混凝土结构耐久性设计.pdf

混凝土结构耐久性设计混凝土结构耐久性设计 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学张树仁张树仁 20092009年年1111月月 长期以来，人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑长期以来，人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑长期以来，人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑长期以来，人们受混凝土是一种耐久性能良好的建筑 材料这一认识的影响，忽视了钢筋混凝土结构性问题，造材料这一认识的影响，忽视了钢筋混凝土结构性问题，造材料这一认识的影响，忽视了钢筋混凝土结构性问题，造材料这一认识的影响，忽视了钢筋混凝土结构性问题，造 成了钢筋混凝土结构耐久性研究的相对滞后，并为此付出成了钢筋混凝土结构耐久性研究的相对滞后，并为此付出成了钢筋混凝土结构耐久性研究的相对滞后，并为此付出成了钢筋混凝土结构耐久性研究的相对滞后，并为此付出 了巨大的代价。了巨大的代价。了巨大的代价。了巨大的代价。 我国我国我国我国1989198919891989年颁布的年颁布的年颁布的年颁布的混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GBJ10GBJ10GBJ10GBJ10- - - - 89898989）和）和）和）和1985198519851985年颁布的年颁布的年颁布的年颁布的公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵设计规范涵设计规范涵设计规范涵设计规范（JTJ023JTJ023JTJ023JTJ023- - - -85858585）涉及结构耐久性的内容很）涉及结构耐久性的内容很）涉及结构耐久性的内容很）涉及结构耐久性的内容很 少，除了一些保证结构耐久性的构造措施的一般规定之少，除了一些保证结构耐久性的构造措施的一般规定之少，除了一些保证结构耐久性的构造措施的一般规定之少，除了一些保证结构耐久性的构造措施的一般规定之 外，只对影响混凝土耐久性的裂缝宽度加以控制。实践证外，只对影响混凝土耐久性的裂缝宽度加以控制。实践证外，只对影响混凝土耐久性的裂缝宽度加以控制。实践证外，只对影响混凝土耐久性的裂缝宽度加以控制。实践证 明，裂缝控制对结构耐久性设计并不起决定性作用。明，裂缝控制对结构耐久性设计并不起决定性作用。明，裂缝控制对结构耐久性设计并不起决定性作用。明，裂缝控制对结构耐久性设计并不起决定性作用。 新颁布的新颁布的新颁布的公路钢筋混凝土及预应力 混凝土桥涵设计规范（ 新颁布的公路钢筋混凝土及预应力 混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004） （以下简称桥规 ） （以下简称桥规 JTG D62 ，增加了增加了增加了增加了 耐久性设计内容，耐久性设计内容，耐久性设计内容，提出了公路桥涵结构应 根据所处的环境条件进行耐久性设计的概 念， 耐久性设计内容，提出了公路桥涵结构应 根据所处的环境条件进行耐久性设计的概 念，是结构设计理念上的重大突破，是工是结构设计理念上的重大突破，是工是结构设计理念上的重大突破，是工是结构设计理念上的重大突破，是工 程结构科学的重大技术进步，对提高设计程结构科学的重大技术进步，对提高设计程结构科学的重大技术进步，对提高设计程结构科学的重大技术进步，对提高设计 质量具有指导意义。质量具有指导意义。质量具有指导意义。质量具有指导意义。 ?2004年5月出版的中国土木工程学会标 准 2004年5月出版的中国土木工程学会标 准耐久性设计与施工指南耐久性设计与施工指南耐久性设计与施工指南耐久性设计与施工指南 （CCES01CCES01CCES01CCES01） 提出了混凝土结构应根据不同设计年限及提出了混凝土结构应根据不同设计年限及提出了混凝土结构应根据不同设计年限及提出了混凝土结构应根据不同设计年限及 相应的极限状态和不同的环境类别及其作相应的极限状态和不同的环境类别及其作相应的极限状态和不同的环境类别及其作相应的极限状态和不同的环境类别及其作 用等级进行耐久性设计的概念，明确提出用等级进行耐久性设计的概念，明确提出用等级进行耐久性设计的概念，明确提出用等级进行耐久性设计的概念，明确提出 了环境作用下混凝土结构的耐久性设计与了环境作用下混凝土结构的耐久性设计与了环境作用下混凝土结构的耐久性设计与了环境作用下混凝土结构的耐久性设计与 施工的基本原则与要求。对混凝土结构的施工的基本原则与要求。对混凝土结构的施工的基本原则与要求。对混凝土结构的施工的基本原则与要求。对混凝土结构的 设计具有指导意义。设计具有指导意义。设计具有指导意义。设计具有指导意义。 ? ? 20062006年出版的年出版的公路工程混凝土结防腐蚀公路工程混凝土结防腐蚀 技术规范技术规范JTGJTGT B07T B07- -0101- -2006(2006(以下简称以下简称 ( (防腐蚀规范防腐蚀规范 JTGJTGT B07)T B07)做为行业推荐性做为行业推荐性 标准标准, ,对公路混凝土桥涵结构的耐久性设计对公路混凝土桥涵结构的耐久性设计 有重要参考价值和有重要参考价值和指导意义。