铁路混凝土结构耐久性设计规范(完整版).pdf

中华人民共和国行业标准 TB TB x 2010 铁路混凝土结构耐久性设计规范 铁路混凝土结构耐久性设计规范 报批稿 2010 XX XX 发布 2010 XX XX 实施 中华人民共和国铁道部 发布 前 言 本规范是根据铁道部 关于印发 2009 年铁路工程建设标准编制计划 的通知 铁建设函 2009 34 号 进行编制的 铁路工程的条形结构 客观上具有环境作用的多样性和不确定性 不同地域原材料性能差异很大与 就地取材之间的矛盾等 决定了铁路混凝土结构的耐久性设计的复杂性 工程技术人员必须按照 以人 为本 服务运输 强本简末 系统优化 着眼发展 的铁路建设理念 结合工程具体情况 因地制宜 充分发挥主观能动性 积极采用安全 可靠 先进 成熟 经济 适用的新技术 不能生搬硬套标准 勘察设计单位执行 或采用 单项或局部标准 并不免除设计单位及设计人员对整体工程和系统功能质 量问题应承担的法律责任 本规范是基于对 铁路混凝土结构耐久性暂行规定 全面修订基础上编制而成 与 暂规 相比 本规范主要修订的内容有 将设计使用年限由 100 年以上 60 年以上和 30 年以上修改为 100 年 60 年和 30 年 增加了 特殊铁路混凝土结构设计使用年限的确定原则 对氯盐环境 磨蚀环境条件特征稍做修改 严重腐蚀等级中删除了 M3 明确了硫酸盐和氯盐 的检测方法 增加了混凝土中三氧化硫的最大含量 增加了配合比参数中不同作用环境下掺和料掺加范围以 及冻融环境下混凝土含气量的要求 增加了碳化环境下混凝土碳化深度的要求 细化了冻融环境下混凝 土耐久性指数的要求 增加了冻融环境下混凝土气泡间距系数的要求 增加了氯盐环境下混凝土抗氯离 子渗透性的要求 增加了硫酸盐化学侵蚀环境下 混凝土抗硫酸盐干湿循环次数的要求 增加了裂缝控制一章 裂缝控制一章包括混凝土最大裂缝计算宽度限值以及与裂缝控制相关的 施工关键参数 增加了桥涵 隧道 路基与轨道结构的构造措施 细化了不同环境作用下混凝土防腐蚀强化措施 本规范规定共分 8 章 4 个附录 主要内容包括 总则 术语 基本规定 环境 混凝土 裂缝控 制 构造措施 防腐蚀强化措施和检查与维修等 在执行本规范的过程中 希望各单位结合工程实践 认真总结经验 积累资料 如发现需要修改和 补充之处 请及时将意见及有关资料寄交铁道科学研究院 北京市海淀区大柳树路 2 号 邮政编码 100081 并抄送铁道部经济规划研究院 北京市海淀区羊坊店路甲 8 号 邮政编码 100038 以供今 后修订时参考 本规范由铁道部建设管理司负责解释 本规范主编单位 铁道科学研究院 本规范参编单位 铁道部经济规划研究院 清华大学 铁道第一勘察设计院 铁道第二勘察设计院 铁道第三勘察设计院 铁道第四勘察设计院 中铁十二局集团有限公司 本规范主要起草人 谢永江 薛吉岗 李化建 李克非 覃维祖 廉慧珍 朱长华 仲新华 谭盐 宾 易忠来 黄直久 孙立 吴少海 王召祜 魏永幸 周成 魏齐威 楼梁伟 王月华 冯仲伟 刘 竞 翁智财 郑新国 曾志 目 录 目 录 1 总则 2 术语 3 基本规定 4 环境 5 混凝土 5 1 一般规定 5 2 配合比参数 5 3 最低强度等级 5 4 耐久性指标 6 裂缝控制 6 1 一般规定 6 2 最大裂缝宽度计算限值 1 总则 2 术语 3 基本规定 4 环境 5 混凝土 5 1 一般规定 5 2 配合比参数 5 3 最低强度等级 5 4 耐久性指标 6 裂缝控制 6 1 一般规定 6 2 最大裂缝宽度计算限值 6 3 施工过程裂缝控制要求 6 3 施工过程裂缝控制要求 7 构造措施 7 1 一般规定 7 构造措施 7 1 一般规定 7 2 钢筋保护层最小厚度 7 2 钢筋保护层最小厚度 7 3 桥涵 7 4 隧道 7 5 路基 7 6 轨道 8 防腐蚀强化措施 8 1 一般规定 7 3 桥涵 7 4 隧道 7 5 路基 7 6 轨道 8 防腐蚀强化措施 8 1 一般规定 8 2 防腐蚀强化措施技术要求 8 2 防腐蚀强化措施技术要求 9 检9 检查查与维修与维修 附录 A 环境水 土中腐蚀离子检测方法 附录 B 混凝土原材料要求 附录 C 混凝土耐久性参数检测方法 附录 D 构造措施 附录 A 环境水 土中腐蚀离子检测方法 附录 B 混凝土原材料要求 附录 C 混凝土耐久性参数检测方法 附录 D 构造措施 1 1 总总 则则 1 0 1 为保证铁路混凝土结构在设计使用年限内满足使用要求 规范铁路混凝土结构耐久性 设计要求 制定本规范 条文说明条文说明 现行铁路工程各专业设计规范对于混凝土结构主要考虑结构的承载能力 而 较少考虑环境作用引起的材料性能劣化对结构耐久性带来的影响 混凝土的耐久性不足 不仅会增加使用过程中的修理费用 影响工程的正常使用 而且会过早结束结构的使用年 限 造成严重的资源浪费 为使铁路混凝土结构能够满足设计使用年限需要 并有利于可 持续发展的战略 明确铁路混凝土结构耐久性设计的具体内容和方法 真正做到安全 适 用 经济 合理 特编写本规范 1 0 2 本规范适用于铁路混凝土结构在碳化环境 氯盐环境 化学侵蚀环境 冻融破坏环境 和磨蚀环境作用下全过程的耐久性设计 铁路工民建结构耐久性设计按国家相关标准执行 条文说明条文说明 本规范适用的铁路混凝土结构包括桥涵 隧道 路基支挡 承载 结构 路 基防护结构 轨道板 轨枕以及道床板 底座板 小型构件等 本规范仅考虑环境因素对 