混凝土结构的耐久--张树仁 PPT课件

混凝土结构耐久性设计 哈尔滨工业大学张树仁 1 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 我国1989年颁布的 混凝土结构设计规范 GBJ10 89 和1985年颁布的 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTJ023 85 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 2 新颁布的 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTGD62 2004 以下简称 桥规JTGD62 增加了耐久性设计内容 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 3 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 CCES01 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 4 2006年出版的 公路工程混凝土结防腐蚀技术规范 JTG TB07 01 2006 以下简称 防腐蚀规范JTG TB07 做为行业推荐性标准 对公路混凝土桥涵结构的耐久性设计有重要参考价值和指导意义 防腐蚀规范JTG TB07的主要內容与 耐久性设计与施工指南 CCES01 基本相同 5 第一章混凝土结构损伤与耐久性 环境作用引起的混凝土结构损伤包括 混凝土的碳化 氯离子的侵蚀 碱 骨料反应 冻融循环破坏 钢筋腐蚀从短期效果而言 这些问题影响结构的外观和使用功能 从长远看 则会降低结构安全度 成为发生事故的隐患 影响结构的使用寿命 6 1 1混凝土的碳化 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 保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀 起到了 钝化 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 7 1 2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PH值迅速降低 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构耐久性的最主要和最普遍的病害 8 1 3碱 骨料反应 碱 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 硅酸盐凝胶 并吸水产生膨胀压力 造成混凝土开裂 碱 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 骨料反应一旦发生 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的 癌症 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剂 通过各种措施 控制混凝土的总含碱量不大于3kg m3 9 1 4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 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 及时采取修补和补强措施 10 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 11 1 5钢筋腐蚀 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 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 12 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 13 第二章提高混凝土桥梁结构耐久性的技术措施 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凝土桥梁结构的耐久性问题 1 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 2 加强桥面排水和防水层设计 改善桥梁的环境作用条件 3 