环境对土建结构耐久性的影响一样不可小觑。如果施工是处在一个酸雨环境下, 土建结构的耐久性就会大大降低。混凝土和钢筋保护层就很容易会受到腐蚀, 最终会缩短建筑的使用寿命。

3 提高土建结构耐久性的主要方法

3.1 在混凝土中掺入高效减水剂

想要提高混凝土结构的耐久性, 可以掺入适量的高效减水剂, 减水剂具有很大的作用, 它可以在降低用水量, 降低水灰比, 提高混凝土的密实性以及钢筋保护层的保护性能, 从而提高土建结构的抗腐蚀和抗渗透能力, 最终提高土建结构的耐久性。

3.2 在混凝土中掺入高效矿物质

在混凝土中掺入高效矿物质可以提高土建结构的耐久性, 主要的高效矿物质有硅灰、沸石粉等。高效矿物质具有填充混凝土内部空隙的作用, 它可以代替水泥对土建结构产生效用, 可以改善土建的结构, 改善混凝土的性能和内孔结构提高混凝土的密实度, 最终提高土建结构的耐久性。

3.3 计出科学合理的保护层厚度

混凝土的保护层对土建结构的耐久性具有很大的作用, 它可以阻挡外界不良物质的渗入, 另外混凝土的碱性还可以使内部钢筋表面形成保护膜, 但是如果钢筋保护层过厚的话, 就会使混凝土产生表面裂缝, 所以设计出科学合理的钢筋保护层厚度是十分重要的。在配筋设计中要找到个最佳平衡点, 那就是最合适的钢筋保护层厚度, 就能保证在保护层不开裂的基础上提高土建结构的耐久性。

3.4 考虑到混凝土体积收缩的影响

对那些顶部没有拉杆的混凝土渡槽来说, 一般情况下, 应考虑由两部分组成:其一为结构多余内力, 它是由由混凝土收缩造成的;其二为在荷载作用中产生的内力。将二者叠加后, 就会出现新的最大拉应力区, 这时的拉应力就成为结构配筋的依据[4]。

4 结语

随着科学技术的不断发展, 人们对建筑工程的要求越来越高。土建工程结构的耐久性一直是设计者与使用者关注的主要问题。土建结构的耐久性与人们的人身安全和经济的发展息息相关。土建工程结构的耐久性问题是一个复杂的问题, 相关部门必须加以重视, 在国家规定的安全性标准基础之上, 运用高科技技术, 对土建结构的耐久性进行研究, 最终建立起一套完善的土建结构保护体系, 提高土建结构的安全性和耐久性。

参考文献

[1]张玮.浅谈影响土建结构耐久性的因素与提升措施[J].地球, 2013, 2:267.

[2]李智.影响土建结构耐久性的因素与提升措施探析[J].建材与装饰, 2012, 6:79-80.

影响桥梁耐久性的因素 篇10

改革开放以来, 我国进行了大规模的基础建设, 大部分是以钢筋混凝土结构为主的模式。除了传统的设计方法, 比如强度、刚度等基本的力学性能指标外, 建筑还需要考虑耐久性和经济性。截止20世纪末, 在我国, 有将近半数的建筑物进入老化阶段, 这意味着有约23.4亿m2的建筑面临着耐久性问题。因此, 目前土木工程领域的研究热点是对这些老化的建筑进行科学合理的耐久性和经济性评定以及剩余寿命的预测。本文着重阐述了混凝土的耐久性, 并且分析了影响混凝土耐久性的基本因素, 针对混凝土结构耐久性也提出了详细的应对措施。

一、概述混凝土的耐久性

钢筋混凝土结构耐久性不足会给构筑物造成严重的后果。混凝土结构在使用过程中, 在各种因素作用下, 混凝土维持自身正常性状的一种能力, 或者说在设计使用年限内其结构抵抗外界环境或内部侵蚀破坏作用的能力, 这就是混凝土的耐久性。据统计, 目前我国建筑物的老化现象比较严重, 现有建筑面积共计50亿m2, 其中近10亿m2必须维修加固才能正常使用, 约23亿m2必须分期分批进行鉴定和加固。对正在使用的钢筋混凝土构筑物进行科学合理的耐久性评定与剩余寿命预测, 不仅可以揭示潜在危险, 避免重大事故的发生, 及时做出维修或拆除决策, 最终研究成果还可为结构设计提供必要参考借鉴。在设计过程中, 首先对结构的耐久性进行评估, 使所设计结构具有足够的耐久性, 改善设计方案, 防患于未然。选择正确的处理方法对在役使用的建筑进行科学合理的耐久性评定和剩余寿命预测, 是现阶段混凝土耐久性研究最主要的热点。

二、混凝土耐久性的影响因素

内因和外因是影响混凝土结构耐久性的主要因素。混凝土材料和钢筋本身是内因;钢筋混凝土所处的恶劣的环境, 特指侵蚀性和非侵蚀性环境是外因。钢筋混凝土结构会在这些恶劣的环境下会出现抗冻失效、碱—集料反应失效、化学腐蚀失效、钢筋锈蚀造成结构破坏等现象。