结构的腐蚀作用 包括结构气候环境 温度 湿度 酸雨 与结构接触的土体与水体的腐 蚀离子 硫酸盐 氯盐 碳酸盐等 以及运输含氯物质的泄漏等 不涉及有机污水 生物 辐射 泄漏电流以及电磁等对混凝土的影响 遇到这些环境的设计需要专门进行研究 1 0 3 铁路混凝土结构应根据工程结构的设计使用年限 结构所处的环境类别及其作用等级 进行耐久性设计 并应遵循下列基本原则 1 耐久性设计应体现源头把关 过程控制以及在线养修全过程设计理念 2 选用优质的混凝土原材料 合理的混凝土配合比 适当的混凝土耐久性指标 3 采用合理的结构构造 便于施工 检查和维护 减少环境因素对结构的不利影响 4 对影响混凝土开裂的施工过程关键参数提出要求 5 对于严重腐蚀环境条件下的混凝土结构 除了对混凝土本身提出严格的耐久性要求 外 还应提出可靠的防腐蚀强化措施 6 对设计使用年限内的检查和维修作出规划 明确跟踪检查内容和周期 条文说明 条文说明 由于环境作用下混凝土耐久性问题十分复杂 存在很大的不确定性 本规范 规定的是基本要求 必要时应采取高于本规范的要求 因此 设计人员应结合实际工程的 重要性 作用环境以及施工条件等 进一步细化相应的相关规定 设计中可根据工程的具 体特点 环境条件 实践经验以及具体的施工条件等适当提高相关要求 合理的结构构造 优质的原材料 合理的混凝土配合比 可靠的施工过程质量控制及定期养护 检测与维修 是确保混凝土结构耐久性的主要因素 是体现混凝土结构按设计使用年限设计的基本内容 1 0 4 本规范规定的结构耐久性设计要求为使结构达到设计使用年限并具有必要保证率的 最低要求 1 0 5 铁路混凝土结构耐久性设计应满足本规范规定的要求外 尚应符合国家和铁道部现行 有关标准的规定 2 2 术语术语 2 0 1 混凝土结构耐久性 durability of concrete structure 在预定作用和预期的维护与使用条件下 结构及其部件在设计使用年限内保持其适用 性和安全性的能力 2 0 2 设计使用年限 design service life 设计人员用以作为结构耐久性设计依据并具有足够安全度或保证率的目标使用年限 2 0 3 胶凝材料 cementitious material or binder 用于配制混凝土的水泥与所掺入活性和惰性矿物掺和料的总称 活性掺和料包括粉煤 灰 磨细矿渣粉和硅灰等 惰性掺和料包括石英粉和石灰石粉等 2 0 4 水胶比 water to binder ratio 混凝土拌合物中的总用水量与胶凝材料总量的质量比 2 0 5 最低强度等级 minimum strength grade 混凝土满足结构耐久性要求应具备的最低强度级别 2 0 6 电通量 passed electric charge 在 60V 直流恒电压作用下 6h 内通过混凝土的电量 2 0 7 氯离子在混凝土中的扩散系数 chloride diffusion coefficient of concrete 在外界电场作用下 混凝土孔隙水中氯离子从高浓度区向低浓度区扩散过程的参数 2 0 8 混凝土抗冻性等级 resistance grade to freeze thaw of concrete 混凝土试件在快冻法试验条件下所能承受的冻融循环次数 2 0 9 气泡间隔系数 air void spacing factor 硬化混凝土水泥浆体中相邻气泡边缘之间的平均距离 2 0 10 混凝土抗硫酸盐等级 resistance grade to sulphate of concrete 混凝土试件在规定的试验条件下所能够经受的干湿循环次数 2 0 11 钢筋的保护层最小厚度 minimum concrete cover to reinforcement 为防止钢筋锈蚀从混凝土表面到最外层钢筋最外缘所必需的混凝土最小厚度 2 0 12 腐蚀 deterioration 材料与周围的环境因素发生物理 化学或电化学反应而受到的渐进性损伤与破坏 对 钢材则称为锈蚀 corrosion 2 0 13 防腐蚀强化措施 additional protective measures 在采取改善混凝土密实性和增加钢筋的混凝土保护层厚度等常规措施仍不足以保证结 构的耐久性时所需要进一步采取的其它强化措施 3 2 0 14 维修 repair or restore 通过修补 更换或加固 使损伤的结构或构件恢复到可接受的状态 4 3 基本规定基本规定 3 0 1 铁路混凝土结构耐久性设计的主要内容包括 1 结构及主要可更换部件的设计使用年限 2 结构所处的环境类别及作用等级 3 结构耐久性要求的混凝土 4 结构耐久性要求的裂缝宽度计算限值以及影响混凝土开裂的施工要求 5 结构耐久性要求的最小保护层厚度与结构构造措施 6 严重腐蚀环境条件下采取的防腐蚀强化措施 7 与结构耐久性有关的跟踪检查与维修要求 条文说明 条文说明 明确了铁路混凝土结构耐久性设计的主要内容 混凝土结构耐久性设计是一 个系统工程 不仅包括环境 混凝土材料 裂缝控制 构造措施 还包括与裂缝控制有关 的施工要求 严重腐蚀环境下混凝土防腐蚀强化措施以及服役铁路混凝土结构检测维修技 术 3 0 2 铁路混凝土结构的设计使用年限应根据工程的重要性按表 3 0 2 确定 表 3 0 2 混凝土结构设计使用年限 表 3 0 2 混凝土结构设计使用年限 设计使用年限级别 设计使用年限 适用范围 一 不低于 100 年 不宜更换的铁路混凝土结构 