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 14 2 1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 强度等级等均对耐久性有较大影响 桥规JTGD62 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应符表2 1 1的规定 对水位变动区有抗冻要求的混凝土结构 桥规JTGD62 规定 其抗冻等级不应低于表2 1 2的规定 15 表2 1 1结构混凝土耐久性的基本要求 16 对水位变动区有抗冻要求的混凝土结构 桥规JTGD62 规定 其抗冻等级不应低于表2 1 2的规定 表2 1 2 注意 抗冻指标F与DF的定义不同 17 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2 1 3 注意 水胶比与水灰比的定义不同 18 提高混凝土抗冻耐久性的措施 防腐蚀规范JTG TB07 4 2 3规定 冻融环境下环境作用等级为D或D级以上的混凝土必须掺用引气剂 4 2 5给出了引气混凝土的适宜含气量参考值 19 2 2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 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 提高混凝土结构耐久性的最重要的措施之一 桥规JTGD62 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2 2 1 20 表2 2 1普通钢筋和预应力直线钢筋最小混凝土保护层厚度 mm 21 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 对现浇混凝土构件可取5 10mm 对预制构件可0 5mm 22 表2 2 2混凝土保护层最小厚度 mm 23 2 3桥面铺装层是抵御桥梁构钢筋腐蚀 提高结构耐久性的第一道防线 一 桥面铺装层的主要病害及其对结构耐久性的影响二 改进桥面铺装设计的建议 24 一 桥面铺装层的主要病害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 25 二 改进桥面铺装设计的建议 1 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 2 预防桥面铺装层混凝土纵向开裂的措施3 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 26 1 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 桥面铺装混凝土应采用C30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0 4以下 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 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 网格间距通常为100mm 100mm 27 2 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事实 28 图2 3 1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 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 29 图2 3 2 对于铰结的T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 图2 3 2 30 解决桥面铺装层混凝土纵向开裂的根本途径是变铰接为刚接 增强桥梁的横向抗弯能力 改进后的标准图在铰槽底部设置连接钢筋 对增强横向连接的作用是有效的 31 解决铰结桥梁桥面铺装层纵向开裂的根本途径是提高桥面铺装层自身的抗横向弯矩的能力 首先应适当加大桥面铺装层厚度 增加截面高度 铰缝处桥面铺装层的厚度宜不小干100mm 并应设置底层受拉钢筋 其数量应由铰缝要求确定 3积极推广化学防水为桥梁防水层设计提供了新思路 目前我国桥梁工程中采用的防水层种类很多 从作用原理上讲大多数属于物理防水 是靠由防水涂料 胶体或卷材形成的防水层的物理作用隔断水分 防水层的局部破损和老化 都会影响防水效果 近几年来 国内外推广采用水泥基渗透结晶型防水材料 