摘要 系統(tǒng)的總結(jié)了國內(nèi)外混凝土材料和結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀及耐久性研究發(fā)展現(xiàn)狀，明確 了既有混凝土材料與結(jié)構(gòu)耐久性評價是一個迫切需要解決的課題。針對海潮影響區(qū)環(huán) 境特點，提出了海潮區(qū)既有混凝土材料與結(jié)構(gòu)耐久性評價技術(shù)的主要研究內(nèi)容和技術(shù) 路線。 通過現(xiàn)場檢測分析，提出海潮影響區(qū)混凝土材料和結(jié)構(gòu)耐久性的主要病害形式為 氯離子侵蝕誘發(fā)的鋼筋腐蝕。 通過對鋼筋混凝土材料和結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)分析與實際狀態(tài)對比，針對海潮影響 區(qū)環(huán)境特點，建立了包括氯離子擴(kuò)散系數(shù)、混凝土均勻性、裂縫工況、混凝土電阻率、 空鼓起翹剝落、蜂窩麻面、鋼筋表面氯離子濃度、氯離子侵蝕深度、鋼筋銹蝕程度等 指標(biāo)的海潮影響區(qū)混凝土材料與結(jié)構(gòu)耐久性評價指標(biāo)體系。 通過試驗檢測、理論分析和對現(xiàn)有研究成果的總結(jié)，研究了海潮影響區(qū)混凝土結(jié) 構(gòu)鋼筋腐蝕的氯離子臨界濃度取值。針對山東省海潮區(qū)環(huán)境特點和既有混凝土橋梁材 料，提出氯離子臨界濃度在大氣區(qū)為0 1 3 ( 占混凝土重) 、在浪濺區(qū)和水位變動區(qū) 為0 0 7 ( 占混凝土重) ；分析了混凝土電阻率和鋼筋半電池電位等兩個無損檢測指 標(biāo)檢測值與混凝土材料和結(jié)構(gòu)耐久性狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系?；诖?，提出了各指標(biāo)的評價 分級標(biāo)準(zhǔn)。 利用層次分析法( a h p ) 建立了鋼筋混凝土材料和結(jié)構(gòu)耐久性評價的層次結(jié)構(gòu)模 型。針對海潮區(qū)混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，建立了指標(biāo)層、準(zhǔn)則層、單個構(gòu)件層、構(gòu)件層、結(jié) 構(gòu)層、整體結(jié)構(gòu)等六個層次的材料與結(jié)構(gòu)耐久性評價模型。通過對海潮影響區(qū)混凝土 橋梁養(yǎng)護(hù)管理部門多位專家的調(diào)研，利用f l i p 法構(gòu)造判斷矩陣，提出了適合于海潮影 響區(qū)各因素基礎(chǔ)權(quán)重系數(shù)。 根據(jù)模糊評價方法的一般原理，結(jié)合混凝土材料和結(jié)構(gòu)耐久性評價的特點，選擇 主因素突出型算子對作為模糊綜合評價過程中的技術(shù)手段，分別建立了定性指標(biāo)和定 量指標(biāo)的隸屬函數(shù)，采用加權(quán)平均法對模糊評價集的信息進(jìn)行分析，建立了一套完整 的海潮影響區(qū)既有混凝土橋梁材料和結(jié)構(gòu)耐久性評價的模糊評價方法。 應(yīng)用建立的評價方法分別對一座位于海潮區(qū)環(huán)境的混凝土橋梁的主梁、蓋梁、混 凝土柱的大氣區(qū)部分、浪濺區(qū)部分、水位變動區(qū)部分進(jìn)行了耐久性評價。針對不同的 耐久性評價結(jié)果，對不同構(gòu)件和部位分別采取了相應(yīng)的耐久性維護(hù)材料和施工工藝。 關(guān)鍵詞：海潮影響區(qū)、鋼筋混凝土、材料與結(jié)構(gòu)耐久性、模糊評價 a b s t r a c t s t a t eo ft h ea r to fc o n c r e t em a t e r i a l sa n ds t r u c t u r e sd u r a b i l i t ya n dd u r a b i l i t yr e s e a r c h d e v e l o p m e n ti sf u l l yr e v i e w e d i ti se x p l i c i t t h a th o wt oe v a l u a t ed u r a b i l i t yo fe x i s t i n g c o n c r e t em a t e r i a l sa n ds t r u c t u r e si sam u c hu r g e n tw o r k b a s e do nt h i sm a i nr e s e a r c h e n v i r o n m e n t a lf e a t u r e s ，r e s e a r c hs c h e m e sa r ep u tf o r w a r ds p e c i a l l ya g a i n s tb o t hc o n c r e t ea n d s t r u c t u r a ld u r a b i l i t ye v a l u a t i o no ft h ep r i m a r yr e s e a r c ha n dt e c h n i c a lr o u t e a c c o r d i n g t of i e l dt e s tr e s u l t s ，m o s to b v i o u sd i s e a s eo fc o n c r e t em a t e r i a l sa n d s t r u c t u r e si sr e b a rc o r r o s i o ni n d u c e db yc h l o r i d ei n g r e s si no c e a ne n v i r o n m e n t e v a l u a t i o ni n d e xs y s t e ms u i t a b l ef o rc o n c r e t em a t e r i a l sa n ds t r u c t u r e si no c e a n e n v i r o n m e n t ，w h i c hi n c l u d e st h a tc o e f f i c i e n to fc h l o r i d e ，c o n c r e t eq u a l i t yu n i f o r m i t y , c r a c k c o n d i t i o n ，c o n c r e t ee l e c t r i c a lr e s i s t i v i t y , c o n c r e t es p a l l i n g ，v o i d s a n d p i t s ，c h l o r i d e c o n c e n t r a t i o no nr e b a r , c h l o r i d ei n g r e s sd e p t h ，r e b a rc o r r o s i o nd e g r e e ，i se s t a b l i s h e da f t e r c o m p a r i s o nb e t w e e nf i e l dt e s tr e s u l t sa n dc o n c r e t ev i