如桥梁的桩基 承台 墩台 梁 隧道 涵洞 路基支挡 承载 结构等 二 不低于 60 年 可更换的铁路混凝土结构 如轨道板 道岔板 轨枕 埋入 式 道床板 底座板 路基防护结构 接触网支柱等 三 不低于 30 年 附属结构 如盖板 沟槽 人行道栏杆 排水设施等小型构 件 注 特殊铁路 特别重要铁路工程 专用线铁路等 混凝土结构的设计使用年限 可根据工程的重要性 结合实际情况另行确定 条文说明条文说明 以往铁路工程设计规范对混凝土结构没有明确的设计使用年限要求 混凝土 结构耐久性设计规范 对结构的设计使用年限分为两级 一级设计使用年限不低于 100 年 指城市快速路和主干道上的桥梁以及其他道路上的大型桥梁 隧道 重要的市政设施等 二级设计使用年限不低于 50 年 指城市次干道和一般道路上的中小型桥梁 一般市政设施 实际上 该规范中涉及到的使用年限是三级 即 100 年 50 年和 30 年 欧共体的规范还 规定了桥梁等主要土木工程结构物的设计使用年限为 100 年 美国规定桥梁的设计使用年 限为不小于 75 100 年 表 3 0 2 中增加了适用范围示例 仅供设计或施工人员参考 对于特殊铁路工程的设计使用年限可以由设计人员和业主根据工程实际情况具体确定 对于一些特别重要的铁路工程 其可修复性较差 在采取特殊的工程技术及其监测措施后 其设计使用年限可以大于 100 年 对于一些厂区铁路 地方铁路等工程 基于经济性和实 用性考虑 其设计使用年限可以不受 3 0 2 条的限制 5 3 0 3 当铁路混凝土结构耐久性设计采用本规范未涉及的新材料 新工艺和新方法时 应通 过试验论证 条文说明 条文说明 鼓励铁路工程采用新材料 新工艺和新方法 但要经过试验验证 尤其是验 证对结构耐久性的影响 6 4 环 境 环 境 4 1 一般规定一般规定 4 1 1 铁路混凝土结构耐久性设计应对铁路沿线水质 土质 气候条件等进行勘察或调查 确定环境的类别及作用等级 条文说明 条文说明 铁路工程条状结构与露天服役环境决定了铁路混凝土结构必然遭受气候 所 接触土质与水质的腐蚀 为确定混凝土结构作用环境等级 在设计前应按照 铁路工程地 质勘察规范 以及 铁路工程土工试验规程 对铁路工程沿途水质 土质进行取样分析 并调研沿途城市或地区的历史气象资料 以便确定结构的环境类别及作用等级 4 1 2 当同一铁路混凝土结构处于多种环境共同作用时 混凝土结构的耐久性设计应根据每 种环境单独进行 对混凝土结构采取的耐久性技术措施应同时满足每种环境类别及作用等 级的要求 条文说明 条文说明 混凝土结构所处的侵蚀性环境往往不是单一的 提高混凝土抵抗各种典型侵 蚀环境 如化学侵蚀 冻融 作用所采取的技术措施也是不相同的 有时也可能是相互矛 盾的 进行耐久性设计时应分别加以考虑 如当结构物处于硫酸盐腐蚀和冻融破坏环境时 进行混凝土配合比设计时应同时考虑采用抗硫酸盐硅酸盐水泥 掺加足量矿物掺和料和引 气剂等技术措施 不同类别环境叠加有可能会加重对混凝土的腐蚀 也有可能对混凝土的 腐蚀没有影响 设计中遇到多重环境同时作用时 应通过试验论证 4 1 3 当同一铁路混凝土结构的不同结构部位所处的环境类别及其作用等级不同时 不同结 构部位的耐久性设计应根据实际情况分别进行 条文说明 条文说明 同一个结构物的不同结构部位 如桥梁结构的基础 承台 墩台 预制梁等 构件 所处的环境类别和作用等级不同时 其耐久性要求也应有所差别 甚至同一构件的 不同部位 如承台的下部与水接触部位和上部相对干燥部位 也会有不同的耐久性要求 设计时应充分考虑到这种情况 4 2 环境类别及作用等级环境类别及作用等级 4 2 1 铁路混凝土结构所处的环境分为碳化环境 氯盐环境 化学侵蚀环境 冻融破坏环境 和磨蚀环境五类 不同类别环境的作用等级可按表 4 2 1 1 表 4 2 1 2 表 4 2 1 3 表 4 2 1 4 和表 4 2 1 5 所列环境条件特征进行划分 7 表 4 2 1 1 碳化环境 表 4 2 1 1 碳化环境 作用等级代号 环境条件特征 T1 年平均相对湿度 60 长期在水下 不包含海水 或土中 T2 年平均相对湿度 60 露天条件 T3 处于水位变动区 处于干湿交替区 注 当钢筋混凝土薄型结构 厚度小于 150mm 的一侧干燥而另一侧湿润或饱水时 其干燥一侧混凝土的碳化作 用等级应按 T3 级考虑 表 4 2 1 2 氯盐环境 表 4 2 1 2 氯盐环境 作用等级代号 环境条件特征 L1 海洋环境 长期在海水水下 土下 盐湖环境 长期在盐湖水下 土下 海洋环境 高于平均水位 15m 的海上大气区 海洋环境 离涨潮岸线 100m 300m 的陆上近海区 水中氯离子浓度 100mg L 500mg L 且有干湿交替 土中氯离子浓度 150mg kg 750mg kg 且有干湿交替 L2 海洋环境 低于平均水位 15m 以内的海上大气区 海洋环境 离涨潮岸线 100m 以内的陆上近海区 水中氯离子浓度 500mg L 5000mg L 且有干湿交替 土中氯离子浓度 750mg kg 7500mg kg 且有干湿交替 L3 海洋环境 海水潮汐区或浪溅区 水中氯离子浓度 5000mg L 且有干湿交替 土中氯离子浓度 7500mg kg 且有干湿交替 注 1 氯离子浓度的测定方法应符合本规范附录 A 的规定 2 处于炎热地区的潮汐区或浪溅区的混凝土构件 除本规范耐久性规定外 尚应考虑防腐蚀措 施 炎热地区指年平均气温高于 