指导意义。指导意义。指导意义。 防腐蚀规范防腐蚀规范 JTGJTGT B07T B07的主要內容与的主要內容与 耐久性设计与施工指南耐久性设计与施工指南耐久性设计与施工指南耐久性设计与施工指南（CCES01CCES01）基）基）基）基 本相同本相同本相同本相同. . 第一章第一章第一章第一章混凝土结构损伤与耐久性混凝土结构损伤与耐久性混凝土结构损伤与耐久性混凝土结构损伤与耐久性 环境作用引起的混凝土结构换损伤包括环境作用引起的混凝土结构换损伤包括环境作用引起的混凝土结构换损伤包括环境作用引起的混凝土结构换损伤包括: : 混凝土的碳化混凝土的碳化 氯离子的侵蚀氯离子的侵蚀 碱碱骨料反应骨料反应 冻融循环破坏冻融循环破坏 钢筋腐蚀钢筋腐蚀 从短期效果而言，这些问题影响结构的外从短期效果而言，这些问题影响结构的外从短期效果而言，这些问题影响结构的外从短期效果而言，这些问题影响结构的外 观和使用功能；从长远看，则会降低结构观和使用功能；从长远看，则会降低结构观和使用功能；从长远看，则会降低结构观和使用功能；从长远看，则会降低结构 安全度，成为发生事故的隐患，影响结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构安全度，成为发生事故的隐患，影响结构 的使用寿命。的使用寿命。的使用寿命。的使用寿命。 1 1- -1 1 混凝土的碳化混凝土的碳化混凝土的碳化混凝土的碳化 混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙混凝土的碳化是指混凝土中氢氧化钙 与渗透进混凝土中的二氧化碳和其它酸性与渗透进混凝土中的二氧化碳和其它酸性与渗透进混凝土中的二氧化碳和其它酸性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。一般情况下混气体发生化学反应的过程。一般情况下混气体发生化学反应的过程。一般情况下混气体发生化学反应的过程。一般情况下混 凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，凝土呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜， 保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到了 “ “钝化钝化钝化钝化” ”保护作用。碳化的实质是混凝土的保护作用。碳化的实质是混凝土的保护作用。碳化的实质是混凝土的保护作用。碳化的实质是混凝土的 中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破中性化，使混凝土的碱性降低，钝化膜破 坏，在水分和其它有害介质侵入的情况坏，在水分和其它有害介质侵入的情况坏，在水分和其它有害介质侵入的情况坏，在水分和其它有害介质侵入的情况 下，钢筋就会发生锈蚀。下，钢筋就会发生锈蚀。下，钢筋就会发生锈蚀。下，钢筋就会发生锈蚀。 1 1- -2 2 氯离子的侵蚀氯离子的侵蚀氯离子的侵蚀氯离子的侵蚀 氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境 侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主 要来源，北方寒冷地区向道路、桥面洒盐化雪除要来源，北方寒冷地区向道路、桥面洒盐化雪除要来源，北方寒冷地区向道路、桥面洒盐化雪除要来源，北方寒冷地区向道路、桥面洒盐化雪除 冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混 凝土的侵蚀属于化学侵蚀，氯离子是一种极强的凝土的侵蚀属于化学侵蚀，氯离子是一种极强的凝土的侵蚀属于化学侵蚀，氯离子是一种极强的凝土的侵蚀属于化学侵蚀，氯离子是一种极强的 去钝化剂，氯离子进入混凝土，到达钢筋表面，去钝化剂，氯离子进入混凝土，到达钢筋表面，去钝化剂，氯离子进入混凝土，到达钢筋表面，去钝化剂，氯离子进入混凝土，到达钢筋表面， 并吸附于局部钝化膜处时，可使该处的并吸附于局部钝化膜处时，可使该处的并吸附于局部钝化膜处时，可使该处的并吸附于局部钝化膜处时，可使该处的PHPHPHPH值迅速值迅速值迅速值迅速 降低，破坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋腐蚀。降低，破坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋腐蚀。降低，破坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋腐蚀。降低，破坏钢筋表面的钝化膜，引起钢筋腐蚀。 氯离子侵蚀引起的钢筋腐蚀是威胁混凝土结氯离子侵蚀引起的钢筋腐蚀是威胁混凝土结氯离子侵蚀引起的钢筋腐蚀是威胁混凝土结氯离子侵蚀引起的钢筋腐蚀是威胁混凝土结 构耐久性的最主要和最普遍的病害，造成了巨大构耐久性的最主要和最普遍的病害，造成了巨大构耐久性的最主要和最普遍的病害，造成了巨大构耐久性的最主要和最普遍的病害，造成了巨大 的损失，应引起设计、施工及养护管理部门的重的损失，应引起设计、施工及养护管理部门的重的损失，应引起设计、施工及养护管理部门的重的损失，应引起设计、施工及养护管理部门的重 视。