为桥梁防水层设计提供了新思路 水泥基渗透结晶型防水材料从作用原理上讲属于化学防水 是靠防水材料的结晶渗透作用 堵塞混凝土毛细管 形成自密性混凝土层 32 防腐蚀规范JTG TB07 6 3规定 水泥基渗透结晶型防水剂适用于混凝土的表层防水处理 特别是渗水裂缝宽度不大于1mm的混凝土 並对水泥基渗透结晶型防水剂的作用机理作了说明 这种化学活性物质 以水为载体 向所涂覆或渗入的混凝土内部逐渐渗透可深达300mm 形成不溶于水的蔓枝状非溶性结晶体 堵塞毛细孔道 使混凝土致密 整体防水 对于结构使用过程中新产生的宽度为0 4 1mm的细裂缝 会遇水产生新的晶体 对裂缝具有自我愈合密封的功能 33 对比分析现有提高混凝土密实度和抗裂能力的各种技术措施可以看出 水泥基渗透结晶型防水材料以其卓越的 渗透结晶 防水功能和独特的 自我修复 能力 特别适用于桥面铺装防水 34 2 4伸缩缝漏水是引起墩柱钢筋腐蚀锈裂破坏的罪魁祸首高速公路和城市立交工程中大量采用的多跨连续箱梁桥过渡墩柱因伸缩缝漏水引起的钢筋锈胀裂缝破坏带有普遍性 35 预防过渡墩墩柱和盖梁钢筋锈胀破坏的技术施 改进伸缩缝设计 提高伸缩缝的止水性 必要时在伸缩缝下面设置引水板 将漏水引到盖梁和墩柱的外面 过渡墩盖梁顶面设置防水层 并设置双向排水横坡 防止水份在盖梁顶面堆积 在盖梁台帽的底面设置 滴水 防止漏水沿墩柱表面流敞 加大混凝土保护层厚度 一般为 40 50 mm 对可能遭受水份侵蚀的混凝土表面 涂刷水泥基渗透结晶型防水材料 靠防水材料渗透结晶作用 形成自密的混凝土保护层 提高混凝土自身的抗破损能力 36 2 5采用综合治理措施控制裂缝开展是结构耐久性设计的重要内容 一 混凝土结构的裂缝分类二 裂缝对混凝土耐久性的影响三 采用综合治理措施控制裂缝开展 37 对于桥梁工程中大量采用受弯构件而言 结构性裂缝主要表现弯曲裂缝和剪切裂缝两种形式 图2 5 1 图2 5 1钢筋混凝土梁的结构性裂缝 1结构性裂缝 一 混凝土结构的裂缝分类 38 2非结构性裂缝 1 混凝土收缩裂缝 塑性收缩裂缝 干燥收缩裂缝 2 温度裂缝 截面均匀温差裂缝 截面内外温差裂缝 截面内外温差裂缝 39 二裂缝对混凝土耐久性的影响 1 裂缝与钢筋腐蚀的相互作用 最终导致混凝土结构耐久性进一步退化的恶性循环 2 裂缝的存在将降低乃至最后破坏表层混凝土对结构的保护作用 40 三 采用综合治理措施控制裂缝开展 1 严格按的要求 进行抗裂性和裂缝宽度计算 满足规范规定的限值要求是预防结构性裂缝的基础 2 混凝土的非结构性裂缝是不可避免的 但是其危害程度是可以控制的 控制裂缝的基本方法是 放 抗 结合 以 放 为主 41 所谓 放 的方法是指采用构造和施工措施 例如设变形缝 分段浇筑等 减少约束应力或变形 释放约束能量 所谓 抗 的方法是指提高结构本身的抗裂能力 例如 采用双掺技术提高混凝土的韧性和密而细的配筋等都可提高结构的抗裂能力 42 2 1板面板和桥面铺装层等体积表面积比较小的板式结构 浇注混凝土时混凝土拌和物表面失水过快 极易产生塑性收缩裂缝 在施工中加强覆盖 及时洒水养护可有效减少塑性裂缝的产生 采取二次搓毛压平措施 对已形成的塑性收缩裂缝有良好的愈合作用 43 2 2混凝土干燥收缩裂缝的产生与混凝土配合比 初期养护情况 使用环境 结构约束及构造钢筋配置等多种因素有关 控制干燥收缩裂缝应采用综合治理措施 其要点是 44 a 优化混凝土的配比设计 严格控制水泥用量和绝对用水量是减少混凝土收缩变形 控制干燥收缩裂缝的基础 b 认真做好混凝土浇注后的早期养护是控制混凝土收缩裂缝的重要措施 c 对长大结构 采用分段间隔浇筑措施 减缓施工中的混凝土收缩对结构的不利影响 45 d 在箱梁桥 或T形梁桥 腹板的两则设置足够数量的防收缩钢筋是控制收缩裂缝的重要措施由于箱梁顶板和底板的嵌固约束作用 腹板混凝土的收缩将受到限制 若腹内设置的水平防收缩钢筋间距过大 极易造成腹板出现收缩裂缝 46 桥规JTCD62 规定 T形 I形截面梁或箱形截面梁的腹板两侧 应设置直径6 8mm的纵向钢筋 一般称水平防收缩钢筋 每腹板内钢筋截面面积宜为 0 001 0 002 bh 其中b为腹板宽度 h为梁的高度 其间距在受拉区不应大于腹板宽度 且不应大于200mm 在受压区不应大于300mm 在支点附近剪力较大区段和预应力混凝土梁锚固区段 腹板两侧纵向钢筋截面面积应予增加 纵向钢筋间距宜为100 150mm 水平防收缩钢筋应放在箍筋的外侧 并与箍筋焊接成钢筋网 47 3 预防温度裂缝的措施预防温度裂缝的主要措施是合理设置温度伸缩缝 在混凝土组成材料中掺入适量的磨细粉煤灰减少水化热 