1、外界环境因素对混凝土结构的破坏是环境因素是对混凝土结构物理化学作用的结果。环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏主要有：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。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
2、。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，造成了巨大的损失，应引起设计、施工及养护管理部门的重视。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
3、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。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
4、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。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。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。在潮湿的或有侵蚀介质（例如氯离子）的环境中，混凝土将加速碳化，覆盖钢筋表面的钝化膜逐渐破坏，加之有水分和氧的侵入
5、，将引起钢筋的腐蚀。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。值得注意的是，几乎所有侵蚀混凝土和钢筋的作用都需要有水作介质。另一方面，几乎所有的侵蚀作用对混凝土结构的破坏都与侵蚀作用引起的混凝土膨胀，并与最终的混凝土开裂有关。而且当混凝土结构开裂后，腐蚀速度将大大加快，混凝土结构的耐久性将进一步恶化。在影响混凝土结构耐久性的诸多因素中，钢筋腐蚀危害最大。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
6、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。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。综合国内外研究成果和工程经验，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
7、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）。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。新颁布的桥规JTG D62在总则中增加耐久性设计内容，明确规定了不同使用环境下，结构混凝土的基本要求，对影响混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量和碱含量做出了限制规定。桥规JTG D62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
8、久性的基本要求应符表2.1-1的规定：表2.1-1 结构混凝土耐久性的基本要求环境类别环境条件最大水灰比最小水泥用量（kg/m3）最低混凝土强度等级最大氯离子含量（%）最大碱含量（kg/m3）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0.55275C250.303.0严寒地区的大气环境；使用除冰盐环境；滨海环境0.50300C300.15海水环境0.45C350.10受侵蚀性物质影响的环境0.40325注：1. 有关规范对海水环境结构混凝土中最大水灰比和最小水泥用量有关详细规定时，可参照执行；2. 表中氯离子含量系指其与水泥用量的百分率；3. 当有实际工程经验时，处于类环境中结构混
9、凝土的最低强度等级可比表中降低一个等级；4. 预应力混凝土构件混凝土中的最大氯离子含量为0.06%，最小水泥用量为350kg/m3，最低混凝土强度等级为C40，或按表中规定类环境提高三个等级，其他环境类别提高二个等级。5. 特大桥和大桥混凝土中的最大碱含量为1.8kg/m3，当处于、类或使用除冰盐和滨海环境时，宜使用非碱活性骨料。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2.1-2 水位变动区混凝土抗冻等级选用标准桥梁所在地区淡水环境严重受冻地区（最冷月月平均气温低于8）F350F250受冻地区（最冷月月平均气温在48之间）F300F2
10、00微冻地区（最冷月月平均气温在04之间）F1501. 混凝土抗冻性试验方法应符合现行标准公路工程水泥混凝土试验规程（JTJ053）的规定。2. 墩、台混凝土应选比表列值高一级的抗冻等级。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 混凝土最低强度等级、最大水胶比和胶凝材料最小用量（kg/m3）设计使用年限级别环境等级作用侵蚀程度一级100年二级50年三级30年A可忽略C30,0.55,280C25,0.60,260C25,0.65,240B轻度C3
11、5,0.50,300C30,0.60,260C中度C40,0.45,320D严重C40,0.40,340E非常严重C45,0.36,360F极端严重C45,0.32,380C40,0.36,3601. 水胶比：混凝土配制时的用水量与胶凝材料（水泥加矿物掺和料）总量之比。在耐久混凝土的配合比中，常以胶凝材料用量的概念取代传统的水泥用量，并以水胶比取代传统的水灰比作为判断混凝土密实性或耐久性的一个宏观指标。2. 桥梁结构处于露天环境，非寒冷地区环境作用等级一般取B级，寒冷及严寒地区一般取D级或C级，除冰盐、冻融环境一般取D级或E级，近海或海洋环境一般取D或F级。应该指出，表2.1-1或表2.1-3
12、中给出的影响结构混凝土耐久性的各项限值规定中，控制混凝土的最大水灰比（或水胶比）和最小水泥（或胶凝材料）用量是十分重要的。水灰比（或水胶比）和水泥（或胶凝材料）用量不仅影响混凝土的强度，而且是影响混凝土耐久性的主要因素。为了防止钢筋腐蚀以及提高混凝土的抗冻性，混凝土应尽可能地密实，使其具有良好的抗渗透性能。为此，除了选择级配良好的集料和精心施工保证混凝土充分捣实和水泥充分水化外，水灰比（或水胶比）是影响混凝土密实性的最重要的条件。为了保证混凝土有足够的耐久性，控制最低水泥（或胶凝材料）用量也很重要的，因为单位水泥（或胶凝材料）用量较高的混凝土，混凝土拌合物比较均匀，可减少混凝土捣实中出现的局部