视。视。视。 1 1- -3 3 碱碱碱碱骨料反应骨料反应骨料反应骨料反应 ? ? 碱碱碱碱骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发 生反应，生成碱生反应，生成碱生反应，生成碱生反应，生成碱硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造 成混凝土开裂。碱成混凝土开裂。碱成混凝土开裂。碱成混凝土开裂。碱骨料反应引起的混凝土结构破坏程骨料反应引起的混凝土结构破坏程骨料反应引起的混凝土结构破坏程骨料反应引起的混凝土结构破坏程 度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱骨骨骨骨 料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结 构出现明显开裂，所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构构出现明显开裂，所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构构出现明显开裂，所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构构出现明显开裂，所以有时也称碱骨料反应是混凝土结构 的的的的“ “癌症癌症癌症癌症” ”。 ? ? 对付碱骨料反应重在预防，因为混凝土结构一旦发生对付碱骨料反应重在预防，因为混凝土结构一旦发生对付碱骨料反应重在预防，因为混凝土结构一旦发生对付碱骨料反应重在预防，因为混凝土结构一旦发生 碱骨料反应破坏，目前还没有更可靠的修补措施。防止混碱骨料反应破坏，目前还没有更可靠的修补措施。防止混碱骨料反应破坏，目前还没有更可靠的修补措施。防止混碱骨料反应破坏，目前还没有更可靠的修补措施。防止混 凝土碱骨料反应的主要措施是：选用含碱量低的水泥；不凝土碱骨料反应的主要措施是：选用含碱量低的水泥；不凝土碱骨料反应的主要措施是：选用含碱量低的水泥；不凝土碱骨料反应的主要措施是：选用含碱量低的水泥；不 使用碱活性大的骨料；选用不含碱或含碱低的化学外加使用碱活性大的骨料；选用不含碱或含碱低的化学外加使用碱活性大的骨料；选用不含碱或含碱低的化学外加使用碱活性大的骨料；选用不含碱或含碱低的化学外加 剂；通过各种措施，控制混凝土的总含碱量不大于剂；通过各种措施，控制混凝土的总含碱量不大于剂；通过各种措施，控制混凝土的总含碱量不大于剂；通过各种措施，控制混凝土的总含碱量不大于3kg/m33kg/m33kg/m33kg/m3。 1 1- -4 4 冻融循环破坏冻融循环破坏冻融循环破坏冻融循环破坏 渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部破坏渗入混凝土中的水在低温下结冰膨胀，从内部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，损伤积累将使混混凝土的微观结构，经多次冻融循环后，损伤积累将使混混凝土的微观结构，经多次冻融循环后，损伤积累将使混混凝土的微观结构，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。凝土剥落酥裂，强度降低。凝土剥落酥裂，强度降低。凝土剥落酥裂，强度降低。 盐溶液与冻融的协同作用比单纯的冻融严酷得多，盐溶液与冻融的协同作用比单纯的冻融严酷得多，盐溶液与冻融的协同作用比单纯的冻融严酷得多，盐溶液与冻融的协同作用比单纯的冻融严酷得多， 一般将盐冻破坏看作是冻融破坏的一种特殊形式，即最严一般将盐冻破坏看作是冻融破坏的一种特殊形式，即最严一般将盐冻破坏看作是冻融破坏的一种特殊形式，即最严一般将盐冻破坏看作是冻融破坏的一种特殊形式，即最严 酷的冻融破坏。酷的冻融破坏。酷的冻融破坏。酷的冻融破坏。 冻融破坏的特征是混凝土剥落，严重威胁混凝土的冻融破坏的特征是混凝土剥落，严重威胁混凝土的冻融破坏的特征是混凝土剥落，严重威胁混凝土的冻融破坏的特征是混凝土剥落，严重威胁混凝土的 耐久性。混凝土冻融破坏发展速度快，一经发现混凝土冻耐久性。混凝土冻融破坏发展速度快，一经发现混凝土冻耐久性。混凝土冻融破坏发展速度快，一经发现混凝土冻耐久性。混凝土冻融破坏发展速度快，一经发现混凝土冻 融剥落，必须密切注意剥蚀的发展情况，及时采取修补和融剥落，必须密切注意剥蚀的发展情况，及时采取修补和融剥落，必须密切注意剥蚀的发展情况，及时采取修补和融剥落，必须密切注意剥蚀的发展情况，及时采取修补和 补强措施。补强措施。补强措施。补强措施。 提高混凝土抗冻耐久性的主要措施是采用掺入引气提高混凝土抗冻耐久性的主要措施是采用掺入引气提高混凝土抗冻耐久性的主要措施是采用掺入引气提高混凝土抗冻耐久性的主要措施是采用掺入引气 剂的混凝土。国内外的大量研究和工程实践表明，引气混剂的混凝土。国内外的大量研究和工程实践表明，引气混剂的混凝土。国内外的大量研究和工程实践表明，引气混剂的混凝土。