20 的地区 表 4 2 1 3 化学侵蚀环境 表 4 2 1 3 化学侵蚀环境 化学侵蚀类型 作用等级代号 8 H1 H2 H3 H4 硫酸盐侵蚀 环境水中 SO42 含量 mg L 200 600 600 3000 3000 6000 6000 强透水性环境土中 SO42 含量 mg kg 2000 3000 3000 12000 12000 24000 24000 弱透水性环境土中 SO42 含量 mg kg 3000 12000 12000 24000 24000 盐类结晶侵蚀 环境土中 SO42 含量 mg kg 2000 3000 3000 12000 12000 酸性侵蚀 环境水中 pH 值 6 5 5 5 5 5 4 5 4 5 二氧化碳侵蚀 环境水中侵蚀性 CO2含量 mg L 15 40 40 100 100 镁盐侵蚀 环境水中 Mg2 含量 mg L 300 1000 1000 3000 3000 注 1 强透水是指碎石土和砂土 弱透水是指粉土和黏性土 2 对于盐渍土地区的混凝土结构 埋入土中的混凝土遭受化学侵蚀 当环境多风干燥时 露出地表 的毛细吸附区内的混凝土遭受盐类结晶型侵蚀 3 对于一面接触含盐环境水 或土 而另一面临空且处于干燥或多风环境中的薄壁混凝土 接触含 盐环境水 或土 的混凝土按遭受化学侵蚀考虑 临空面的混凝土按遭受盐类结晶侵蚀考虑 4 酸雨环境按酸性环境考虑 但相应作用等级可降一级 5 硫酸根离子浓度的测定方法应符合本规范附录 A 的规定 表 4 2 1 4 冻融破坏环境表 4 2 1 4 冻融破坏环境 作用等级代号 环境条件特征 D1 微冻条件 混凝土频繁接触水 D2 微冻条件 混凝土长期饱水或处于水位变动区 严寒和寒冷条件 混凝土频繁接触水 微冻条件 混凝土频繁接触含氯盐水体 D3 严寒和寒冷条件 混凝土长期饱水或处于水位变动区 微冻条件 含氯盐水体 混凝土长期饱水或处于水位变动区 严寒和寒冷条件 混凝土频繁接触含氯盐水体 D4 严寒和寒冷条件 含氯盐水体 混凝土长期饱水或处于水位变动区 注 1 严寒条件 寒冷条件和微冻条件最冷月的平均气温 t 分别为 t 8 8 t 3 和 3 t 2 5 2 含氯盐水体包括海水 含有氯盐的地下水 盐湖水等 表 4 2 1 5 磨蚀环境 表 4 2 1 5 磨蚀环境 环境作用等级 环境条件特征 M1 风蚀 有砂情况 风力等级 7 级 且年累计刮风天数大于 90 天 9 M2 风蚀 有砂情况 风力等级 9 级 且年累计刮风天数大于 90 天 流冰磨蚀 有强烈流冰撞击的河道 冰层水位线下 0 5m 冰层 水位线上 1 0m 泥砂磨蚀 汛期含砂量 200 kg m3 1000kg m3的河道 M3 风蚀 有砂情况 风力等级 11 级 且年累计刮风天数大于 90 天 泥砂磨蚀 汛期含砂量 1000kg m3的河道 泥石流地区及西北戈壁荒漠区洪水期间夹杂大量粗 颗粒砂石的河道 条文说明 条文说明 铁路混凝土结构侵蚀性环境的类别主要参考欧洲设计规范 岩土工程勘察 规范 GB50021 混凝土结构耐久性设计规范 GB T 50476 等 结合我国历史气候信 息资料与地质资料 并根据铁路工程条状分布特点以及铁路工程结构特点进行分类 这种 对环境类别的划分方法 主要考虑到设计应用的方便性 并没有严格按照劣化机理进行分 类 对于每一类别的不同环境条件 按其侵蚀的严重程度 分别纳入 3 4 个环境作用等级 需要指出的是 环境作用下的混凝土劣化程度与混凝土的种类有关 本规范中确定的环境 作用级别 是以不同环境类别下需要满足特定组分要求的混凝土为前提的 根据铁路工程 混凝土结构中钢筋锈蚀以及混凝土腐蚀机理 综合考虑设计的方便性 参照混凝土结构设 计的欧洲标准和 混凝土结构耐久性设计规范 将铁路混凝土环境类别分为碳化环境 氯 盐环境 冻融破坏环境 化学侵蚀环境以及磨蚀环境五类 铁路混凝土工程主体结构的主 要环境类别及作用等级参见说明图 4 2 1 1 4 2 1 3 其他结构可参考使用 10 说明图 4 2 1 1 桥梁 说明图 4 2 1 1 桥梁 注 冻融环境只发生在洞口 50m 发生 注 冻融环境只发生在洞口 50m 发生 说明图 4 2 1 2 隧道 说明图 4 2 1 2 隧道 水位变动区 淡水或海水 T3 L3 D1 D4 H1 H4 T2 L1 L2 M1 M3 T1 L1 H1 H4 11 说明图 4 2 1 3 涵洞 说明图 4 2 1 3 涵洞 本规范中规定的碳化环境就是 混凝土结构耐久性设计规范 中的一般环境 本规范 中所规定的五种作用环境都与混凝土的腐蚀破坏机理相关 因此 本规范中依然沿用按碳 化环境分类 在碳化锈蚀为主的环境条件下 混凝土的碳化主要受制于 CO2 H2O 和 O2的供给程度 因此湿度较大 特别是水位变动区和干湿交替部位是碳化锈蚀发生的重点部位 应予重点 关注 当相对湿度小于 60 时 由于缺少水的参与 钢筋的锈蚀较难发生 当结构处于水 下或土中时 由于缺少 CO2的有效补给 混凝土的碳化速度将会很缓慢 根据结构所处的 湿度及其是否干湿交替等情况 将碳化环境分为三个等级 本规范中所列环境中 T1 长期在 水下 不包括海水 其原因是长期处于海水的作用等级属于氯盐环境中的 L1 环境 碳化尽 管是常见的作用形式 但碳化环境作用下 依靠混凝土本身的密实度 适当的保护层厚度 和有效的防排水措施 就能够满足耐久性要求 一般不需要考虑防腐蚀附加措施 