r t u a lc o n d i t i o n s c h l o r i d ec r i t i c a lc o n c e n t r a t i o ni ss t u d i e db yt e s tr e s u l t ，t h e o r ya n a l y s i sa n ds u m m a r i z e o fp r e s e n tc o h e r e n ta c h i e v e m e n t s i ti s0 1 3 ( t oc o n c r e t e ) a ta t m o s p h e r ez o n ea n d0 0 7 ( t o c o n c r e t e ) a ts p l a s h e dz o n ea n dt i d a lz o n ei ns h a n d o n gp r o v i n c e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n d u r a b i l i t yo fc o n c r e t em a t e r i a l sa n ds t r u c t u r e sa n dt w on o n d e s t r u c t i v et e s ti n d e x e s ，c o n c r e t e r e s i s t i v i t ya n dh a l f - c e l lp o t e n t i a l ，i sd i s c u s s e d b a s e do nt h e s ee v a l u a t i o nr u l e si sp r o p o s e d d u r a b i l i t ye v a l u a t i o nm o d e li ss u g g e s t e db a s e do na n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sm e t h o d s i xl a y e r se v a l u a t i o nm o d e li se s t a b l i s h e df o rc o n c r e t eb r i d g ei no c e a ne n v i r o n m e n ti n c l u d i n g i n d e xl a y e r , i t e ml a y e r , s i n g l ec o m p o n e n tl a y e r , c o m p o n e n ts y s t e ml a y e r , s t r u c t u r el a y e ra n d w h o l es t r u c t u r e w e i g h to fe a c he l e m e n ti sd e t e r m i n e di ne v e r yl e v e li nd u r a b i l i t ye v a l u a t i o n m o d e lt h r o u g hs o l v i n gj u d g e m e n tm a t r i x e sc o n s t r u c t e db ya h pt h r o u g hc o n s u l t i n gm a n y e x p e r t sw o r k i n ga tc o n c r e t eb r i d g em a i n t e n a n c ei no c e a ne n v i r o n m e n t a c c o r d i n gt oc h a r a c t e r i s t i co fc o n c r e t em a t e r i a l sa n ds t r u c t u r e sd u r a b i l i t ye v a l u a t i o n a n dp r i n c i p l eo ff u z z i n gm a t h e m a t i c s ，m a i nf a c t o rr e m a r k a b l ef u z z i n go p e r a t o ri sa d o p t e d m e m b e r s h i pf u n c t i o n sa r es u g g e s t e ds e p a r a t e l yf o rq u a l i t a t i v ei n d e xa n dq u a n t i t a t i v ei n d e x w e i g h t e da v e r a g em e t h o di sa d o p t e dt oe x t r a c te v a l u a t i o ni n f o r m a t i o nf r o mf u z z i n gs e t a s y s t e m i ce v a l u a t i o nm e t h o di se s t a b l i s h e df o rd u r a b i l i t yo fe x i s t i n gc o n c r e t eb r i d g ei no c e a n e n v i r o n m e n t d u r a b i l i t ye v a l u a t i o nm e t h o di su s e di nc o n c r e t eb r i d g ec o m p o n e n t ss u c ha sm a i nb e a m ， c o p i n gb e a m ，c o l u m na ta t m o s p h e r ez o n e ，a ts p l a s h e dz o n ea n da t t i d a lz o n e d i f f e r e n t m a t e r i a la n d t e c h n o l o g y i s a p p l i e d f o rd i f f e r e n tc o m p o n e n t sb a s e do nt h ed u r a b i l i t y e v a l u a t i o nr e s u l t s k e yw o r d o c e a ne n v i r o n m e n t ；r e i n f o r c e dc o n c r e t e ；m a t e r i a la n ds t r u c t u r e ；d u r a b i l i t y ；f u z z y e v a l u a t i o n l l 論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明：本人所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研 究工作所取得的成果。除論文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，對論文的研 究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本論文 中不包含任何未加明確注明的其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的成果。 