国内外的大量研究和工程实践表明，引气混 凝土抗冻耐久性明显提高，这是因为引气剂形成的互不连凝土抗冻耐久性明显提高，这是因为引气剂形成的互不连凝土抗冻耐久性明显提高，这是因为引气剂形成的互不连凝土抗冻耐久性明显提高，这是因为引气剂形成的互不连 通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力通的微细气孔在混凝土受冻初期能使毛细孔中的静水压力 减少，在混凝土受冻结构过程中，这些孔隙可以阻止或抑减少，在混凝土受冻结构过程中，这些孔隙可以阻止或抑减少，在混凝土受冻结构过程中，这些孔隙可以阻止或抑减少，在混凝土受冻结构过程中，这些孔隙可以阻止或抑 制水泥浆中微小冰体的形成。制水泥浆中微小冰体的形成。制水泥浆中微小冰体的形成。制水泥浆中微小冰体的形成。 1 1- -5 5 钢筋腐蚀钢筋腐蚀钢筋腐蚀钢筋腐蚀 钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性和使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。处于干燥环境下，混凝土碳用寿命的重要因素。处于干燥环境下，混凝土碳用寿命的重要因素。处于干燥环境下，混凝土碳用寿命的重要因素。处于干燥环境下，混凝土碳 化速度缓慢，具有良好保护层的钢筋混凝土结构化速度缓慢，具有良好保护层的钢筋混凝土结构化速度缓慢，具有良好保护层的钢筋混凝土结构化速度缓慢，具有良好保护层的钢筋混凝土结构 一般不会发生钢筋腐蚀。一般不会发生钢筋腐蚀。一般不会发生钢筋腐蚀。一般不会发生钢筋腐蚀。 钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢钢筋腐蚀伴有体积膨胀，使混凝土出现沿钢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筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力筋的纵向裂缝，造成钢筋与混凝土之间的粘结力 破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力破坏，钢筋截面面积减少，使结构构件的承载力 降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随降低，变形和裂缝增大等一系列不良后果，并随 着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致 结构的完全破坏。结构的完全破坏。结构的完全破坏。结构的完全破坏。 钢筋腐蚀与混凝土碳化有关，在一般情钢筋腐蚀与混凝土碳化有关，在一般情钢筋腐蚀与混凝土碳化有关，在一般情钢筋腐蚀与混凝土碳化有关，在一般情 况下，混凝土保护层碳化是钢筋腐蚀的前况下，混凝土保护层碳化是钢筋腐蚀的前况下，混凝土保护层碳化是钢筋腐蚀的前况下，混凝土保护层碳化是钢筋腐蚀的前 提，水分、氧气的存在是引起钢筋腐蚀的提，水分、氧气的存在是引起钢筋腐蚀的提，水分、氧气的存在是引起钢筋腐蚀的提，水分、氧气的存在是引起钢筋腐蚀的 必要条件。因此，提高混凝土结构耐久性必要条件。因此，提高混凝土结构耐久性必要条件。因此，提高混凝土结构耐久性必要条件。因此，提高混凝土结构耐久性 的根本途径是增强混凝土密实度，防止或的根本途径是增强混凝土密实度，防止或的根本途径是增强混凝土密实度，防止或的根本途径是增强混凝土密实度，防止或 控制混凝土开裂，阻止水分的侵入；加大控制混凝土开裂，阻止水分的侵入；加大控制混凝土开裂，阻止水分的侵入；加大控制混凝土开裂，阻止水分的侵入；加大 混凝土保护层的厚度，防止由于混凝土保混凝土保护层的厚度，防止由于混凝土保混凝土保护层的厚度，防止由于混凝土保混凝土保护层的厚度，防止由于混凝土保 护层碳化引起钢筋钝化膜的破坏。护层碳化引起钢筋钝化膜的破坏。护层碳化引起钢筋钝化膜的破坏。护层碳化引起钢筋钝化膜的破坏。 第二章第二章第二章第二章 提高混凝土桥梁结构耐久性提高混凝土桥梁结构耐久性提高混凝土桥梁结构耐久性提高混凝土桥梁结构耐久性 的技术措施的技术措施的技术措施的技术措施 混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的混凝土桥梁结构的耐久性取决于混凝土材料的 自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及自身特性和结构的使用环境，与结构设计、施工及 养护管理密切相关。一般是从以下三个方面解决混养护管理密切相关。一般是从以下三个方面解决混养护管理密切相关。一般是从以下三个方面解决混养护管理密切相关。一般是从以下三个方面解决混 凝土桥梁结构的耐久性问题：凝土桥梁结构的耐久性问题：凝土桥梁结构的耐久性问题：凝土桥梁结构的耐久性问题： （1 1 1 1）采用高耐久性混凝土，增强混凝土的密实）采用高耐久性混凝土，增强混凝土的密实）采用高耐久性混凝土，增强混凝土的密实）采用高耐久性混凝土，增强混凝土的密实 度，提高混凝土自身抗破损能力；度，提高混凝土自身抗破损能力；度，提高混凝土自身抗破损能力；度，提高混凝土自身抗破损能力； （2 2 2 2）加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的）加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的）加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的）加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁的 