冻融破坏环境作用主要与环境的最低温度 混凝土饱水度和反复冻融循环次数有关 在 相同条件下 含盐水的冻融破坏作用更大 因此 应根据当地最冷月份的平均气温 饱水 状况和水中是否含盐来划分作用等级 将冻融破坏环境分为四个等级 水工混凝土结构设 计规范 SL 191 2008 中抗冻环境等级划分 除考虑到最冷月份气温 保水状态 是否含盐 外 还考虑年冻融循环次数 将冻融循环次数划分成大于 100 次和小于 100 次 年冻融循 环次数分别按一年内气温从 3 以上降低到 3 以下 然后回升到 3 以上的交替次数和 一年中日平均气温低于 3 期间设计预定水位的涨落次数统计 并取其中的大值 其气候 划分等级标准也略有不同 严寒地区是指累积最冷月平均气温低于或等级 10 的地区 寒 冷地区是指累积年最冷月平均气温高于 10 低于或等级 3 的地区 温和地区是指累积 年最冷月平均气温高于 3 的地区 地下水位 T1 L1 L3 H1 H4 T1 H1 H4 T2 T3 L1 L2 12 氯盐环境下混凝土作用等级的分类依据主要是距离海洋的距离以及途径地区土中或地 下水中所含氯离子情况 将氯盐环境分为四个等级 距离海洋的距离划分依据主要参考 混 凝土结构耐久性设计规范 土中或地下水中氯离子含量等级的划分主要参考 岩土工程勘 察规范 在氯盐锈蚀为主的环境条件下 钢筋锈蚀速度与混凝土表面氯离子的浓度 温湿 度的变化 空气中 O2供给的难易程度有关 在海水作用的潮汐区和浪溅区 盐湖地区或海 边滩涂区露出地表的毛细吸附区 钢筋锈蚀的发展速度最快 需要特别防护 另外南方炎 热地区温度高 氯离子扩散系数增大 钢筋锈蚀加剧 所以炎热气候作为加剧钢筋锈蚀的 因素考虑 长期处于海水下的混凝土 由于钢筋脱钝所需的氯离子浓度值在饱水条件下得 到提高 同时缺乏 O2的有效供给 所以相对来说钢筋锈蚀的速度反而不大 铁路工程跨度大 分布范围广 途径地质条件复杂 混凝土结构会面临化学物质的腐蚀 本规范所涉及到的腐蚀化学物质有硫酸盐 碳酸盐 酸和镁盐等 本规范关于硫酸盐侵蚀 等级的划分 主要参考挪威欧盟标准 NS EN206 我国西北 西南和沿海地区的铁路工 程常常面临化学侵蚀环境的作用 化学侵蚀尤以硫酸盐化学侵蚀环境比较多见 但是 就 破坏的严重程度来看 盐类结晶破坏更加突出 多发生在露出地表的毛细吸附区和隧道的 衬砌部位 破坏很明显 所以格外引人注意 关于海水环境对混凝土的影响 主要考虑其 中氯离子对钢筋锈蚀的促进作用 至于海水中硫酸根离子的化学作用 虽然硫酸根离子浓 度已达到了中度侵蚀的 2500mg L 左右 但由于同时存在氯离子对硫酸盐侵蚀的缓减作用 有些规范将海水硫酸盐侵蚀程度降为轻度硫酸盐侵蚀 在挪威 天然海水中硫酸盐被认为 对混凝土没有侵蚀性 本规范中主要考虑环境土中硫酸根离子以及环境水中的硫酸根离子 在磨蚀破坏为主的环境条件下 混凝土结构物遭受磨蚀的程度主要与风或水中夹杂物的 数量以及风速 水流速度有关 夹杂物越多 速度越快 磨蚀就越严重 我国是一个河流 含砂量较多的国家 在众多河流中 年输砂量超过 1000 万吨的河流就有 60 多条 其他河 流也存在不同程度的河砂运输现象 在流水及夹杂物的作用下 由于摩擦 切削 冲击等 作用 桥梁墩台因磨蚀破坏是不可避免的 气蚀是高速水流方向和速度发生急剧变化时造 成仅靠速度变化处下游表面产生很大压力降 形成水气空穴 在混凝土表面产生一个局部 的高能量冲击 另外 大风所夹带的夹杂物 对涵洞 桥梁也有不同程度的磨蚀 这种情 况尤其容易发生在我国西北地区 根据铁路工程实际情况与经验 将磨蚀环境分为 3 级 删除了原规范中磨蚀环境下的严重腐蚀等级 4 2 2 环境作用等级为 L3 H3 H4 D3 D4 级的环境为严重腐蚀环境 条文说明条文说明 本规范中将 L3 H3 H4 D3 D4 级环境定义为严重腐蚀环境 冻融破坏 环境 氯盐环境和化学侵蚀环境下有严重腐蚀环境 13 5 混凝土混凝土 5 1 一般规定一般规定 5 1 1 混凝土原材料品质应满足附录 B 的要求 5 1 2 混凝土的氯离子总含量应符合表 5 1 2 的要求 表表 5 1 2 混凝土的氯离子总含量 混凝土的氯离子总含量 项目 钢筋混凝土 预应力钢筋混凝土 氯离子含量 以胶凝材料总量计 0 10 0 06 注 1 混凝土中氯离子总含量系指水泥 矿物掺和料 粗骨料 细骨料 水 外加剂等所含氯离子含量之和 2 混凝土中各原材料中氯离子的测定方法应符合本规范附录 A 的要求 条文说明 条文说明 混凝土中氯离子含量是指混凝土中各种原材料带进混凝土的氯离子总含量 当氯离子含量在钢筋周围达到某一临界值时 钢筋的钝化膜开始破坏 丧失对钢筋的保护 作用 钢筋开始锈蚀 在氯盐环境下 环境中的氯离子还会不断地渗入到混凝土内部 聚 集到钢筋表面 混凝土原材料中的氯离子含量应尽可能地小 对于预应力混凝土结构 由 于预应力筋对氯盐腐蚀非常敏感 更容易发生腐蚀 应该更严格控制混凝土中氯离子含量 为保证混凝土的耐久性 本规范对钢筋混凝土和预应力混凝土的氯离子含量限值分别提出 要求 关于引起钢筋锈蚀的氯离子临界值尚未有明确的量值 较为统一的认识占胶凝材料质量 的 0 35 1 也有规范是用每方混凝土中氯离子含量来限制 如日本土木学会编写的 混 凝土标准规范 规定 一般钢筋混凝土和后张预应力混凝土 混凝土中氯离子总量小于 0 6kg m 3 对于耐久性要求特别高的钢筋混凝土和后张预应力混凝土 在可能发生盐害和 