本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 論文作者簽名：左芝、武 坪夕月聲日 論文知識產(chǎn)權(quán)權(quán)屬聲明 本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下所完成的論文及相關(guān)的職務(wù)作品，知識產(chǎn)權(quán)歸 屬學(xué)校。學(xué)校享有以任何方式發(fā)表、復(fù)制、公開閱覽、借閱以及申請 專利等權(quán)利。本人離校后發(fā)表或使用學(xué)位論文或與該論文直接相關(guān)的 學(xué)術(shù)論文或成果時，署名單位仍然為長安大學(xué)。 ( 保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定) 論文作者簽名：左蓋戔 導(dǎo)師簽名： 王 叩年7 月石日 夕年羅月1 0 日 長安大學(xué)碩上學(xué)位論文 1 1 研究背景和意義 第一章緒論 山東省海岸線長3 0 0 0 多公里，在海潮影響范圍內(nèi)建設(shè)了大量的混凝土橋梁構(gòu)造物， 這些橋梁在運(yùn)營過程中，除承受正常運(yùn)營荷載外，還承受著海潮和風(fēng)浪等自然環(huán)境的侵 蝕作用，耐久性經(jīng)受著嚴(yán)峻的考驗。2 0 0 2 年1 0 月3 日，位于省道3 2 0 線的濱州秦口河 大橋預(yù)應(yīng)力橋面板突然斷裂，橋板掉入河中，當(dāng)時既沒有車輛在橋上，也沒有任何外來 荷載。秦口河大橋于1 9 9 5 年1 0 月建成，通車僅7 年的時間。建成通車于1 9 9 4 年的煙 臺至威海高速公路多座橋梁在2 0 0 4 年也出現(xiàn)了橋面板突然斷裂的現(xiàn)象，橋面下沉3 0 多 厘米，由于發(fā)現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)并采取了封橋補(bǔ)救措施，才避免了事故的發(fā)生。至此，沿海海 潮影響區(qū)既有混凝土橋梁的耐久性問題引起了社會各界的普遍關(guān)注，業(yè)內(nèi)人士和公路管 理部門對此尤為重視。2 0 0 6 年，本人組織了對山東省沿海海潮區(qū)的部分市的既有混凝 土橋梁的耐久性進(jìn)行了調(diào)查和分析，其中對煙威高速公路沿線8 0 多座橋梁和通道的梁 板、蓋梁、墩柱分別進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查和檢測分析，內(nèi)容包括混凝土強(qiáng)度與質(zhì)量的檢測， 鋼筋銹蝕電位、電阻率檢測，鋼筋保護(hù)層厚度及鋼筋分布的檢測，混凝土裂縫檢測，混 凝土碳化深度檢測以及氯離子含量的檢測( 將現(xiàn)場的采取粉樣在實驗室內(nèi)采用滴定法進(jìn) 行測定) 。 通過對山東沿海地區(qū)混凝土橋梁耐久性進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)海潮影響區(qū)的混凝土橋梁耐 久性不足、早期損壞現(xiàn)象非常普遍，主要表現(xiàn)為由氯離子侵蝕誘發(fā)的鋼筋銹蝕，同時局 部也存在其他如凍融、水、鹽侵蝕導(dǎo)致的混凝土酥化、表層脫落等病害。從混凝土橋梁 使用年限來看，既有海潮影響區(qū)的混凝土橋梁在使用了1 0 年左右，就開始出現(xiàn)鋼筋銹 蝕等耐久性病害，普遍不能滿足使用壽命要求。對橋梁構(gòu)造物的耐久性應(yīng)如何評價，并 實施針對性的修復(fù)是擺在面前的一個非常重要的課題。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，海潮影響區(qū)橋梁耐久性的重要性得以充分顯現(xiàn)。目前在建設(shè)新的 橋梁時，都針對所處的地區(qū)，有針對性地對耐久性問題進(jìn)行充分的研究和探討，并在施 工中充分應(yīng)用，以保障結(jié)構(gòu)合理的使用年限。但是對于海潮影響區(qū)內(nèi)既有橋梁的耐久性 研究較少，而這些既有橋梁存在的隱患與危險性更大。據(jù)2 0 0 6 年的山東省公路統(tǒng)計資 料顯示，在山東省3 0 0 0 余公里的海岸線上，海潮影響區(qū)內(nèi)僅國、省道上就建有7 8 4 座 橋梁3 8 2 7 5 延米長，縣鄉(xiāng)及專用公路上的橋梁有1 7 8 0 座5 5 2 2 5 延米長，而且其荷載標(biāo) 第一章緒論 準(zhǔn)和混凝土的標(biāo)號更低，施工工藝較粗糙。這些橋梁承擔(dān)著繁重的交通壓力，如果不對 其耐久性進(jìn)行研究，而只關(guān)心其安全評價是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在安全性還能夠滿足的條件下， 研究耐久性，并采取相應(yīng)的措施，將極有利于延長橋梁實際壽命和提高安全性，避免對 還沒有超出服役期的橋梁進(jìn)行重建，并避免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和惡劣的社會影響。 鑒于沿海海潮區(qū)混凝土橋梁耐久性嚴(yán)重不足的狀況，論文以此為題進(jìn)行了研究，期 望通過研究既有橋梁的耐久性狀態(tài)，提出沿海海潮影響區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)物的耐久性評價方法 和維護(hù)技術(shù)，為該類地區(qū)既有橋梁檢測、養(yǎng)護(hù)提供技術(shù)依據(jù)，保證海潮影響區(qū)混凝土橋 梁預(yù)期使用壽命，確保公路的通行安全、暢通。 1 2 國內(nèi)外研究和發(fā)展現(xiàn)狀 1 2 1混凝土耐久性現(xiàn)狀 以水泥、砂、石和水為主要原料配制而成的水泥混凝土是當(dāng)今世界上用量最大的人 造材料，被稱為人造石。自1 8 2 4 年波特蘭水泥問世以來，混凝土材料以其廣泛的適用 性和低廉的造價成為土木建筑工程中不可缺少的材料，其用量越來越大。目前幾乎所有 的現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施工程都離不開混凝土，全球混凝土的年消耗量已從2 0 世紀(jì)6 0 年代初的 人均1 噸增加到現(xiàn)在的接近2 噸，目前我國水泥的年產(chǎn)量已增長到7 億噸，可以配制混 凝土約2 3 億立方米，這些數(shù)據(jù)并將繼續(xù)增加。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于其諸多優(yōu)點且造價 低廉，成為目前土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的首選，應(yīng)用范圍非常廣泛。 盡管混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)有一百多年的歷史，但大量并廣泛地應(yīng)用于各類土建工程則不 過5 0 年。混凝土作為全球用量最大的人造材料，隨著土建工程規(guī)模不斷的擴(kuò)大并向海 洋等更加惡劣的環(huán)境中延伸，但實際上混凝土材料在很多環(huán)境中并不像當(dāng)初設(shè)想的那樣 耐久。