环境作用条件；环境作用条件；环境作用条件；环境作用条件； （3 3 3 3）改进桥梁结构设计，其中包括加大混凝土）改进桥梁结构设计，其中包括加大混凝土）改进桥梁结构设计，其中包括加大混凝土）改进桥梁结构设计，其中包括加大混凝土 保护层厚度；加强构造钢筋，防止和控制裂缝发保护层厚度；加强构造钢筋，防止和控制裂缝发保护层厚度；加强构造钢筋，防止和控制裂缝发保护层厚度；加强构造钢筋，防止和控制裂缝发 展；采用具有防腐保护的钢筋（例如：体外预应力展；采用具有防腐保护的钢筋（例如：体外预应力展；采用具有防腐保护的钢筋（例如：体外预应力展；采用具有防腐保护的钢筋（例如：体外预应力 筋，无粘结预应力筋，环氧涂层钢筋等）。筋，无粘结预应力筋，环氧涂层钢筋等）。筋，无粘结预应力筋，环氧涂层钢筋等）。筋，无粘结预应力筋，环氧涂层钢筋等）。 2 2 2 2- - - -1 1 1 1结构混凝土耐久性的基本要求结构混凝土耐久性的基本要求结构混凝土耐久性的基本要求结构混凝土耐久性的基本要求 ? ? 提高混凝土自身的耐久性是解决混凝土结构耐久提高混凝土自身的耐久性是解决混凝土结构耐久提高混凝土自身的耐久性是解决混凝土结构耐久提高混凝土自身的耐久性是解决混凝土结构耐久 性的前提和基础。混凝土的耐久性主要取决于混性的前提和基础。混凝土的耐久性主要取决于混性的前提和基础。混凝土的耐久性主要取决于混性的前提和基础。混凝土的耐久性主要取决于混 凝土的材料组成，其中水灰比，水泥用量，强度凝土的材料组成，其中水灰比，水泥用量，强度凝土的材料组成，其中水灰比，水泥用量，强度凝土的材料组成，其中水灰比，水泥用量，强度 等级等均对耐久性有较大影响。等级等均对耐久性有较大影响。等级等均对耐久性有较大影响。等级等均对耐久性有较大影响。 ? ? 桥规桥规桥规桥规JTG D62JTG D62JTG D62JTG D62规定，公路桥涵应根据所处环境规定，公路桥涵应根据所处环境规定，公路桥涵应根据所处环境规定，公路桥涵应根据所处环境 进行耐久性设计，结构混凝土耐久性的基本要求进行耐久性设计，结构混凝土耐久性的基本要求进行耐久性设计，结构混凝土耐久性的基本要求进行耐久性设计，结构混凝土耐久性的基本要求 应符表应符表应符表应符表2.12.12.12.1- - - -1 1 1 1的规定：的规定：的规定：的规定： ? ? 对水位变动区有抗冻要求的混凝土结构，对水位变动区有抗冻要求的混凝土结构，对水位变动区有抗冻要求的混凝土结构，对水位变动区有抗冻要求的混凝土结构，桥规桥规桥规桥规 JTG D62JTG D62JTG D62JTG D62规定，其抗冻等级不应低于表规定，其抗冻等级不应低于表规定，其抗冻等级不应低于表规定，其抗冻等级不应低于表2.12.12.12.1- - - -2 2 2 2的的的的 规定。规定。规定。规定。 表表表表2.12.12.12.1- - - -1 1 1 1 结构混凝土耐久性的基本要求结构混凝土耐久性的基本要求结构混凝土耐久性的基本要求结构混凝土耐久性的基本要求 3.03.00.100.10C35C353253250.400.40 受侵蚀性物质影响的环境受侵蚀性物质影响的环境 3.03.00.100.10C35C353003000.450.45 海水环境海水环境 3.03.00.150.15C30C303003000.500.50 严寒地区的大气环境；使用严寒地区的大气环境；使用 除冰盐环境；滨海环境除冰盐环境；滨海环境 3.03.00.300.30C25C252752750.550.55 温暖或寒冷地区的大气环温暖或寒冷地区的大气环 境；与无侵蚀性的水或土接境；与无侵蚀性的水或土接 触的环境触的环境 最大碱含最大碱含 量（量（kg/mkg/m 3 3 ） 最大氯离最大氯离 子含量（子含量（% %） 最低混凝土最低混凝土 强度等级强度等级 最小水泥用最小水泥用 量量(kg/m(kg/m 3 3) ) 最大水最大水 灰比灰比 环境条件环境条件 0 0 对水位变动区有抗冻要求的混凝土结构，桥规JTG D62 规定，其抗冻等级不应低于表2.1-2的规定。 对水位变动区有抗冻要求的混凝土结构，桥规JTG D62 规定，其抗冻等级不应低于表2.1-2的规定。 表表表表2.12.1- -2 2 F150F150F250F250 微冻地区（最冷月月平均气温在微冻地区（最冷月月平均气温在00 4 4之间）之间） F200F200F300F300 受冻地区（最冷月月平均气温在受冻地区（最冷月月平均气温在44 8 8之间）之间） F250F250F350F350 严重受冻地区（最冷月月平均气温低于严重受冻地区（最冷月月平均气温低于 8 8） 淡水环境淡水环境海水环境海水环境桥梁所在地区桥梁所在地区 ? ? 注意注意: :抗冻指标抗冻指标 F F与与DFDF的定义不同的定义不同 耐久性设计与施工指南（CCES01）按结构设计使用 年限级别及环境作用等级，对配筋混凝土的最低强度等级， 最大水胶比和单方混凝土胶凝材料的最低用量作出了限值规 定(见表2.1-3)。 耐久性设计与施工指南（CCES01）按结构设计使用 年限级别及环境作用等级，对配筋混凝土的最低强度等级， 最大水胶比和单方混凝土胶凝材料的最低用量作出了限值规 定(见表2.1-3)。 