加强混凝土养护 严格控制升温和降温速度 48 3 1合理设置伸缩缝控制截面均匀温差裂缝 应根据梁体的伸缩量选择伸缩装置的型号 伸缩量的计算应综合考虑当地最高和最低有效气温值 混凝土收缩和徐变的影响 施工中应特别注意防止散落的混凝土碎块等杂物嵌入伸缩缝 以保证伸缩缝能适应温度变化自由伸缩 49 3 2截面上 下温差裂缝原则上应按考虑温差作用效应的短期荷载效应作用下的抗裂性计算来控制 计算结果表明 按 公路桥涵通用规范 JTGD62 2004 4 3 10给出的竖向梯度温度 上 下温差 曲线计算出的温度应力 对结构的承载力的抗裂性计算结果有显著影响 在实际工程中为了减少箱形梁温度应力的不利影响 在不影响结构承载力的前提下 可在两侧腹板上设置通风孔 孔的直径可取100 200mm 间距为5 10m 使箱内空气流通 以减少箱梁的内 外温差 50 3 3预防大体积混凝土截面内外温差裂缝的基本思路是减少水化热和降低内外温差 理论研究和工程实践表明 在混凝土拌合料中掺入适量的磨细粉煤灰 可以降低水化热 粉煤灰掺量一般不超过水泥重量的30 桥梁施工中普通采用在混凝土内部预埋水管 在外部复盖保温的综合措施 对降低截面内外温差 防止裂缝是有效的 51 大体积混凝土的施工经验是采用综合温控措施 减少内外温差 预防裂缝出现 综合温控措施的内容是 混凝土拌和料的入模温度T0 32 一般规定为30 混凝土截面里表温差T 30 一般规定为25 里表温差是指中部最高温度与距表面5cm处的表层温度之差 每天降温速率T T 3 天 一般规定为1 5 2 0 天 表面淋水养护及拆摸引起的混凝土表面瞬时降温不宜超过15 松模时间3天 拆摸时间7天为宜 52 4 预防纵向 顺筋 裂缝的措施 混凝土结构的纵向 顺筋 裂缝 控其产生的原因可分为 先锈后裂 和 先裂后锈 两大类 先锈后裂 系指钢筋腐蚀后 由于腐蚀体积物体积膨胀作用 产生顺筋锈胀裂缝 顺筋胀裂缝的出现是钢筋腐蚀的标志 如不及时处理 将会加速钢筋腐蚀 影响结构的耐久性 危及结构安全 从设计角度 应从造成钢筋腐蚀的源头上采取措施 预防此类问题的发生 先裂后锈 系指由于某种原因结构出现局部纵向裂缝 由于水分和有害介质的侵入 造成钢筋腐蚀 腐蚀物锈胀 又会使裂缝进一步扩展 混凝土结构出现 先裂后锈 纵向 顺筋 裂缝的原因是极其复杂的 多数是由于设计和施工处理不当造成的意外伤害 53 解决纵向 顺筋 裂缝问题的基本思路是从总结分析产生纵向 顺筋 裂缝的原因入手 对症下药 防裂于未然 54 4 1改进结构设计适当降低混凝土的压应力水平众所周知 考虑材料泊松比的影响 混凝土承受纵向压应力时 必将产生横向拉应力 ty 两者的关系为 此处即为材料的泊松比 规定取 55 混凝土的横向拉应力达到其抗拉强度标准值 为即将出现纵向裂缝的临界状态 此时混凝土实际承受的纵向压应力与其抗压强度标准值的比值为 对C40混凝土对C50混凝土对C60混凝土 56 计算结果表明 对预应力混凝土桥梁常用的C40 C50和C60混凝土而言 若实际承受的混凝土纵向压应力大于其抗压强度标准值的0 4477 4089和0 3701倍时 从理论上讲就会出现纵向裂缝 57 适当降低荷载长期效应组合作用下混凝土压应力限值 对防止纵向裂缝具有重要意义 对荷载长期效应组合作用下的混凝土压应力限值没有明确规定 笔者建议 为了防止纵向裂缝 构件自重及恒载效应和有效预加力的作用下 混凝土的压应力宜取 58 规定 暂短状态应力验算时预施应力作用阶段混凝土压应力限值为 此处为与制造 运输 安装各施工阶段混凝土立方体抗压强度相应的抗压强度标准值 笔者建议 从预防施工期间出现纵向裂缝考虑 应适当施工期间压力限值 以 0 5 0 6 为宜 59 4 2精心组织孔道灌浆施工 防止灌浆材料胀裂 某城市立交的后张法预应力混凝土空心板梁桥由于孔道灌浆工艺操作不当 灌浆孔出口阀门关闭过早 孔道内存有多余的游离水 受冻后孔道几乎全部胀裂 出现严重的纵向顺筋裂缝 某预应力混凝土连续箱梁桥 由于布置在腹板上的竖向预应力筋孔道设有及时灌浆封闭 下雨后孔道进水 冬季孔道积水冻胀 使箱梁腹板出现严重的竖向裂缝 60 4 3严格控制孔道的局部尺寸偏差 防止张拉时混凝土崩裂 若施工时预应力筋孔道定位不准 局部向上弯曲 弯折 或下凹曲线形 或平面弯曲 预应力筋的径向锚固钢筋设置较少 都会因张拉时形成的径向力作用 引起混凝土拉裂 崩裂 局部出现纵向顺筋裂缝 若预应力混凝土桥施工时 孔道支承垫块放置间距过大 浇筑混凝土时孔道局部下弯 在支承垫块处孔道上折 浇筑混凝土后实际形成的孔道形状为多点单向波型 预应力筋张拉时势必在设置垫块处产生向下的拉应力 