2 0 世紀(jì)6 0 年代末期，美國公路橋面板結(jié)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕破壞的事例大幅增加。在噴 灑除冰鹽的環(huán)降雪帶地區(qū)和海洋環(huán)境中，采用普通鋼筋、保護(hù)層厚度為4 0 m m 的橋面板 往往在建成7 - - 1 0 年后就出現(xiàn)鋼筋銹蝕引起的混凝土脹裂，一般建成后2 0 年左右就必 須進(jìn)行大修。美國國家標(biāo)準(zhǔn)局( n b s ) 1 9 7 5 年的調(diào)查表明，美國每年因為橋面板結(jié)構(gòu) 出現(xiàn)腐蝕造成的損失達(dá)7 0 0 多億美元，其中混凝土中鋼筋銹蝕造成的損失約占4 0 ，即 約2 8 0 億美元。據(jù)1 9 9 9 年的統(tǒng)計資料，美國當(dāng)時共有在冊橋梁5 8 6 萬座，其中有缺陷 ( 不能承受設(shè)計荷載需限載通行) 的橋梁為8 8 萬座，占全部橋梁的1 5 ，平均每年有 1 5 0 至2 0 0 座橋梁部分或完全倒塌? 修復(fù)這些橋梁需上千億美元。究其原因除了荷載增 加，受地震或船舶撞擊作用外，最主要的就是混凝土橋梁的耐久性不足。美國交通部運(yùn) 2 長安大學(xué)碩士學(xué)位論文 輸研究委員會在1 9 9 2 年的一份報告中指出美國因除冰鹽而引起鋼筋銹蝕需限載通行的 公路橋梁占橋梁總數(shù)的1 4 ，其中不能通車的危橋占1 。 1 9 9 8 年英國高速公路橋梁由于除冰鹽引起腐蝕的損失僅在英格蘭與威爾十兩地就 達(dá)6 2 億英磅。英國每年用于修復(fù)鋼筋混凝上結(jié)構(gòu)的費(fèi)用達(dá)2 0 0 億英鎊。在混凝土劣化 的耐久性破壞因素中，鋼筋銹蝕占一半以上。英國調(diào)查統(tǒng)計了2 7 1 項混凝土工程劣化破 壞事例，其中碳化銹蝕占1 7 ，環(huán)境氯鹽銹蝕占3 3 ，內(nèi)部氯鹽( 由配制混凝土的原 材料帶入) 銹蝕占5 ，以上三項鋼筋銹蝕總和占5 5 ，另外還有：混凝土凍蝕占1 0 ， 混凝土磨蝕占1 0 ，混凝土堿集料反應(yīng)破壞占9 ，硫酸鹽化學(xué)腐蝕占4 ，其它很少 發(fā)生的腐蝕破壞占7 。 在日本，據(jù)統(tǒng)計目前大約有2 1 4 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損壞是因鋼筋銹蝕引起的。日 本經(jīng)濟(jì)高速增長期在1 9 5 5 - - 1 9 7 4 年，日本的年混凝土用量從1 9 6 0 年的1 5 億噸直線上 升至1 9 7 8 年的6 億噸，由于大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)比西方稍晚，所以發(fā)現(xiàn)耐久性問題也 比西方晚。日本運(yùn)輸省檢查1 0 3 座混凝土碼頭，發(fā)現(xiàn)凡使用2 0 年以上的均有相當(dāng)明顯 的需要立即修補(bǔ)的順筋開裂現(xiàn)象，而許多國家和地區(qū)的碼頭狀況比日本還差，一些碼頭 往往使用不到1 0 年就需大修。日本的新干線使用不到1 0 年，就出現(xiàn)大面積混凝土開裂、 剝蝕現(xiàn)象。 美國腐蝕工程師協(xié)會( n a c e ) 等幾個組織聯(lián)合調(diào)查表明，1 9 9 9 年至2 0 0 1 年間， 在美國，腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失每年平均達(dá)2 7 6 0 億美元，占g d p 的3 1 ，其中， 交通公共設(shè)施占3 4 9 ，建筑業(yè)占1 8 ，制造業(yè)占3 1 5 ，而間接損失比直接損失還要 大得多。對于橋梁破壞，影響交通所造成的損失要比修復(fù)橋梁所花費(fèi)用多1 0 倍。英國 3 0 年來的腐蝕損失平均占g d p 的3 5 ，澳大利亞占g d p 的4 2 ，而波蘭則達(dá)到g d p 的6 1 0 ，為西方國家的2 倍。在這些腐蝕損失中，土建基礎(chǔ)設(shè)施工程的劣化損壞占 4 0 ，其中主要是混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕。 我國在役的混凝土橋梁出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土開裂的現(xiàn)象十分普遍，劣化的主要原 因在于混凝土的密實性太差，鋼筋的保護(hù)層太薄，以及有的地區(qū)使用活性骨料引起的堿 集料反應(yīng)。近年來由于使用除冰鹽融化道路積雪，使北方地區(qū)的公路橋梁迅速銹蝕。我 國有不少鹽漬地區(qū)，包括濱海鹽漬地和西北靠近內(nèi)陸鹽湖、鹽田的鹽漬地等區(qū)域的許多 建筑物建成后僅使用7 8 年即遭強(qiáng)腐蝕而破壞。靠近海岸的橋梁，特別是華南、華東 一帶，由于海洋環(huán)境和高溫高濕的影響，更容易發(fā)生腐蝕破壞，有的在十年內(nèi)就需要修 復(fù)，遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計壽命的要求。臺灣省的澎湖跨海橋過早發(fā)生破壞是跨海大橋耐久性差 3 第一章緒論 的典型事例。澎湖大橋以鋼筋混凝土為主體，規(guī)模大，投資多，原設(shè)計壽命至少要超過 4 0 年，但在使用7 年之后，就出現(xiàn)鋼筋銹蝕問題，梁、板、柱等部位陸續(xù)出現(xiàn)順筋開 裂的現(xiàn)象。使用1 7 年后，由于腐蝕破壞嚴(yán)重，承載力大幅下降以至處于不安全狀態(tài)， 最終不得不拆除重建。 據(jù)交通部公路統(tǒng)計資料表明，截止2 0 0 6 年底，全國擁有公路橋梁5 3 3 6 2 0 座，總長 約2 0 3 9 9 公里，其中9 4 為中小型橋梁，它們中間的6 1 主要分布在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低、通 行能力差的縣鄉(xiāng)級公路上，設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)低( 大多為汽一1 3 、汽一1 5 、拖- - 6 0 、掛- - 8 0 級，有些甚至低于汽一1 0 級) ，與現(xiàn)行的主要級別( 公路i 級，公路i i 級) 要求相比有 很大差距。由于交通量與日俱增，車輛載重不斷提升，加上缺乏日常維修，多處于帶病 超負(fù)荷工作狀態(tài)，因而進(jìn)一步加快了損壞速度。僅從橋梁的安全性考慮，公路危橋有 6 3 0 9 4 座，達(dá)1 7 7 8 1 7 4 延米。如果考慮耐久性的評價，應(yīng)該遠(yuǎn)不止這個數(shù)據(jù)。 以上的數(shù)據(jù)和事例說明，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足造成的損失大大超過了人們的估 計。國外學(xué)者曾經(jīng)用“五倍定律”形象地描述混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的重要性，即設(shè)計階 段在鋼筋防護(hù)方面節(jié)省1 美元，那么就意味著：發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時采取措施將追加維修費(fèi) 5 美元；混凝土表面順筋開裂時采取措施將追加維修費(fèi)2 5 美元；嚴(yán)重破壞時采取措施 將追加維修費(fèi)1 2 5 美元。 