表表表表2.12.1- -3 3 设计使用年限级别 环境 等级作用 侵蚀 程度 C40,0.36,360C40,0.36,360C40,0.36,360C40,0.36,360C45,0.32,380C45,0.32,380极端严重极端严重 F F C40,0.40,340C40,0.40,340C40,0.40,340C40,0.40,340C45,0.36,360C45,0.36,360非常严重非常严重 E E C40,0.45,320C40,0.45,320C40,0.45,320C40,0.45,320C40,0.40,340C40,0.40,340严重严重 D D C35,0.50,300C35,0.50,300C35,0.50,300C35,0.50,300C40,0.45,320C40,0.45,320中度中度 C C C30,0.60,260C30,0.60,260C30,0.55,280C30,0.55,280C35,0.50,300C35,0.50,300轻度轻度 B B C25,0.65,240C25,0.65,240C25,0.60,260C25,0.60,260C30,0.55,280C30,0.55,280可忽略可忽略 A A 三级三级 3030年年 二级二级 5050年年 一级一级 100100年年 注意注意: :水胶比与水灰比的定义不同水胶比与水灰比的定义不同 ? ? 提高混凝土抗冻耐久性的措施提高混凝土抗冻耐久性的措施提高混凝土抗冻耐久性的措施提高混凝土抗冻耐久性的措施 ? ? 防腐蚀规范防腐蚀规范 JTGJTGT B07T B074.2.34.2.3规定规定: :冻融冻融 环境下环境作用等级为环境下环境作用等级为D D或或D D级以上的混凝级以上的混凝 土必须掺用引气剂土必须掺用引气剂. . ? ? 4.2.54.2.5给出了引气混凝土的适宜含气量参考给出了引气混凝土的适宜含气量参考 值值. . 2 2 2 2- - - -2 2 2 2 加大钢筋的混凝土保护层厚度加大钢筋的混凝土保护层厚度加大钢筋的混凝土保护层厚度加大钢筋的混凝土保护层厚度 是提高混凝土耐久性的重要措施是提高混凝土耐久性的重要措施是提高混凝土耐久性的重要措施是提高混凝土耐久性的重要措施 ? ? 混凝土保护层碳化是钢筋锈蚀的前提。就一般情混凝土保护层碳化是钢筋锈蚀的前提。就一般情混凝土保护层碳化是钢筋锈蚀的前提。就一般情混凝土保护层碳化是钢筋锈蚀的前提。就一般情 况而言，只有保护层混凝土碳化，钢筋表层钝化况而言，只有保护层混凝土碳化，钢筋表层钝化况而言，只有保护层混凝土碳化，钢筋表层钝化况而言，只有保护层混凝土碳化，钢筋表层钝化 膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，加大钢筋的膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，加大钢筋的膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，加大钢筋的膜破坏，钢筋才有可能锈蚀。因此，加大钢筋的 混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高混凝土保护层厚度，是保护钢筋免于锈蚀，提高 混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。混凝土结构耐久性的最重要的措施之一。 ? ? 桥规桥规桥规桥规JTG D62JTG D62JTG D62JTG D62做为强制性条文给出的钢筋最小做为强制性条文给出的钢筋最小做为强制性条文给出的钢筋最小做为强制性条文给出的钢筋最小 混凝土保护层厚度列于表混凝土保护层厚度列于表混凝土保护层厚度列于表混凝土保护层厚度列于表2.22.22.22.2- - - -1 1 1 1。 表表表表2.22.22.22.2- - - -1 1 1 1 普通钢筋和预应力直线钢筋最小混凝土保护层厚度（普通钢筋和预应力直线钢筋最小混凝土保护层厚度（普通钢筋和预应力直线钢筋最小混凝土保护层厚度（普通钢筋和预应力直线钢筋最小混凝土保护层厚度（mmmmmmmm） 252520201515收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋 6 6 454540403030缘石、中央分隔带、护拦等行车道构件缘石、中央分隔带、护拦等行车道构件 5 5 303025252020箍筋箍筋 4 4 303025252020人行道构件、栏杆（受力主筋）人行道构件、栏杆（受力主筋） 3 3 454540403030 墩台身、挡土结构、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建墩台身、挡土结构、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建 筑（受力主筋）筑（受力主筋） 2 2 6060 8585 5050 7575 4040 6060 基础、桩基承台（基础、桩基承台（1 1）基坑底面有垫层或侧面有模板）基坑底面有垫层或侧面有模板 （受力钢筋）（受力钢筋） （2 2）基坑底面无垫层或侧面无模板）基坑底面无垫层或侧面无模板 1 1 、 环境条件环境条件 构构件件类类型型 序序 号号 耐久性设计与施工指南 关于钢筋混凝土保护层厚度的规定钢筋混凝土保护层厚度的规定钢筋混凝土保护层厚度的规定 钢筋的混凝土保护层厚度，一般不应小于钢 筋保护层最小厚度Cmin与保护层厚度施工负允 差之和。 