当钢筋混凝土结构处于严寒的环境时, 混凝土内孔隙中的水将结冰, 体积膨胀, 同时部分水发生迁移, 形成各种水压力, 当压力聚集到一定程度时, 会导致混凝土的破坏, 这就是混凝土的冻融破坏。表面混凝土保护层会剥落, 剥落严重时可以露出内部的粗骨料, 这就是钢筋混凝土结构发生冻融破坏时的表现。

混凝土的碱—集料反应。混凝土中的碱与集料中活性组分发生的化学反应, 引起混凝土的膨胀、开裂, 甚至破坏就是混凝土的碱—集料反应。碱—硅酸反应、碱—碳酸盐反应、慢膨胀型碱—硅酸盐反应是比较常见的三种碱—集料反应。

化学侵蚀。当钢筋混凝土结构处在有侵蚀性介质的环境下时, 混凝土内部的水泥石发生一系列化学, 物理变化, 而混凝土结构受到侵蚀, 强度降低, 甚至发生破坏。一般化学侵蚀可分为以下五种:淡水腐蚀、一般酸性水腐蚀、碳酸腐蚀、硫酸盐腐蚀、镁盐腐蚀。

混凝土结构中钢筋的锈蚀。钢筋在外界环境作用下也会发生电化学腐蚀, 生成氢氧化铁等即铁锈, 这就导致钢筋的体积发生膨胀, 体积成倍增加, 最多可以达到原来体积的4倍, 使得混凝土出现裂缝, 腐蚀性介质通过了裂缝渗入混凝土内部, 加快结构的损坏。此外, 处于海水下或氯离子较多的环境下时, 当混凝土中氯含量超过一定的限值的时候, 钢筋会锈蚀, 因为氯离子对钢筋表面的钝化膜会产生破坏。

三、混凝土耐久性的提高措施

慎重选择水泥品种, 保证有足够的保护层厚度, 尽量限制碱骨料的使用, 注意结构合理, 在施工过程中认真对待技术措施, 对有可能导致混凝土耐久性降低的因素, 在设计阶段要有意识地采取相应的措施。这是提高结构耐久性的关键环节。这些都是在设计阶段需要慎重考虑的问题。

1. 保护层厚度足够

混凝土成型的前期, 钢筋表面会形成钝化保护膜, 这是其内部的高碱度的作用, 钝化保护膜对钢筋有保护作用。外界腐蚀性介质, 比如水分和氧气等可以由混凝土的保护层阻止隔离。保护层的厚度和其密实度是保护层作用效果的关键, 预提高混凝土结构耐久性、延长混凝土结构使用寿命, 可以增大混凝土保护层厚度。

2. 要正确选用混凝土材料和配合比

要评价混凝土耐久性设计是否合理, 需要评定对水、氧、二氧化碳及其他有害介质侵入混凝土的渗透程度。正确选择水泥品种是为了达到保证钢筋混凝土结构合适的抗渗透性, 保证水泥用量足够和尽可能降低水灰比, 选择良好的骨料及其级配。 (1) 水泥品种选择要优良。在一般环境条件下, 不宜选用早强水泥、硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥, 而应优先选用低水化热和含碱量低的水泥。 (2) 重视对骨料的要求。骨料体积改变而导致混凝土破坏属于骨料的不稳性, 因此, 骨料的物理耐久性一般反映在其体积的稳定性会不会随环境的改变而改变。 (3) 控制水灰比和水泥用量。耐久性混凝土结构设计就要注意控制水灰比, 控制水泥用量是为了保证混凝土的密实性, 因为水灰比关系着混凝土孔率的多少, 影响CO2在孔隙中的扩散程度、混凝土碳化的速度和对钢筋的锈蚀。

3. 氯盐的含量限制

氯盐污染部分来源于使用带有氯离子的掺合料的内掺原因造成, 有的是外部环境, 氯盐污染是诱发钢筋锈蚀的一个很重要因素。为了提高混凝土结构耐久性除前面所述措施外, 还需限制氯盐的含量。混凝土高碱性在一定范围内抑制了氯盐对钢筋的腐蚀, 而混凝土碱度低时微量氯盐就可引起钢筋锈蚀。

四、结语

混凝土耐久性是一个很复杂的问题, 虽然当前进行了很多研究, 但是有些问题还是没有完全解决。工程技术人员在设计施工过程中, 一定要提高对混凝土结构耐久性的重视, 而从长远看, 这对整个国民经济都大有益处。

参考文献

[1]杨静.混凝土碳化机理及影响因素[J].混凝土, 1995 (6) .

[2]肖从真.混凝土中钢筋腐蚀的机理研究及数论模拟方法[D].北京:清华大学, 1995.

[3]龚洛书, 柳春圃.混凝土的耐久性及其防护修补.北京:中国建筑工业出版社, 1990.

[4]戴自璋.混凝土的耐久性与预拌混凝土和高性能混凝土[J].上海建材, 2006 (02) .