1 - 2 2國外混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究 為了解決混凝土的耐久性，從2 0 世紀(jì)8 0 年代中期起，發(fā)達(dá)國家掀起了以耐久性為 基本要求的高性能混凝土的發(fā)展研究。i a b s e ( 國際橋梁與結(jié)構(gòu)工程協(xié)會) 于1 9 8 7 年 在巴黎召開了“混凝土的未來”國際學(xué)術(shù)會議，把耐久性放在一個非常突出的位置；2 0 0 1 年i a b s e 、r i l e m 、c i b ( 國際建筑和建設(shè)研究與創(chuàng)新理事會) 、f i b ( 國際結(jié)構(gòu)混凝土 聯(lián)合會) 、e c c s ( 歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會) 、j c s s ( 國際結(jié)構(gòu)安全度聯(lián)合會) 、e s r a ( 歐洲安 全度和可靠度協(xié)會) 、c e r r a ( 土木工程風(fēng)險性和可靠度協(xié)會) 在馬爾他召開了“安全 性、風(fēng)險性與可靠性工程中的趨勢”國際學(xué)術(shù)會議。高性能混凝土有可能為基礎(chǔ)設(shè) 施工程提供1 0 0 年以上的使用壽命，更適合工業(yè)化，自動化生產(chǎn)并且有更高的施工質(zhì)量 可靠性。這種混凝土是在現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其原材料配比上的特點 是通過采用較低的水泥用量、較大的礦物摻和料用量和較少的拌和水用量，來增強(qiáng)混凝 土的密實性、抗裂性、抗化學(xué)腐蝕性，改善了其工作和易性，既能提高混凝土的耐久性， 又能充分利用工業(yè)廢料( 粉煤灰和礦渣等礦物摻合料) ，減少水泥生產(chǎn)的能源消耗與污 4 長安大學(xué)碩士學(xué)位論文 染。高性能混凝土的開發(fā)得到了各國政府的高度重視。 除了耐久混凝土的材料研究外，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計方法也是各國研究的重 點。部分科研成果已應(yīng)用于工程實踐并成為指導(dǎo)工程設(shè)計、施工、維護(hù)等的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文 件。1 9 9 8 年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院、美國混凝土協(xié)會及美國材料試驗學(xué)會( a s t m ) 共同主持召開了混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命和全壽命費(fèi)用預(yù)測模型的研討會，確定在美國混凝 土協(xié)會下屬的使用壽命預(yù)測委員會的管轄下，研究發(fā)展“標(biāo)準(zhǔn)模型”。歐洲國家在這方面 的研究更為活躍，設(shè)在歐洲的r i l e m 、c i b 、c e b ( 歐洲混凝土委員會) 、f i p ( 國際預(yù) 應(yīng)力混凝土協(xié)會) 等學(xué)術(shù)團(tuán)體的幾個專業(yè)委員會都參與了這方面的活動。1 9 8 9 年，歐 洲混凝土委員會通報1 8 2 號發(fā)表了混凝土耐久性結(jié)構(gòu)設(shè)計指南。1 9 9 6 年，r i l e m 的 1 3 0 c s l 技術(shù)委員會提出了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計的報告，對基于材料性能劣化 計算模型的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法作了全面和系統(tǒng)的論述。 1 2 3 我國耐久性研究概況 我國對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究起步于2 0 世紀(jì)6 0 年代初南京水利科學(xué)研究院對混 凝土碳化和鋼筋銹蝕的相關(guān)研究。2 0 世紀(jì)8 0 年代初，鐵道部、交通部和中國土木工程 學(xué)會等有關(guān)單位結(jié)合工程需要對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕組織進(jìn)行了實驗研究，收集了大量的 實驗數(shù)據(jù)。中國土木工程學(xué)會于1 9 8 2 年、1 9 8 3 年連續(xù)兩次召開了全國耐久性學(xué)術(shù)會議， 為隨后混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范的科學(xué)修訂奠定了基礎(chǔ)，推動了耐久性研究工作的進(jìn)一步開展。 1 9 9 1 年1 2 月在天津成立了全國混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究小組，并開始著手制定混凝土結(jié) 構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，使混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究朝系統(tǒng)化、規(guī)范化的方向更邁進(jìn)了 一步。1 9 9 4 年國家科學(xué)技術(shù)委員會組織的國家基礎(chǔ)性研究重大項目( 攀登計劃b ) “重 大土木與水利工程安全性與耐久性的基礎(chǔ)研究”促進(jìn)了我國混凝土耐久性研究的迅速發(fā) 展。經(jīng)過為期6 年的研究，至2 0 0 0 年已取得了大量的基礎(chǔ)性研究成果。2 0 0 0 年5 月在 杭州舉行的中國土木工程學(xué)會第九屆年會學(xué)術(shù)討論會，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是大會的主 題之一，會議認(rèn)為必須要重視工程結(jié)構(gòu)耐久性的研究【2 5 1 。2 0 0 1 年1 1 月和2 0 0 2 年1 1 月 相繼在北京舉行了關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)安全性、耐久性及耐久性設(shè)計的研討會，混凝土結(jié)構(gòu) 耐久性問題得到了前所未有的重視。從2 0 0 2 年4 月1 日起實施的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī) 范( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 中新增了耐久性規(guī)定，有利于設(shè)計人員在新建結(jié)構(gòu)時作為參考。 