保护层最小厚度 钢筋混凝土保护层厚度的规定 钢筋的混凝土保护层厚度，一般不应小于钢 筋保护层最小厚度Cmin与保护层厚度施工负允 差之和。 保护层最小厚度Cmin按表2.2-2采用, 保护层厚度施工负允差保护层厚度施工负允差 ,对现浇混凝土构件 可取510mm,对预制构件可0 5mm。 表表表表2.22.22.22.2- - - -2 2 2 2 混凝土保护层最小厚度（混凝土保护层最小厚度（混凝土保护层最小厚度（混凝土保护层最小厚度（mmmmmmmm） 656560605050454535353030使用年限使用年限100100年年 606055554545353530302525使用年限使用年限5050年年 555550504040303025252020使用年限使用年限3030年年 梁、柱等条梁、柱等条 件件 构件构件 606055554545404030302020使用年限使用年限100100年年 555550504040303020201515使用年限使用年限5050年年 505045453535252515151515使用年限使用年限3030年年 板、墙等面板、墙等面 形形 构件构件 F F E E D D C C B B A A 环境作用等级环境作用等级 2 2 2 2- - - -3 3 3 3桥面铺装层是抵御桥梁构钢筋腐桥面铺装层是抵御桥梁构钢筋腐桥面铺装层是抵御桥梁构钢筋腐桥面铺装层是抵御桥梁构钢筋腐 蚀，蚀，蚀，蚀， 提高结构耐久性的第一道防线提高结构耐久性的第一道防线提高结构耐久性的第一道防线提高结构耐久性的第一道防线. . . . ? ? 一一. . 桥面铺装层的主要病害及其对结构耐久桥面铺装层的主要病害及其对结构耐久 ? ? 性的影响性的影响 ? ? 二二. . 改进桥面铺装设计的建议改进桥面铺装设计的建议 ? ? 一一. . 桥面铺装层的主要病害桥面铺装层的主要病害 ? ? 及其对结构耐久性的影响及其对结构耐久性的影响 1. 沥青混凝土类桥面出现严重裂缝、车辙、壅包、坑槽和局部破损。 这些病害除了直接影响桥梁的使用功能外，更为严重的后果是路面渗 水，局部破损造成水分的堆积，将使结构的耐久性降低。 2. 混凝土桥面铺装出现裂缝，特别是铰结空心板（或T形梁）顺铰 缝出现纵向裂缝是较为普通的。水份沿铰缝下流，造成周边钢筋腐 蚀，钢筋腐蚀锈胀，又会引起混凝土局部破损，钢筋外露，腐蚀将会 进一步加剧。 3. 在北方地区由撒盐除冰、在冻融循环作用下造成桥面铺装混凝土 盐冻破坏，使混凝土表层剥落、强度降低、严重者会造成铺装层的全 部破坏，失去对桥面板的保护作用，影响结构的耐久性。 1. 沥青混凝土类桥面出现严重裂缝、车辙、壅包、坑槽和局部破损。 这些病害除了直接影响桥梁的使用功能外，更为严重的后果是路面渗 水，局部破损造成水分的堆积，将使结构的耐久性降低。 2. 混凝土桥面铺装出现裂缝，特别是铰结空心板（或T形梁）顺铰 缝出现纵向裂缝是较为普通的。水份沿铰缝下流，造成周边钢筋腐 蚀，钢筋腐蚀锈胀，又会引起混凝土局部破损，钢筋外露，腐蚀将会 进一步加剧。 3. 在北方地区由撒盐除冰、在冻融循环作用下造成桥面铺装混凝土 盐冻破坏，使混凝土表层剥落、强度降低、严重者会造成铺装层的全 部破坏，失去对桥面板的保护作用，影响结构的耐久性。 二二二二. . . . 改进桥面铺装设计的建议改进桥面铺装设计的建议改进桥面铺装设计的建议改进桥面铺装设计的建议 ? ? 1.1.1.1.采用高密实度具有良好防水性能桥面铺装混凝采用高密实度具有良好防水性能桥面铺装混凝采用高密实度具有良好防水性能桥面铺装混凝采用高密实度具有良好防水性能桥面铺装混凝 土是提高结构耐久性的重要措施。土是提高结构耐久性的重要措施。土是提高结构耐久性的重要措施。土是提高结构耐久性的重要措施。 ? ? 2.2.2.2.预防桥面铺装层混凝土纵向开裂的措施预防桥面铺装层混凝土纵向开裂的措施预防桥面铺装层混凝土纵向开裂的措施预防桥面铺装层混凝土纵向开裂的措施 ? ? 3.3.3.3.防水层是桥面铺装的重要组成部分，积极推广防水层是桥面铺装的重要组成部分，积极推广防水层是桥面铺装的重要组成部分，积极推广防水层是桥面铺装的重要组成部分，积极推广 化学防水为桥梁防水层设计提供了新思路。化学防水为桥梁防水层设计提供了新思路。化学防水为桥梁防水层设计提供了新思路。化学防水为桥梁防水层设计提供了新思路。 1. 1.采用高密实度具有良好防水性能桥面铺装混凝土采用高密实度具有良好防水性能桥面铺装混凝土 是提高结构耐久性的重要措施是提高结构耐久性的重要措施 ? ? 桥面铺装混凝土应采用桥面铺装混凝土应采用桥面铺装混凝土应采用桥面铺装混凝土应采用C30C30C30C30以上等级的高密度混凝土，以上等级的高密度混凝土，以上等级的高密度混凝土，以上等级的高密度混凝土， 为了提高混凝土的密实度，水灰比一般应控制在为了提高混凝土的密实度，水灰比一般应控制在为了提高混凝土的密实度，水灰比一般应控制在为了提高混凝土的密实度，水灰比一般应控制在0.40.40.40.4以下以下以下以下。 ? ? 纤维混凝土（钢纤维混凝土或复合纤维混凝土）在桥纤维混凝土（钢纤维混凝土或复合纤维混凝土）在桥纤维混凝土（钢纤维混凝土或复合纤维混凝土）在桥纤维混凝土（钢纤维混凝土或复合纤维混凝土）在桥 面铺装层中的应用有着广阔的发展前景面铺装层中的应用有着广阔的发展前景面铺装层中的应用有着广阔的发展前景面铺装层中的应用有着广阔的发展前景 ? ? 