折模后发现底板下表面出现多条沿预应力筋方向的纵向裂缝 61 另外 在钢筋混凝土T梁桥施工中为了设置预拱度的需要 若钢筋骨架上拱过大 结构受力后钢筋骨架下挠将产生向下的拉应力 使混凝土保护层拉裂 崩裂 出现纵向顺筋裂缝 带有承托支承的变截面桥面板错误地采用具有内折角的钢筋 也会造成钢筋折角处混凝土保护层的 崩裂 破坏 进一步扩展将导致出现纵向裂缝 62 预应力混凝土技术是20世纪最具有革命性的结构思想 预应力混凝土仍是当前和今后桥梁建筑的主要结构材料 2 6从提高结构耐久性的战略高出发 改进预应力混凝土结设计的思考 63 一 预应力混凝土桥梁结构存在的主要问题是后张法预应力孔道灌浆质量是影响结构耐久性的薄弱环节 国内外的工程实践表明 后张法预应力孔道灌浆不饱满 灌浆材料强度过低 质量得不到保证是较为普遍的现象 尤其是在孔道弯起处钢丝束张拉后紧贴孔道的凸出处 即使灌浆再饱满也不可能将紧贴孔壁的钢丝束与混凝土粘结为一体 水份的侵入造成预应力筋的腐蚀是不可避免 64 1985年英国威尔士一座预应力混凝土桥梁的破坏 导致英国运输部在1992年曾颁布命令 在新的标准颁布之前 不得再采用孔道灌浆的后张法预应力混凝土桥梁 英国运输部指令在英国掀起了不小的冲击波 引导人们更多的去考虑预应力混凝土结构的耐久性问题 65 从我国预应力混凝土的现状出发 解决预应力混凝土桥耐久性问题 首先是要采用多重防护措施 防止预应力筋腐蚀 采用具有良好密封性能的高密度塑料波纹钢代替金属波纹管 积极推广真空吸浆技术 提高灌浆材料的密实度 在灌浆材料中掺入适量的阻锈剂 提高预应力筋的抗腐蚀能力 对于可能遭受氯盐侵蚀的预应力混凝土结构的预应力筋 锚具及连接器等钢材组件宜采用环氧涂层或涂锌防锈处理 预应力筋的锚头应采用无收缩高性能混凝土封端等 66 改进预应力混凝土结构的基本思想 目前我国公路预应力混凝土桥梁绝大部分为采用孔道灌浆的后张法预应力混凝土 面对孔道灌浆后张法预应力混凝土结构在耐久性方面的先天不足 很多学者和工程界的同行都在积极思考 从提高结构耐久性的战略高度出发 改进预应力混凝土结构设计的新思路 67 1 中小跨径桥梁应优先采用先张法预应力混凝土先张法构件由于省去构造复杂的锚头和繁琐的制孔及孔道灌浆工艺 施工方便 成本低 先张法构件靠混凝土的粘着力锚固钢筋 提高了结构的耐久性 先张法构件适用于建设项目相对集中 运输条件方便的城市桥梁和高速公路桥梁 对于项目分散的公路桥梁 应研制开发适应于现场施工的拼装式加力台座 68 2 摆脱传统设计思想的约束 积极推广混合配筋的部分预应力混凝土是预应力混凝土结构的发展方向众所周知 按照预应力度的大小 可将预应力混凝土结构划分为 不允许出拉应力的全预应力混凝土 允许出现有限拉应力的部分预应力混凝土A类构件和允许开裂的部分预应力混凝土B类构件 69 预应力混凝土设计的传统思想是在任何作用组合下都不允许出现拉应力的全预应力混凝土 但是 工程实践表明 全预应力混凝土由预加力过大 存在易造成梁反拱过大和出现顺筋裂缝等问题 适当地降低预应力度 采用预应力筋和普通钢筋混合配筋的部分预应力混凝土 已成为当今预应力混凝土结构的设计的趋势 70 3 体外预应力技术将成为21世纪大跨径预应力混凝土桥梁的主要结构形式之一体外预应力做为一门古老的新生技术其突出的优点是 采用具有防腐保护的体外预应力筋 解决了预应力筋腐蚀问题 提高了结构的耐久性 由于取消了孔道设置 避免了截面削弱 使腹板厚度减少 结构自重减轻 提高了承受活载的能力 由于取消了繁杂的灌浆工序 为大跨径预应力混凝土梁实现不受季节性限制的快速拼装施工提供了可能 体外预应力混凝土桥梁以其耐久性好 结构自重小 施工速度快的综合优势 具很强的方案竞争力 71 著名桥梁专家列翁哈特教授在1990年预言 可以毫不怀疑地说 外部预应力技术将伴随高强度混凝土的发展而成为技术上的必需品 更进一步说 在下个世纪初 将开始把复合材料与外部预应力结合起来 从而使土木工程从钢筋锈蚀的困惑中解救出来 72 第三章混凝土结构耐久性设计的内容钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计 除应按 桥规JTGD62 的要求 进行结构承载能力极限状态和正常使用极限状态计算 满足结构强度和使用功能要求外 还应进行结构的耐久性设计 桥梁设计文件应增加结构耐久性设计专篇 73 一 结构使用环境类别和设计使用年限的确定 桥规JTGD62 根据公路桥梁的使用情况 将桥梁结构使用环境条件划分四类 类环境 系指温暖或寒冷地区的大气环境 与无侵蚀性的水或土接触的环境 类环境 系指严寒地区的大气环境 使用除冰盐环境