我國水工、港工、海工設(shè)計規(guī)范及海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范、工業(yè)建筑 防腐蝕設(shè)計規(guī)范中也已有一些混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的規(guī)定。此外，作為建設(shè)部“九 5 第一章緒論 五”科技研究課題的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計建議正在編制之中，但目前我國尚無已 有結(jié)構(gòu)耐久性評估、病害診治方面的相關(guān)技術(shù)規(guī)范。 發(fā)達(dá)國家在這一領(lǐng)域的做法值得借鑒。如美國混凝土協(xié)會專門出版有混凝土修補(bǔ) 手冊，對結(jié)構(gòu)的評估、修復(fù)等方面有詳細(xì)的指南。我國現(xiàn)階段有大量土建結(jié)構(gòu)已進(jìn)入 老化期，加上以前對耐久性問題重視不足，急需進(jìn)行如結(jié)構(gòu)診治( 包括診斷、改造、加 固、修復(fù)、防護(hù)等) 的研究，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性病害診治技術(shù)研究的重要性將隨時間延 長而日益明顯。在技術(shù)方面，必須加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，弄清混凝土劣化機(jī)理，研究新型 特種修復(fù)材料；在政策方面，應(yīng)盡快制定相關(guān)技術(shù)規(guī)范，方便從業(yè)人員使用。目前，混 凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定標(biāo)準(zhǔn)正在編制中，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性修繕技術(shù)規(guī)程的編制也 已經(jīng)啟動。 1 2 4 當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究熱點內(nèi)容 影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性的因素主要有環(huán)境、材料和結(jié)構(gòu)等方面，這些因素可分為 環(huán)境、材料、構(gòu)件和結(jié)構(gòu)四個層次，相對而言材料和構(gòu)件的研究較為深入。 混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境中的侵蝕性介質(zhì)通過各種途徑進(jìn)入混凝土內(nèi)部，使混凝土和鋼 筋的性能劣化、粘結(jié)性能降低，從而使混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、適用性降低，最終影響整 個結(jié)構(gòu)的工作性能。根據(jù)引起混凝土結(jié)構(gòu)耐久性損傷的原因，可以將環(huán)境劃分為一般環(huán) 境、特殊環(huán)境和災(zāi)害環(huán)境。一般環(huán)境中的二氧化碳、環(huán)境溫度與環(huán)境濕度、酸雨等將使 混凝土中性化，并使其中的鋼筋產(chǎn)生銹蝕，而環(huán)境溫度與環(huán)境濕度等則是影響鋼筋銹蝕 的最主要因素；特殊環(huán)境中的酸、堿、鹽是導(dǎo)致混凝土腐蝕破壞與鋼筋銹蝕破壞的最主 要原因，如沿海地區(qū)的鹽害、寒冷地區(qū)的凍害、腐蝕性土壤及工業(yè)環(huán)境中的酸堿腐蝕等； 如果說結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設(shè)計解決的是荷載作用效應(yīng)與構(gòu)件或結(jié)構(gòu)承載能力的問 題，那么耐久性解決的則是環(huán)境作用效應(yīng)與混凝土抵抗環(huán)境作用能力的問題。 材料方面的研究是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究最基礎(chǔ)的部分，包括對混凝土和鋼筋兩種 材料的研究。目前大多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究成果是在材料學(xué)科方面取得的，主要包 括鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、堿集料反應(yīng)、化學(xué)作用和混凝土配合比等的機(jī)理，以及物理、 化學(xué)和生化過程和環(huán)境侵蝕分析。p km e h t a 教授在1 9 9 1 年美國和加拿大聯(lián)合舉行的 第二屆混凝土耐久性國際學(xué)術(shù)會議的主旨報告混凝土耐久性五十年進(jìn)展中指出： “當(dāng)今世界混凝土破壞的原因，按重要性遞減順序排列是：鋼筋銹蝕、凍害、物理化學(xué) 作用”。 6 長安大學(xué)碩士學(xué)位論文 混凝土碳化是混凝土中的堿與所處環(huán)境中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣的 過程，它使混凝土的堿性降低，從而失去對鋼筋的保護(hù)作用。衡量混凝土碳化的指標(biāo)為 碳化深度。已經(jīng)有許多學(xué)者對混凝土碳化模型進(jìn)行了廣泛、深入的研究，取得了很多成 果。需要進(jìn)一步研究的問題是，目前各種碳化模型基本沒有考慮使用過程中相對濕度的 周期變化以及干濕交替的影響，而只能固定一種濕度進(jìn)行分析。不同模型給出的結(jié)果也 有較大的差別。 氯離子引起鋼筋銹蝕主要發(fā)生在海洋和近海環(huán)境以及冬季撤除冰鹽的環(huán)境中。氯離 子對混凝土結(jié)構(gòu)的危害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二氧化碳。在氯離子侵蝕下，鋼筋一旦發(fā)生銹蝕， 發(fā)展速度就會很快。目前在氯離子對混凝土及其內(nèi)部鋼筋的腐蝕機(jī)理方面已有較多的研 究，而氯離子對混凝土的侵入?yún)s尚未有一個統(tǒng)一的模型。 混凝土的凍融破壞主要發(fā)生在北方寒冷地區(qū)。造成混凝土凍融剝蝕的主要原因是混 凝土微孔隙中的水，在溫度正負(fù)交互作用下，形成冰脹壓力和滲透壓力聯(lián)合作用的疲勞 應(yīng)力，從而使混凝土產(chǎn)生由表及里的剝蝕破壞，并導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。 堿集料反應(yīng)也是影響混凝土耐久性最主要的因素之一，它不同于其他混凝土病害， 其開裂破壞是整體性的，并且堿集料反應(yīng)造成的混凝土開裂破壞難以阻止，因而成為 混凝土的“癌癥”，目前對其判定方法、影響因素和抑制方法都已有一定的研究。堿集 料反應(yīng)取決于混凝土中的堿含量、集料的堿活性和環(huán)境的作用情況。在潮濕高溫的環(huán)境 下堿一集料反應(yīng)的速度快，而在干燥常溫的環(huán)境下反應(yīng)速度慢。 混凝土結(jié)構(gòu)使用若干年后，不可避免地要受到各種耐久性損傷，造成結(jié)構(gòu)性能的退 化。作為業(yè)主自然關(guān)心結(jié)構(gòu)的剩余使用壽命，以制定他們的使用計劃。