电腐蚀的场合以及采用先张预应力混凝土的场合 混凝土中氯离子总量应小于 0 3kg m 3 日本 预拌混凝土 JIS 5308 中规定 混凝土的氯化物含量 在卸货地点 氯离子含量 必须小于 0 3kg m 3 但在得到购货者同意时 可在 0 6kg m3以下 美国 固定式离岸混凝 土结构设计与施工指南 ACI 357 规定 混凝土拌合物中可溶性氯离子总含量不得超过 胶凝材料质量的 0 1 钢筋混凝土 和 0 06 预应力混凝土 本规范对氯离子控制指标 与 ACI 一致 5 1 3 混凝土的碱含量应满足表 5 1 3 的要求 表表 5 1 3 混凝土最大碱含量 混凝土最大碱含量 kg m3 设计使用年限 100 年以上 60 年以上 30 年以上 环境条件 干燥环境 相对湿度 75 3 5 3 5 3 5 14 潮湿环境 相对湿度 75 3 0 3 0 3 5 含碱环境 2 1 3 0 3 0 注 1 号表示混凝土必须换用非碱活性骨料 且碱含量小于 2 1kg m3 2 含碱环境是指直接与高含盐碱地 海水 含碱工业废水或钠 钾 盐等接触的环境 干燥环境或潮湿环境与含碱 环境交替变化时 均按含碱环境对待 条文说明 条文说明 采用活性骨料进行混凝土生产时 必须采取技术措施降低碱 骨料反应发生 的风险 措施之一是严格控制混凝土的总碱含量 措施之二是掺加矿物掺和料 对于活性 较大 砂浆棒膨胀率在 0 10 0 30 的骨料 可通过控制混凝土总碱含量和掺加矿物掺 和料两种措施降低风险 对于活性很大 砂浆棒膨胀率在 0 30 以上 的骨料 原则上建 议更换骨料 关于混凝土的碱含量限值问题 铁路混凝土与砌体工程施工规范 TB10210 2001 对不同混凝土提出如说明表 5 1 3 1 的规定 说明表 5 1 3 1 骨料类型 碱 硅酸反应活性骨料 工程结构类别 一般 重要 特殊 环 境 条 件 干燥环境 不限制 3 5 3 0 潮湿环境 3 5 3 0 2 1 含碱环境 3 0 禁用碱活性骨料 禁用碱活性骨料 由于将铁路工程结构类别的划分为一般 重要 特殊的依据并不十分清楚 实际操作 过程中 有关人员根据上表对混凝土的碱含量进行控制时常常出现模棱两可的情况 鉴于 铁路混凝土与砌体工程施工规范 TB10210 2001 所指重要工程是指桥梁 隧道 涵 洞 预制构件等混凝土结构或制品 类似于本规范规定的设计使用年限为 100 年的混凝土 结构 一般工程是指普通的混凝土结构 类似于本规范规定的设计使用年限为 30 年的混凝 土结构 因此 本规范参照上表的规定 提出混凝土中最大碱含量 5 1 4 混凝土的三氧化硫最大含量不应超过胶凝材料总量的 4 条文说明 条文说明 混凝土中过量的硫酸根离子 在氯酸三钙 C3A 剩余以及有水存在的情况下 会发生反应 延迟生成钙矾石 由于钙矾石在形成过程中 体积膨胀 导致硬化混凝土开 裂 这一反应也被称为内部硫酸盐腐蚀 混凝土早期蒸养过度能阻止钙矾石生成或使其重 新分解 防止钙矾石延迟生成的主要途径是降低养护温度 限制水泥中硫酸盐和 C3A 含量 混凝土在使用阶段避免与水接触 本规范将混凝土中 SO3含量限制在胶凝材料的 4 以下 15 5 1 5 混凝土的配合比应同时满足与耐久性要求的水胶比 胶凝材料用量 含气量以及掺和 料种类及掺量限值要求 条文说明 条文说明 混凝土配合比参数规定了影响混凝土耐久性关键技术参数限值 除了水胶 比 胶凝材料用量外 本次修改中增加了含气量与掺和料种类及用量 5 1 6 混凝土的抗压强度除应符合铁路工程有关专业标准规定的承载要求强度等级外 还应 满足耐久性要求 条文说明 条文说明 强调混凝土结构的强度设计应满足耐久性与承载力的双重要求 5 2 配合比参数配合比参数 5 2 1 C30 等级及以下混凝土 胶凝材料总量不宜大于 400kg m3 C35 C45 混凝土 不宜大 于 450kg m3 C50 等级及以上混凝土 其胶凝材料总量不宜大于 500kg m3 条文说明 条文说明 水泥是混凝土中必要的胶凝组分 但当水泥用量过大 不仅会增加混凝土的 开裂趋势 还会造成混凝土的泛浆分层 对混凝土耐久性反而不利 且会增加混凝土的成 本 胶凝材料用量主要满足混凝土的胶凝性能与工作性能 在此前提下 应尽可能降低混 凝土中单方胶凝材料的用量 5 2 2 不同环境作用下混凝土中矿物掺和料用量可按表 5 2 2 选择 表 5 2 2 不同环境作用下混凝土中矿物掺和料用量范围 表 5 2 2 不同环境作用下混凝土中矿物掺和料用量范围 混凝土类型 环境类别 水胶比 粉煤灰 矿渣 复掺 钢筋混凝土 碳化环境 0 45 30 50 40 0 45 20 30 25 氯盐环境 0 45 30 40 40 60 30 50 0 45 25 35 30 化学腐蚀环境 0 45 30 50 40 70 30 60 0 45 25 35 30 冻融环境 0 45 30 40 35 0 45 20 30 25 磨蚀环境 0 45 20 35 30 0 45 20 30 25 预应力钢筋混凝土 30 注 表中矿物掺和料用量范围仅限使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥 5 2 3 碳化环境下 混凝土的配合比参数应满足表 5 2 3 的要求 表 5 2 3 碳化环境下混凝土配合比参数限值 表 5 2 3 碳化环境下混凝土配合比参数限值 环境 类别 环境作 用等级 100 年 