海洋环境下桥梁高性能混凝土耐久性技术研究

摘要

随着我国跨越大江、大河、深谷、海峡的大跨与超大跨桥梁工程建设发展，要求建桥材料必须具有很高的耐久性，在如何满足桥梁结构强度要求的同时，尽可能的延长桥梁结构的使用寿命，特别是在海水及近水高腐蚀环境中仍能保证较长的使用年限是亟需解决的问题。
　　 目前重大工程混凝土开裂、耐久性和服役寿命等已引起国内外混凝土工程界和科学界的密切关注，也是当今困扰重大基础设施建造的世界性难题。
　　 本论文研究依托国家重点建设工程——崇启长江大桥工程开展相关研究工作。崇启长江大桥工程位于江苏省东南部，上海市北部，是上海至西安国家高速公路的重要组成部分，也是江苏省规划建设的最下游跨江大桥。
　　 崇启长江大桥位于江海交汇的长江入海口，且可能出现海水倒灌经过崇启大桥的情况，海水最大盐度达25g/L，其结构混凝土承受多种侵蚀性离子和干湿循环的复合作用，腐蚀作用严重。因此，其混凝土必须有较高的耐久性。
　　 崇启长江大桥桥位环境属于非炎热区海洋环境，根据相关标准、规范对崇启长江大桥结构部位所属环境及其作用等级进行了划分。结合国内外类似工程的实践经验，从不同腐蚀环境、不同结构部位混凝土的最低强度等级、最大水胶比、最小胶凝材料用量和抗氯离子侵入性指标、最小保护层厚度等方面进行了混凝土结构耐久性设计。
　　 经试验研究，C35承台混凝土、C45墩身混凝土、C55箱梁混凝土胶凝材料用量宜分别为420kg/m3、469kg/m3、480kg/m3，水胶比宜分别控制在0.29～0.30、0.35～0.36、0.35～0.36范围内。为提高混凝土耐久性，宜采用大掺量的矿物掺合料、粉煤灰和矿粉双掺技术。
　　 所配制的承台、墩身、箱梁混凝土工作性良好，可以满足混凝土的施工要求;混凝土早期强度发展较快，7d强度均超过设计强度的80％，由于掺入大量矿物掺合料，后期强度增长率较大，混凝土强度富余系数较高。
　　 混凝土具有良好的抗氯离子渗透性能，满足混凝土结构耐久性的设计要求。粉煤灰和矿渣双掺可以显著提高混凝土的抗氯离子渗透性能、抗硫酸盐侵蚀性能和抗盐雾侵蚀性能。
　　 钢筋阻锈剂的掺入可以在一定程度上改善混凝土的流动性，提高混凝土的坍落度和保坍性能，并在一定程度上增大了混凝土的含气量;早龄期(28d)混凝土抗压强度略有下降，长龄期(84d)掺阻锈剂的混凝土和不掺阻锈剂的混凝土强度差别较小;早龄期(28d)，阻锈剂对混凝土抗氯离子渗透性能的影响相对较大，掺入阻锈剂后混凝土的氯离子扩散系数有一定程度的增大;长龄期（84d以后），二者的氯离子扩散系数相差较小。
　　 随着混凝土强度等级的提高和水胶比的降低，钢筋阻锈剂对混凝土工作性、力学性能和抗氯离子渗透性能的影响程度逐渐降低。
　　 结合工程施工，开展了混凝土生产与质量控制技术研究和高性能混凝土的工程应用，相关试验结果表明:在实际施工条件下，混凝土的力学性能和耐久性能达到设计要求，表明本文设计的海工高性能混凝土可以满足混凝土结构耐久性设计的要求，实际应用效果良好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 混凝土耐久性国内外研究现状

1．2．1 海洋环境下混凝土工程耐久性状况调研

1．2．2 海工混凝土结构耐久性研究现状

1．3 主要研究内容

1．3．1 结构混凝土耐久性设计研究

1．3．2 结构混凝土配合比设计与性能研究

1．3．3 钢筋阻锈剂对混凝土性能影响的研究

1．4 主要研究方法与技术路线

1．4．1 主要研究方法

1．4．2 主要技术路线

第二章 崇启长江大桥工程环境调研

2．1 大桥桥位水域环境特点

2．2 桥位环境分类

2．3 不同环境作用区域对混凝土耐久性的影响

2．4 对比分析

第三章 结构混凝土耐久性设计

3．1 设计使用年限

3．2 环境腐蚀等级的划分

3．3 混凝土结构材料的耐久性设计要求

3．3．1 最低强度等级

3．3．2 最大水胶比

3．3．3 最小胶凝材料用量

3．3．4 抗氯离子侵入性指标

3．4 钢筋混凝土保护层厚度

3．5 耐久性防护措施建议

3．5．1 采用防护措施

3．5．2 阻锈剂选用

3．5．3 表面防护涂层设计与材料选用

3．5．4 耐久性防护措施技术、经济性能分析

3．6 本章小结

第四章 结构混凝土配合比设计与性能研究

4．1 本章概要

4．2 混凝土原材料性能

4．2．1 水泥

4．2．2 粉煤灰

4．2．3 磨细矿渣粉

4．2．4 细集料

4．2．5 粗集料

4．2．6 减水剂

4．2．7 拌合用水

4．3 C35承台混凝土

4．3．1 配合比设计

4．3．2 工作性能

4．3．3 力学性能

4．3．4 耐久性能与收缩、抗裂性能

4．3．5 承台混凝土主要性能

4．4 C45墩身混凝土

4．4．1 配合比设计

4．2．2 工作性能

4．4．3 力学性能

4．4．4 耐久性能与收缩、抗裂性能

4．4．5 墩身混凝土主要性能

4．5 C55箱梁混凝土

4．5．1 配合比设计

4．5．2 工作性能

4．5．3 力学性能

4．5．4 耐久性能与收缩、抗裂性能

4．5．5 箱梁混凝土主要性能

4．6 本章小结

第五章 钢筋阻锈剂对混凝土性能的影响

5．1 钢筋阻锈剂对海上承台混凝土的影响

5．1．1 钢筋阻锈荆对混凝土工作性的影响

5．1．2 钢筋阻锈剂对混凝土力学性能影响

5．1．3 钢筋阻锈剂对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

5．2 钢筋阻锈剂对墩身混凝土性能影响

5．2．1 钢筋阻锈剂对混凝土工作性的影响

5．2．2 钢筋阻锈剂对混凝土抗压强度的影响

5．2．3 钢筋阻锈剂对混凝土劈裂抗拉强度的影响

5．2．4 钢筋阻锈剂对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

5．3 本章小结

第六章 高性能混凝土的工程应用与性能验证

6．1 混凝土生产与施工质量控制

6．1．1 原材料进场

6．1．2 计量

6．1．3 搅拌

6．1．4 运输

6．1．5 浇筑成型

6．1．6 养护

6．2 现场取样与混凝土拌合物工作性

6．3 现场施工混凝土力学性能

6．3．1 现场施工混凝土抗压强度

6．3．2 现场施工混凝土静力受压弹性模量

6．4 现场施工混凝土抗氯离子渗透性能

6．4．1 电通量

6．4．2 氯离子扩散系数

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

作者在学期间发表的论文和取得的学术成果清单