目前世界上已存 在大量服役若干年的結(jié)構(gòu)物，對服役結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行評估是建筑物維修改造工作中首 先需要解決的問題。 目前用于結(jié)構(gòu)耐久性評估的方法是美國賓州大學(xué)教授t ls a t t y 于2 0 世紀(jì)7 0 年代 初提出的層次分析法，其最初是應(yīng)用于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和管理規(guī)劃問題中，后來證明它對 于評價結(jié)構(gòu)耐久性也是十分有效的。其分析步驟可簡單概括為構(gòu)造因素分析圖、權(quán)重分 配與權(quán)系數(shù)的合成，在確定權(quán)重分配時，運(yùn)用不確定性數(shù)學(xué)方法如模糊數(shù)學(xué)、灰色理論 來軟處理邊界是比較合理的，結(jié)果也較為可信。 1 3 主要研究內(nèi)容 論文重點研究了海潮影響區(qū)混凝土橋梁耐久性的病害表現(xiàn)特征，如蜂窩麻面、溶蝕、 7 第一章緒論 凍融酥化、氯離子侵蝕產(chǎn)生的鋼筋腐蝕、鋼筋銹蝕裂縫、空鼓起翹剝落等病害現(xiàn)象；檢 測分析了混凝土強(qiáng)度的離散性、混凝土保護(hù)層厚度及其均勻性、混凝土中氯離子擴(kuò)散系 數(shù)所反映的混凝土對其中鋼筋的保護(hù)能力：從橋梁整體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)層、構(gòu)件層、構(gòu)件、 準(zhǔn)則層、可檢測和量化的指標(biāo)等六個層次，利用模糊層次分析理論建立橋梁整體結(jié)構(gòu)耐 久性評價模型，結(jié)合海潮區(qū)混凝土橋梁耐久性影響因素的特點，提出針對海潮區(qū)混凝土 橋梁構(gòu)件耐久性影響因素的評價指標(biāo)，提出分級和評價方法；為可檢測和量化的指標(biāo)建 立分級標(biāo)準(zhǔn)和隸屬函數(shù)，通過對處于海潮影響區(qū)的公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理部門的調(diào)查，確定 各個層次中不同因素的權(quán)重。利用該模型對金山港大橋的主要承重構(gòu)件進(jìn)行評價，對評 價結(jié)果與實際耐久性狀態(tài)進(jìn)行比較，并以金山港大橋為實體工程進(jìn)行了評價和修復(fù)設(shè) 計。 論文的研究思路如下圖1 - 1 ： 圖1 - 1 論文研究思路 8 k 立丈學(xué)聊_ 學(xué)位論衛(wèi) 第二章海潮區(qū)混凝土材料與結(jié)構(gòu)耐久性指標(biāo)選擇 2 1 混凝土材料與結(jié)構(gòu)耐久性病害主要表現(xiàn)形式 對山東省沿海海潮影響區(qū)的混凝土橋梁進(jìn)行r 調(diào)研，發(fā)現(xiàn)海潮影響區(qū)混凝土橋梁耐 久性不足的痛害既有與其他地區(qū)相同之處，如蜂窩麻面、溶蝕破壞、混凝土由于凍融而 酥化等表現(xiàn)，也有自身鮮明的特征，即耐久性病害主要由于混凝土抗氯離子侵蝕能力不 足而過早產(chǎn)生鋼筋腐蝕，其他如鋼筋銹蝕裂縫、空鼓起翹剝落等病害現(xiàn)象也是因此而次 生的。 2 1 1 鋼筋銹蝕 鋼筋銹蝕外觀上直接表現(xiàn)為鋼筋表面生銹、直徑減小，對于裸露的鋼筋，可以直接 觀察到。由于鋼筋存在于混凝土內(nèi)部，鋼筋銹蝕還能夠引起混凝土的表觀變化，如圖 2 - 1 所示。 圈2 - 1 鋼筋銹蝕 ( 1 ) 混凝土脹裂 混凝土脹裂是鋼筋銹蝕的主要表現(xiàn)。研究結(jié)果表明：當(dāng)鋼筋截面腐蝕率在4 以下 時，混凝土一般不會脹裂，此時反而增加了混凝土與鋼筋的握裹力；當(dāng)鋼筋截面腐蝕率 在超過4 時，混凝土容易脹裂，甚至造成混凝土剝落。圖2 - 2 、2 - 3 是由于鋼筋腐蝕而 造成混凝土順筋開裂。 國2 - 2 混凝土板粱順筋開裂固2 - 3 混凝土柱大面積順筋裂紋 謄蟹酗 = * e h 利h 5 镕目酎a b 指“4 # ( 2 ) 掘凝土空鼓起翹剝落 由銷筋銹蝕而造成的空鼓型剝落，主要原因是混凝士保護(hù)層厚度偏薄。據(jù)資料表明，當(dāng) 混凝土保護(hù)層厚度小丁1 0 毫米時，易成片剝落，而當(dāng)大于3 0 毫米時，易出現(xiàn)順筋裂紋； 鋼筋銹蝕初期容易產(chǎn)生空鼓，中期產(chǎn)生起翹，后期造成剝落，如圖2 - 4 、2 - 5 所示。 圖2 4 混凝土空鼓起翹 ( 3 ) 銹斑 。7 ，p 。r 。一 一 圖2 - 5 棍凝土剝落 在鋼筋銹蝕初期，若混凝士不密實，存在浩水通道，銹水沿滲水通道滲出，出現(xiàn)銹 斑。圖26 阜刑的鋪柑k _ 擻 囤2 鋼筋混凝土襄面銹斑 2 12 混凝土裂縫 混凝土裂縫有多種形式，其中不均勻裂縫和受力裂縫不屬于耐久性不足的范疇，而 順筋裂縫則是由于鋼筋銹蝕膨脹而造成的，一旦出現(xiàn)順筋裂縫，則為腐蝕介質(zhì)入侵提供 了便捷的通道，使結(jié)構(gòu)耐久性能大為降低。在耐久性極限狀態(tài)中，通常將出現(xiàn)順筋裂縫 作為一種耐久性極限狀態(tài)。順筋裂縫是耐久性f 降的一種重要的表現(xiàn)形式。 2 13 空鼓起翹剝落 混凝十空鼓起翹病害通常存在兩種形式：一是混凝土保護(hù)層過薄，在鋼筋銹蝕到一 定程度容易出現(xiàn)空鼓起翹，在前面已經(jīng)敘述：二是新老混凝土粘結(jié)不實造成空鼓。在本 次調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)了許多混凝土柱表面滁一層砂漿而出現(xiàn)空鼓，也發(fā)現(xiàn)了新加混凝土與老 1 0 灌 ，嗡 臣f 曩p 一 徽蹬 k 立 擎碩學(xué)位論女 混凝土粘接不宴而出現(xiàn)空鼓，并在結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生了裂縫。見f 頁圖2 - 7 圖2 - 7 混凝土空鼓 2 14 蜂窩麻面 產(chǎn)生蜂窩麻面的原因主要有漏漿、振搗不實、養(yǎng)護(hù)時受到雨水或養(yǎng)護(hù)水的沖淋。蜂 窩麻面不僅對混凝土強(qiáng)度有影響，同樣可以降低混凝士的護(hù)筋能力。圖2 - 8 是本次調(diào)查 過程中拄現(xiàn)的混凝柱的蜂窩麻面狀態(tài)。 p 一 、 j 圖2 - 8 混凝土柱表面蚌窩麻面 2 15 混凝土溶蝕 一般情況下，混凝土溶蝕破壞通常發(fā)生于水工、港工、隧道等工程中經(jīng)常接觸水分 的混凝土結(jié)構(gòu)。而從奉次調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)也會發(fā)生溶蝕破壞。見圈2 - 9 和2 1 0 ，這種現(xiàn)象一般發(fā)生在橋面鋪裝層破碎、防水層失效等情況下，路面水分滲入混 凝土粱上表面或積存于混凝土空心梁中，沿軟弱面或貫通的縫隙滲出，同時帶走混凝土 中大量可以溶解的物質(zhì)，如氫氧化鈣等，析出后與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，生成碳酸鈣， 日積月累，形成鐘乳類物質(zhì)。