60 年 30 年 最大水 胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 最大水 胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 最大水 胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 16 碳化 环境 T1 0 50 280 0 55 260 0 55 260 T2 0 45 300 0 50 280 0 55 260 T3 0 40 320 0 45 300 0 50 280 5 2 4 氯盐环境下 混凝土的配合比参数应满足表 5 2 4 的要求 表 5 2 4 氯盐环境下混凝土配合比参数限值 表 5 2 4 氯盐环境下混凝土配合比参数限值 环境 类别 环境作 用等级 100 年 60 年 30 年 最大 水胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 最大 水胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 最大 水胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 氯盐 环境 L1 0 45 320 0 50 300 0 50 300 L2 0 40 340 0 45 320 0 45 320 L3 0 36 360 0 40 340 0 40 340 5 2 5 化学侵蚀环境下 混凝土的配合比参数应满足表 5 2 5 的要求 当化学侵蚀为盐类结 晶破坏时 宜采用引气混凝土 表 5 2 5 化学侵蚀环境下混凝土配合比参数限值 表 5 2 5 化学侵蚀环境下混凝土配合比参数限值 环境 类别 环境作 用等级 100 年 60 年 30 年 最大 水胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 最大 水胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 最大 水胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 化学 侵蚀 环境 H1 0 45 300 0 50 280 0 55 260 H2 0 40 320 0 45 300 0 50 280 H3 0 36 340 0 40 320 0 45 300 H4 0 36 360 0 36 340 0 40 320 5 2 6 冻融破坏环境下 混凝土的配合比参数应满足表 5 2 6 的要求 表 5 2 6 冻融破坏环境下混凝土配合比参数限值 表 5 2 6 冻融破坏环境下混凝土配合比参数限值 环境 类别 环境作 用等级 100 年 60 年 30 年 最大水 胶比 最小胶凝 材料用量 kg m3 含气量 最大水 胶比 最小胶凝材 料用量 kg m3 含气量 最大水胶 比 最小胶凝 材料用量 kg m3 含气量 冻融 破坏 D1 0 45 300 4 0 0 50 280 4 0 0 55 280 4 0 D2 0 40 320 5 0 0 45 300 5 0 0 50 300 5 0 17 环境 D3 0 36 340 5 0 0 40 320 5 0 0 45 320 5 0 D4 0 36 360 6 0 0 40 340 6 0 0 40 340 6 0 注 注 1 含气量允许误差 1 2 预制混凝土含气量要符合相关专业规范要求 5 2 7 磨蚀环境下 混凝土的配合比参数应满足表 5 2 7 的要求 表 5 2 7 磨蚀环境下混凝土配合比参数限值 表 5 2 7 磨蚀环境下混凝土配合比参数限值 环境 类别 环境作 用等级 100 年 60 年 30 年 最大 水胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 最大 水胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 最大 水胶比 最小胶凝材料用量 kg m3 磨蚀 环境 M1 0 45 300 0 50 280 0 55 260 M2 0 40 320 0 45 300 0 50 280 M3 0 40 340 0 40 320 0 45 300 条文说明条文说明 配合比设计是确保混凝土耐久性最关键的环节 水胶比与最小胶凝材料用量 限值是保证混凝土耐久性所需要的抗渗性与力学性能的重要技术参数 由于混凝土拌合时 的用水量在其浇注成型后被水化结合的很少 大量游离水随后成为混凝土的薄弱环节 给 混凝土的开裂敏感性和耐久性带来不利影响 近年来 从机理到工程应用都可以证实 控 制混凝土拌合物最大用水量可以有效地改善其各项性能 因此 混凝土单方用水量是影响 混凝土的耐久性关键因素 碳化环境 碳化环境 混凝土碳化 一方面与 CO2在混凝土中的扩散速度密切相关 其取决于混 凝土的孔隙率和孔隙结构 即取决于混凝土的水胶比 另一方面还与混凝土吸收 CO2的能 力有关 这主要取决于混凝土内 Ca OH 2的储备 而混凝土中 Ca OH 2的数量由胶材中 CaO 含量决定 碳化环境下 当采用能够减水的掺和料配制混凝土时 这种混凝土也具有较强 的抗碳化能力 但对于水胶比较大的混凝土 不宜使用大掺量矿物掺和料混凝土 