《土木工程材料》课程论文--跨海通道混凝土结构耐久性研究与实施

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1、《土木工程材料》课程论文跨海通道混凝土结构耐久性研究与实施李明航北京交通大学大学土木建筑工程学院土木1110班学号：11232004摘要根据跨海通道混凝土结构腐蚀特点和跨海通道（复杂环境下）的设计使用寿命（100年），制定相应的保障混凝土结构耐久性基本措施和补充措施。关键词跨海通道混凝土结构耐久性影响跨海大桥混凝土结构耐久性的主要因素提高混凝土结构耐久性的基本措施补充措施一、国内一般跨海通道的基本腐蚀环境和沿岸混凝土结构腐蚀情况调查我国跨海大桥目前有24座。其中，港澳地区7座，大陆地区10座。大陆地区这10做跨海大桥中，东南沿海地区8座，北部海域2座。这些跨海大桥大多分布在东

2、南沿海，处于北亚热带南缘、东北季风盛行区，受季风影响较大，年平均气温及海水水温较高，常伴有海雾天气的出现。海洋环境特征明显。根据工程建设条件调查表明，沿海混凝土结构腐蚀情况一般十分严重。大部分跨海通道混泥土结构90%的损坏是由于环境恶劣、保护层不足、氯离子渗透导致钢筋锈蚀引起的。其他腐蚀因素，如混凝土中性化、碱骨料反应、硫酸盐侵蚀、海洋生物、泥沙冲蚀、冻融等，不是混凝土结构劣化的主要原因。二、混凝土结构使用寿命一般情况下混凝土中钢筋发生锈蚀的过程如图所示。第一阶段：碳化前沿达到钢筋表面或侵蚀介质在混凝土钢筋表面达到临界值，但钢筋钝化膜未发生破裂。第二阶段：介质浓度超过临界值，

3、发生局部腐蚀，腐蚀产物积累导致混凝土局部发生开裂，也即由钢筋表面的钝化膜发生局部破裂至混凝土发生局部开裂的时间。第三阶段：钢筋大面积腐蚀，混凝土保护层大面积开裂，钢筋腐蚀加速，导致钢筋截面迅速减小，以致使结构性能降至安全允许范围以外。严格意义上，直正的使用寿命应是处于t2-t3时间段的某一点T。即使具体情况不同，但设计使用寿命（100年）也一定要在结构性能降至安全允许范围6《土木工程材料》课程论文以内。三、影响跨海通道混凝土结构耐久性的主要因素资料表明，我国沿海海水中各种盐类的总含量，即盐度为20‰—35‰。其中，约占总盐量的78%，其余是等，约占22%。这些盐分随着海水、海

4、风、海雾缓慢侵入桥墩、乔塔以及桥面，对桥梁的结构造成腐蚀。总的来说，海洋环境下，影响混凝土的结构耐久性因素主要有：盐类侵蚀、碱集料反应以及海洋环境情况。（1）盐类侵蚀氯盐(Cl-)最主要的破坏作用是对被混凝土包裹的钢筋进行腐蚀。氯离子与钢筋直接发生电化学反应，像催化剂一样促使钢筋的钝化膜破坏，使钢筋产生锈蚀。除氯盐外，海洋环境中还有一定的硫酸盐和镁盐。其中，以硫酸镁的侵蚀最为强烈。和均作为侵蚀源，构成严重的复合侵蚀——硫酸盐侵蚀和镁盐侵蚀。通过反应生成石膏，导致固相体积增大，产生很大的内应力，引起混凝土的膨胀开裂；同时，反应生成大量的，引起水化产物的分解，造成混凝土强度和粘结

5、性的损失，生成钙矾石，而钙矾石的生成过程中又结合了大量的水，使得固相体积继续增大，引起混凝土的膨胀、开裂，甚至解体。（2）碱集料反应碱活性集料、碱含量和水分的存在，是混凝土发生碱集料反应（AAR）的充分必要条件。海洋潮湿的环境使桥梁内部长期保持着较高的湿度。同时，渗入的海水可提供碱集料反应所需的。研究表明，当混凝土内多孔溶液中的浓度超过时，若发生碱集料反应，周围溶液中的起着催化作用。那么，当混凝土中的碱含量(OH-)较高时，海水中的可能发挥着类似的催化作用。因此，处于海洋环境中的桥梁混凝土具有较大的碱集料反应风险。碱集料反应生成的碱—硅酸盐凝胶吸水膨胀，体积增大，引起混凝土局

6、部过度膨胀，从而诱发裂缝并加速侵蚀破坏。（3）海洋环境情况6《土木工程材料》课程论文研究表明，温度每升高10℃，侵蚀反应速度增加1倍。与此同时，高温可以大大缩短钢筋脱离钝化膜的时间，这便加速了侵蚀破坏的进程。比如，在厦门、杭州、青岛等沿海地区，由于夏季气温常年偏高，海水水温也较高，有助于侵蚀反应的发生。同时，在多孔的混凝土中，当混凝土空隙中的水分蒸发，导致水溶液浓度大于饱和浓度时，水中的盐分便会产生结晶，相应的结晶压力可以使混凝土开裂、剥落。可以想到，在潮汐作用下，桥墩部分处于干湿交替的状态，常常发生连续结晶—溶解循环过程，使混凝土表层发生剥落。上述因素相互关联、相互影响，它

7、们共同造成了跨海桥梁混凝土结构的破坏。例如，存在细微裂缝的混凝土常常因孔隙中盐的结晶作用及盐离子与混凝土组分发生化学反应而膨胀开裂，这又加剧了海水的侵入，加强了海水与混凝土组分之间的反应，造成混凝土的孔隙率增大，引起混凝土强度与刚度的损失。于此同时，海水侵入缩短了氯离子到达钢筋表面的时间，促进了钢筋锈蚀，这又加剧了混凝土的开裂破坏。四、提高混凝土结构耐久性的基本措施混凝土结构的使用寿命与混凝土本身的氯离子(Cl-)扩散速率和结构的钢筋保护层厚度密切相关。混凝土氯离子扩散系数越低，结构的钢筋保护层厚度越大