溶蝕使混凝土變得疏松，強(qiáng)度、耐久性能降低。雖然混凝 土橋梁結(jié)構(gòu)溶蝕現(xiàn)象比較少，溶蝕破壞過程比較緩慢，但是這個過程不可逆，幾乎不能 修復(fù)，必須引起重視。 銎，自 第= 月e 材# # 目m a 性镕# 端# 麟謄黲；磐暑乎髫囂一 j i 釋 蕤蒸墨越羹渤髓蕊i 鍪- _ _ _ _ _ - - ! _ = _ - - 1 ： 圖2 - 1 0 混凝土溶蝕破壞2 混凝土酥化豐要是由于凍融破壞造成，發(fā)生在水面線附近，或經(jīng)常接觸水分的部位， 如圖2 一兒和圖2 1 2 。混凝土酥化部分大幅度降低了混凝土的強(qiáng)度，減小了混凝土的有 效截面，對結(jié)構(gòu)承載，】產(chǎn)牛影響。 圖2 - 1 1 樁頂混凝土酥化 圖2 1 2 橫粱和樁頂混凝土酥化 2 2 混凝土材料與結(jié)構(gòu)耐久| 生指標(biāo)選擇 2 2 1 混凝土強(qiáng)度 混凝土強(qiáng)度是一個與結(jié)構(gòu)安全性有關(guān)的指標(biāo)?；炷翗蛄航Y(jié)構(gòu)中是由混凝土和鋼筋 共同來提供結(jié)構(gòu)抗力來抵抗荷載效應(yīng)，混凝士強(qiáng)度的太小與結(jié)構(gòu)的承載力密切相關(guān)。在 相同條件下混凝土強(qiáng)度越高則結(jié)構(gòu)的承載力也越高，反之越低。混凝土的強(qiáng)度值首先 必須滿足設(shè)計強(qiáng)度要求，舌則會影響到結(jié)構(gòu)的安全性，而不僅僅是耐久性的問題。雖然 強(qiáng)度指標(biāo)在一定程度上能反映混凝土的抗氯離子滲透和碳化的能力，但與直接影響混凝 土抗氯離子侵蝕和碳化能力的滲透性、密實度等指標(biāo)不完全等同。 混凝土強(qiáng)度值的大小與采用的水泥標(biāo)號和水灰比的大小有很大關(guān)系，其它如骨料 ( 砂石) 的性質(zhì)、混凝土的級配、施工情況以及養(yǎng)護(hù)條件等都有程度不同的影響。隨著 結(jié)構(gòu)服役時間的增加，以及各種外界環(huán)境的影響，混凝土可能會發(fā)生起皮、剝落等破損 長安大學(xué)碩士學(xué)位論文 缺失情況，結(jié)構(gòu)中發(fā)生鋼筋銹蝕而引起混凝土的順筋開裂等，都會引起結(jié)構(gòu)承載力的下 降，進(jìn)而影響到混凝土強(qiáng)度。 混凝土強(qiáng)度主要包括混凝土的抗壓強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度，抗折強(qiáng)度，劈裂抗拉強(qiáng)度等。 根據(jù)現(xiàn)場檢測的內(nèi)容，本文著重討論混凝土的抗壓強(qiáng)度。在對煙威路全線8 0 多座大小 橋涵和通道的檢測用回彈法測定了不同構(gòu)件混凝土的回彈值和碳化值，據(jù)其推斷混凝土 強(qiáng)度。該方法采用全國通用測強(qiáng)曲線時，混凝土的齡期一般為1 4 - - 1 0 0 0 天，而煙威高 速公路的橋梁已經(jīng)使用1 2 年，超出了這一時間范圍。因此，回彈法得到的混凝土強(qiáng)度 值可以作為一個參考值和相對值，其主要意義在于通過大量的數(shù)據(jù)得到混凝土強(qiáng)度的統(tǒng) 計規(guī)律和變異特性，從而反映混凝土質(zhì)量的均勻性。 利用k s 法對現(xiàn)場檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果表明混凝土強(qiáng)度值不拒絕正態(tài)分 布，混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計值按式( 2 1 ) 和式( 2 2 ) 計算，表2 - 1 是煙威路金山港大橋各部 分混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計特性。 , u x 2 三x i n ( 2 - 1 ) 2 一 l z 。1 ) 何 6 r ：壘 ( 2 2 ) 1 t x 式中，肛z 為性能指標(biāo)平均值： 6 工為性能指標(biāo)變異系數(shù)； x 。為性能指標(biāo)檢測值： n 為性能指標(biāo)檢測個數(shù)； 仃工為性能指標(biāo)均方差，仃j = 表2 1 橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度統(tǒng)計特性 結(jié)構(gòu)測孔測區(qū) 強(qiáng)度( m p a ) 序號結(jié)構(gòu)名稱 形式數(shù)量數(shù)量 范圍平均值變異系數(shù) 1 梁板預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁1 12 34 2 4 7 0 65 4 8o 1 2 2蓋粱 普通混凝土方型 51 2 2 3 3 5 4 53 6 30 5 3 柱普通混凝土圓型 9 3 11 9 9 4 9 13 1 0o 2 1 注：表中數(shù)據(jù)表明，上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)柱混凝土強(qiáng)度基本滿足設(shè)計強(qiáng)度要求。從變異系數(shù)來 看，無論上部結(jié)構(gòu)，還是下部結(jié)構(gòu)，橋梁混凝土強(qiáng)度變異系數(shù)普遍偏高，說明該線橋梁混凝土質(zhì)量 均勻性普遍較差。 1 3 第二章海潮區(qū)混凝土材料與結(jié)構(gòu)耐久性指標(biāo)選擇 2 2 ，2 混凝土保護(hù)層厚度 混凝土保護(hù)層，顧名思義，即保護(hù)鋼筋免受外界腐蝕介質(zhì)的腐蝕，保護(hù)效果與混凝 土密實度和保護(hù)層厚度密切相關(guān)。從力學(xué)角度，在保證鋼筋和混凝土之間充分粘結(jié)、混 凝土對鋼筋具有足夠握裹力的前提下，混凝土保護(hù)層厚度對于結(jié)構(gòu)的承載能力影響不 大，但它卻是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一個主要的參數(shù)。對位于海潮區(qū)的鋼筋混凝 土橋梁而言，混凝土保護(hù)層可阻止氧氣和水分的滲入，適當(dāng)加大混凝土保護(hù)層厚度是提 高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、延長混凝土結(jié)構(gòu)正常使用壽命的一項重要措施。 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范( j t j 0 4 1 2 0 0 0 ) 對處于海洋環(huán)境中橋梁混凝土保護(hù)層的 厚度有明確的規(guī)定，見表2 2 。 表2 - 2 海中橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土、鋼筋混凝土構(gòu)件的最小保護(hù)層厚度 鋼筋混凝土最小保護(hù)層厚度( 舢) 預(yù)應(yīng)力混凝土最小保護(hù)層厚度 環(huán)境條件 北方南方 ( m m ) 大氣區(qū) 5 05 07 5 浪濺區(qū) 5 06 59 0 水位變動區(qū) 5 05 0 7 5 水下區(qū)3