談混凝土結構耐久性及高性能混凝土的應用

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摘要:青島是我國目前海洋工程發展十分迅速的城市之一,無論是高速公路建設還是海灣工程的建設已爲世人所矚目,作爲目前青島在建第二大海灣工程陳家貢灣特大橋位於膠南市琅琊鎮的陳家貢海灣,起於陳家貢村西北,止於尹家圈村東北,屬濱海地貌,地形比較平坦。全橋總長1811.5米、孔數-孔徑爲60-30m,爲裝配式預應力混凝土連續T樑橋。是我國目前在建的較爲罕見的大型海洋工程。

談混凝土結構耐久性及高性能混凝土的應用


關鍵詞:特大橋 海工混凝土 耐久性 淺談 應用


0 引言
由於陳家貢灣特大橋處於海水環境,海水環境對於橋樑混凝土結構具有強腐蝕性,按照一級公路橋樑結構100年設計基準期和本工程使用年限的要求進行結構耐久性設計,爲保證陳家貢灣特大橋混凝土結構的耐久性,本工程採取了以高性能混凝土技術爲核心的綜合耐久性技術方案。然而我國目前尚沒有大型海洋工程超長壽命服役的相關技術規範,高性能混凝土的設計、生產、施工技術在工程中的應用尚爲空白,因此結合陳家貢灣特大橋工程的具體要求,研究跨海大橋混凝土結構耐久性策略和高性能混凝土的應用技術極爲迫切和重要。
1 陳家貢灣特大橋混凝土結構佈置和耐久性設計
1.1 陳家貢灣特大橋混凝土結構佈置 陳家貢灣特大橋孔數—孔徑(孔—米)爲60—30m,爲裝配式預應力混凝土連續T樑橋,橋樑上部結構:六孔一聯、全橋共十聯,行車道板與橋面鋪裝採用剪力鋼筋連接;橋樑下部結構:橋墩採用雙懸臂預應力薄壁墩,墩柱爲主截面3×1.5米的帶豎肋矩形截面,基礎採用柱式臺、樁基礎或重力臺、擴大基礎。混凝土設計強度根據不同部位在C35~C50之間。
1.2 陳家貢灣特大橋附近海域氣象環境 陳家貢灣特大橋地處東亞季風比較發達的黃海之濱,受季風和海洋氣候的影響,四季變化比較明顯,屬南溫帶溼潤季風氣候類型:夏季空氣溼潤,雨量充沛;冬季氣候乾燥,時長稍寒。多年年平均最低氣溫爲9.1℃、最高氣溫爲15.9℃。最熱出現在八月,月平均氣溫爲25℃,最冷出現在一月,月平均氣溫爲-4.5℃。年平均相對溼度爲72%,累年全年蒸發量平均爲1462.2毫米,其中全年以五月份爲最高,累年平均達到180.1毫米,一月最小,僅爲54.8毫米,海區全年鹽度一般在15.00~34.00‰之間變化,屬強混合型海區,海洋環境特徵明顯。
1.3 陳家貢灣特大橋面臨的耐久性問題 在海洋環境下結構混凝土的腐蝕荷載主要由氣候和環境介質侵蝕引起,主要表現形式有鋼筋鏽蝕、鹽類侵蝕、凍融循環、溶蝕、鹼-集料反應和衝擊磨損等。陳家貢灣特大橋位於東亞季風比較發達的黃海之濱,因爲天氣較暖,嚴重的凍融破環和浮冰的衝擊磨損可不予考慮;鎂鹽、硫酸鹽等鹽類侵蝕和鹼骨料反應破壞則可以通過控制混凝土組分來避免;這樣鋼筋鏽蝕破壞就成爲最主要的腐蝕荷載。混凝土中鋼筋鏽蝕可由兩種因素誘發:一是海水中Cl-侵蝕,二是大氣中的CO2使混凝土碳化。國內外大量工程調查和科學研究結果表明:海洋環境下導致混凝土結構中鋼筋鏽蝕破壞的主要因素是Cl-進入混凝土中,並在鋼筋表面集聚,促使鋼筋產生電化學腐蝕。在陳家貢灣特大橋周邊沿海地區調查中亦證實,海洋環境中混凝土的碳化速度遠遠低於Cl-滲透速度,混凝土自然碳化速度平均爲3mm/10年。因此,影響陳家貢灣特大橋結構混凝土耐久性的首要因素是混凝土的Cl-滲透速度。
2 提高海工混凝土耐久性的技術措施
提高海工耐久性混凝土的主要技術措施有:
2.1 海工耐久性混凝土 其技術途徑是採用優質混凝土礦物摻和料和聚羧酸高效減水劑複合,配以與之相適應的水泥和級配良好的粗細骨料,形成低水膠比,高密實、高耐久的混凝土材料。
2.2 提高混凝土保護層厚度 這是提高海洋工程鋼筋混凝土使用壽命的最爲直接、簡單而且經濟有效的方法。但是保護層厚度並不能不受限制的任意增加,當混凝土保護層過薄時,易形成裂縫等缺陷使保護層失去作用,鋼筋過早鏽蝕,降低結構強度和延性;當保護層厚度過厚時,由於混凝土材料本身的脆性和收縮會導致混凝土保護層出現裂縫反而削弱其對鋼筋的保護作用。