为了防止和控制混凝土的收缩裂缝，桥面铺装混凝土为了防止和控制混凝土的收缩裂缝，桥面铺装混凝土为了防止和控制混凝土的收缩裂缝，桥面铺装混凝土为了防止和控制混凝土的收缩裂缝，桥面铺装混凝土 中应设置由的带肋钢筋组成的平面钢筋网，网格间距通常中应设置由的带肋钢筋组成的平面钢筋网，网格间距通常中应设置由的带肋钢筋组成的平面钢筋网，网格间距通常中应设置由的带肋钢筋组成的平面钢筋网，网格间距通常 为为为为100mm100mm100mm100mm100mm100mm100mm100mm 2.2.2.2.预防桥面铺装层混凝土纵向开裂的措施预防桥面铺装层混凝土纵向开裂的措施预防桥面铺装层混凝土纵向开裂的措施预防桥面铺装层混凝土纵向开裂的措施 ? ? 在以往的桥梁设计中是将桥面铺装混凝在以往的桥梁设计中是将桥面铺装混凝在以往的桥梁设计中是将桥面铺装混凝在以往的桥梁设计中是将桥面铺装混凝 土做为构成桥面横坡的找平层和桥面板的土做为构成桥面横坡的找平层和桥面板的土做为构成桥面横坡的找平层和桥面板的土做为构成桥面横坡的找平层和桥面板的 保护层。在计算中一般是不考虑桥面铺装保护层。在计算中一般是不考虑桥面铺装保护层。在计算中一般是不考虑桥面铺装保护层。在计算中一般是不考虑桥面铺装 层参与主梁（或桥面板）共同工作的。但层参与主梁（或桥面板）共同工作的。但层参与主梁（或桥面板）共同工作的。但层参与主梁（或桥面板）共同工作的。但 是，由桥面铺装层混凝土与桥面板的粘结是，由桥面铺装层混凝土与桥面板的粘结是，由桥面铺装层混凝土与桥面板的粘结是，由桥面铺装层混凝土与桥面板的粘结 作用，桥面铺装层作为主梁（或桥面板）作用，桥面铺装层作为主梁（或桥面板）作用，桥面铺装层作为主梁（或桥面板）作用，桥面铺装层作为主梁（或桥面板） 截面的组成部分共同承受内力客观存在的截面的组成部分共同承受内力客观存在的截面的组成部分共同承受内力客观存在的截面的组成部分共同承受内力客观存在的 是实。是实。是实。是实。 图图图图2.32.32.32.3- - - -1 1 1 1 桥面铺装混凝土横向受弯引起的纵向裂缝桥面铺装混凝土横向受弯引起的纵向裂缝桥面铺装混凝土横向受弯引起的纵向裂缝桥面铺装混凝土横向受弯引起的纵向裂缝 ? ? 考虑桥面铺装层参与工作的铰结空心板梁桥的空间分考虑桥面铺装层参与工作的铰结空心板梁桥的空间分考虑桥面铺装层参与工作的铰结空心板梁桥的空间分考虑桥面铺装层参与工作的铰结空心板梁桥的空间分 析表明，空心板梁在主要承受纵向变矩的同时，还要承受析表明，空心板梁在主要承受纵向变矩的同时，还要承受析表明，空心板梁在主要承受纵向变矩的同时，还要承受析表明，空心板梁在主要承受纵向变矩的同时，还要承受 一定的横向弯矩。由铰缝本身的横向连接薄弱，这一横向一定的横向弯矩。由铰缝本身的横向连接薄弱，这一横向一定的横向弯矩。由铰缝本身的横向连接薄弱，这一横向一定的横向弯矩。由铰缝本身的横向连接薄弱，这一横向 弯矩主要由铰缝顶面的混凝土铺装层来承担。混凝土铺装弯矩主要由铰缝顶面的混凝土铺装层来承担。混凝土铺装弯矩主要由铰缝顶面的混凝土铺装层来承担。混凝土铺装弯矩主要由铰缝顶面的混凝土铺装层来承担。混凝土铺装 层厚度有限，配筋很少（有些钢筋也位于铺装层的中部，层厚度有限，配筋很少（有些钢筋也位于铺装层的中部，层厚度有限，配筋很少（有些钢筋也位于铺装层的中部，层厚度有限，配筋很少（有些钢筋也位于铺装层的中部， 对抗弯不起作用），在横向弯矩作用下，桥面铺装层出现对抗弯不起作用），在横向弯矩作用下，桥面铺装层出现对抗弯不起作用），在横向弯矩作用下，桥面铺装层出现对抗弯不起作用），在横向弯矩作用下，桥面铺装层出现 纵向裂缝是必不可免的。纵向裂缝是必不可免的。纵向裂缝是必不可免的。纵向裂缝是必不可免的。 铰缝 桥面铺装混凝土 纵向裂缝 图图图图2.32.3- -2 2 ? ? 对于铰结的对于铰结的对于铰结的对于铰结的T T T T形梁桥铰缝处混凝土铺装层处于更不利形梁桥铰缝处混凝土铺装层处于更不利形梁桥铰缝处混凝土铺装层处于更不利形梁桥铰缝处混凝土铺装层处于更不利 的工作状态，在局部车辆荷载作用下铰缝处混凝土铺装层的工作状态，在局部车辆荷载作用下铰缝处混凝土铺装层的工作状态，在局部车辆荷载作用下铰缝处混凝土铺装层的工作状态，在局部车辆荷载作用下铰缝处混凝土铺装层 承受较大的正弯矩，下缘出现纵向裂缝，将造成整个截面承受较大的正弯矩，下缘出现纵向裂缝，将造成整个截面承受较大的正弯矩，下缘出现纵向裂缝，将造成整个截面承受较大的正弯矩，下缘出现纵向裂缝，将造成整个截面 的断裂的断裂的断裂的断裂 （图（图（图（图2.32.32.32.3- - - -2 2 2 2） 3 3 积极推广化学防水为积极推广化学防水为积极推广化学防水为积极推广化学防水为桥梁桥梁桥梁桥梁防水层防水层防水层防水层设计设计设计设计 提供了新思路。提供了新思路。提供了新思路。提供了新思路。 目前我国桥梁工程中采用的防水层种类很多，目前我国桥梁工程中采用的防水层种类很多，目前我国桥梁工程中采用的防水层种类很多，目前我国桥梁工程中采用的防水层种类很多， 从作用原理上讲大多数属于物理防水，是靠由防水从作用原理上讲大多数属于物理防水，是靠由防水从作用原理上讲大多数属于物理防水，是靠由防水