氯盐环境 氯盐环境 海工工程实践表明 低水胶比的掺和料混凝土与大掺量掺和料混凝土比相 同水胶比的硅酸盐水泥具有更高的抗氯盐侵蚀性能 因此 氯盐环境下 不宜单独使用硅 酸盐水泥作为胶凝材料 宜采用大掺量掺和料混凝土 为了提高混凝土的早期强度和密实 度 可掺加适量硅灰 除与冻融破坏环境耦合外 掺和料的掺量宜在 40 以上 大掺量掺 和料混凝土应配合良好的养护和保护措施 化学侵蚀环境 化学侵蚀环境 提高混凝土耐硫酸盐化学侵蚀的主要技术措施有三条 第一是选择耐 硫酸盐性能良好的水泥 主要是水泥熟料矿物中 C3A 的含量尽量少 如高抗硫水泥 C3A 含 18 量 3 中抗硫水泥 C3A 含量 5 对于不同抗硫酸盐水泥也应选择 C3A 含量低的品种 第二是掺加矿物掺和料 一般掺量不得少于 25 掺量增加 耐蚀性能提高 第三是通过 掺加减水剂 降低混凝土的单方用水量 提高混凝土抗渗性和强度 也有研究表明 引气 能有效抑制和减缓混凝土在硫酸盐化学侵蚀和硫酸盐结晶引气的膨胀 即显著降低硫酸盐 结晶造成的混凝土抗折强度及表面剥蚀 在硫酸盐较为富集的情况下 石灰石与硫酸盐在 较低的温度下易产生碳硫硅钙石破坏 化学侵蚀环境下 不得使用石灰石作为掺和料 冻融破坏环境 冻融破坏环境 多年来的工程实践表明 提高混凝土抗冻性的技术途径有两方面 其 一是提高混凝土的密实度或强度 其二是适当引气 引气混凝土具有较高抗冻性的事实已 被证实 但也有实践证明高强混凝土用于严重冻融环境即使不引气也没有发生破坏 考虑 到引气不仅能够提高混凝土的抗冻性 而且能够改善混凝土的工作性能 另外 高强混凝 土粘度大 施工困难 在冻融环境下 依然建议采用引气混凝土 气泡直径与气泡稳定性 是评价引气剂的主要因素 本规范提出了不同含气量所对应的气泡间隔系数就是为了控制 引气剂的质量 从而确保混凝土中所引入的气泡微细 均匀 稳定 影响混凝土含气量的 因素较多 混凝土的振动方式 振动频率等 为了与实际情况较为接近 并验证引气效果 的稳定性 特规定测试含气量前 应将混凝土在振动台上进行振动 10 20s 混凝土最大水 胶比与最小胶凝材料用量的规定对依靠混凝土强度来提高混凝土抗冻性具有重要作用 对 于严重冻融环境下 不宜采用素混凝土 磨蚀环境 磨蚀环境 混凝土的抗磨蚀性能主要取决于混凝土的强度 骨料的强度 硬度和韧性 这就对磨蚀环境下混凝土的原材料提出了特殊的要求 尤其是骨料和胶凝材料方面 宜选 择适量硅灰作为掺和料 参照 ACI201 2R 08 欧洲标准和水工混凝土相关标准对磨蚀环境 下 原材料特殊要求 掺和料最大掺量限值以及水胶比 最低强度等级和胶凝材料用量应 予以规定 ACI 201 2R 08 建议混凝土采用较低的水胶比 小于 0 45 以便改善表面砂浆 的强度和耐磨性 相当于 100 年 M2 的作用环境等级 水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技 术规范 DL T5207 2005 中提出抗磨蚀混凝土水胶比应小于 0 4 掺有硅粉的抗磨蚀混凝土 应同时补偿早期收缩的膨胀剂或减缩剂 本规范对混凝土最大水胶比和最低胶凝材料用量的要求基本上与国外的一些规范 混 凝土结构耐久性设计与施工指南的规定相同 唯一不同的是 将低强度等级为 C25 的混凝 土最低胶凝材料用量由 240kg m3修改为 260 kg m3 含气量的限值主要参考 混凝土结构耐 久性设计规范 掺和料的种类及掺量主要参考美国 混凝土结构设计规范 ACI 318 与 混凝土结构耐久性设计规范 预应力混凝土中粉煤灰的掺量一般不宜大于 30 19 5 3 最低强度等级最低强度等级 5 3 1 不同环境条件下 混凝土结构满足耐久性要求所需的混凝土最低抗压强度应满足表 5 3 1 的要求 表 5 3 1 混凝土结构用混凝土最低抗压强度等级 表 5 3 1 混凝土结构用混凝土最低抗压强度等级 环境 类别 环境 作用 等级 设计使用年限 100 年 60 年 30 年 钢筋混凝土与 预应力钢筋混 凝土 素混凝土 钢筋混凝土 与预应力钢 筋混凝土 素混凝 土 钢筋混凝土 与预应力钢 筋混凝土 素混凝 土 碳化 环境 T1 C30 C30 C25 C25 C25 C25 T2 C35 C30 C25 T3 C40 C35 C30 氯盐 环境 L1 C40 C30 C35 C25 C35 C25 L2 C45 C40 C40 L3 C50 C45 C45 化学侵 蚀环境 H1 C35 C35 C30 C30 C30 C30 H2 C40 C40 C35 C35 C35 C35 H3 C45 C45 C40 C40 H4 C50 C50 C45 C45 冻融破 坏环境 D1 C35 C35 C35 C30 C30 C30 D2 C40 C35 C35 C35 C35 D3 C45 C40 C40 C35 D4 C50 C45 C45 磨蚀 环境 M1 C35 C30 C30 C25 C30 C25 M2 C40 C35 C35 C30 C30 C30 M3 C45 C40 C40 C35 C35 C30 注 1 表示不宜使用素混凝土 如果必须使用素混凝土 应采用适当的防护措施 桩基础不受此规 定限制 可采用不设防护措施的素混凝土 条文说明 条文说明 本规范中所规定的强度等级为由耐久性所决定的最低强度等级 考虑到氯盐 环境与化学侵蚀环境作用下 采用掺加掺和料混凝土与大掺量掺和