13、缺陷。混凝土抗冻融的能力与其含气量有密切关系，因此，有抗冻要求的结构混凝土应掺入适量的引气剂。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JTG D62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。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）序号构 件 类 型、1基础、桩基承台（1）基坑底面有垫层或侧面有模板 （受力钢筋） （2）基坑
14、底面无垫层或侧面无模板40605075852墩台身、挡土结构、涵洞、梁、板、拱圈、拱上建筑（受力主筋）30453人行道构件、栏杆（受力主筋）20254箍筋5缘石、中央分隔带、护拦等行车道构件6收缩、温度、分布、防裂等表层钢筋151. 对于环氧树脂涂层钢筋，可按环境类别取用；2. 保护层厚度大于50mm时，应在保护层内设置钢筋网。耐久性设计与施工（CCES01）规定，钢筋的混凝土保护层厚度C一般应不小于表4.2-5给出的最小保护层厚度与保护层厚度施工负允差之和，即CCmin+，式中施工负允差，对现浇混凝土构件可取510mm，对工厂生产的预制构件可取05mm，视钢筋施工定位工艺和质量保证的可靠程度
15、而定，必要时可取更高的数值。表2.2-2 混凝土保护层最小厚度（mm）环境作用等级板、墙等面形构件使用年限30年35使用年限50年55使用年限100年梁、柱等条件651混凝土保护层的强度等级与水胶比需符合表4.2-1的要求。2表中的保护层最小厚度值如小于所保护钢筋的直径，则取Cmin与钢筋直径相同。3表中梁、柱等条形构件的保护层厚度适用于一般矩形截面杆件；对于圆形截面的保护层厚度可减少5mm，但不小于30mm。4直接接触土体浇筑的混凝土保护层厚度应不小于70mm。5处于流动水中或同时受水中泥砂冲刷侵蚀的构件保护层厚度应适量增加1020mm。预应力钢筋的混凝土保护层厚度，一般不应小于预应力钢筋保
16、护层最小厚度Cmin与保护层厚度施工负允差之和。对于具有防腐连续密封护套（或防腐连续密封孔道管）的预应力钢筋，保护层厚度为护套或孔道管外缘至混凝土表面的距离，保护层最小厚度Cmin可取与普通钢筋的相同（表4.2-5），但Cmin不应小于护套或孔道管直径的1/2。对于没有防腐连续密封护套的预应力钢筋，保护层最小厚度Cmin应比表4.2-5中普通钢筋的保护层厚度大10mm。预应力钢筋保护层厚度的施工负允差，可取与普通钢筋的相同。2-3 桥面铺装层是抵御桥梁结构钢筋腐蚀破坏，提高结构耐久性的第一道防线桥面铺装层设计是桥梁耐久性设计的重要内容，应从总结分析现有病害入手，改进铺装层设计，提高结构的耐久性
17、。一. 桥面铺装层的主要病害及其对结构耐久性的影响桥面铺装层破坏是桥梁维修加固经常遇到的问题，其主要病害是：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
18、坏，失去对桥面板的保护作用，影响结构的耐久性。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。桥面铺装处于抵御外界环境腐蚀的第一线，工作条件十分不利，必须采用具良好防水性能和抗有害介质腐蚀能力的高密实度混凝土。1.1 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。桥面铺装混凝土做为有抗渗要求的结构混凝土，其抗渗等级可参照表1.0.10的规定选取，一般取W4或W6。北方寒冷地的桥面铺装混凝土应具有良好的抗冻性能，其抗冻等级可参照表1.0.0选取，严重受冻地区一般为F250，一般受冻地
19、区为F200。对于桥面撒盐除冰情况，铺装层混凝土应具有较强的抗氯离子侵蚀能力。采用国家标准ASTMC1202-97测得的氯离子渗透性应处于低（电流量为1000-2000库伦）和很低（电流量为100-1000库伦）的水平。混凝土的抗渗等级、抗冻等级和氯离子渗透性选择是决定桥面铺装混凝土耐久性的主要指标，在设计文件中应做出明确的规定。1.2 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国内外的实验研究和工程实践表明，纤维混凝土具有良好的抗裂性和耐腐蚀性，是一种性能良好的桥面铺装材料。纤维混凝土的设计与施工应遵照中国工程建设标准化协会标准纤维混凝土结构技术规程（C
20、GCS38-2004）执行。1.3 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，网络间距通常为100mm100mm。采用纤维混凝土桥面铺装时，钢筋网的网格间距可适当放大。钢筋网应布置在铺装层的上部。位于梁肋顶面的钢筋网的横向钢筋的间距应适当加密，以适应承受支点负弯矩的受力要求。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
21、客观存在的是实。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。图2.3-1 桥面铺装混凝土横向受弯引起的纵向裂缝对于铰结的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）图2.3-2 铰结T形梁桥面铺装由局部荷载引起的
22、纵向裂缝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为此，首先应适当加大桥面铺层的厚度，增加截面的有效高度，铰缝处桥面铺装层的厚度宜不小于100mm，并应设置底层受拉钢筋，其数量应由铰缝截面的横向抗弯承载力要求确定。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。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
23、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，形成自密性混凝土防水层。目前，国内市场供应的水泥基渗透结晶型防水材料主要有赛柏斯（XYPEX）和中核2000两种。赛柏斯（XYPEX）又分涂抹型和掺和型两种。涂抹型赛柏斯（XYPEX）可直接涂抹在桥面板（或桥面铺装）混凝土表面，靠防水材料的结晶渗透作用，在混凝土表面形成20-30mm的自密防水层。掺合型赛柏斯（XYPEX）作为混凝土的组成部分，可直接掺在混凝土拌和料中，硬化后即形成具有防水性能的混凝土。赛柏斯（XYPEX）的掺入量一般为水泥用量的0.8% - 1.5%。工程实践表明，在新浇注的桥面铺装混凝土中
24、，掺入适量的赛柏斯（XYPEX），施工十分方便，混凝土的密实度明显增加，防水效果显著。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一. 高速公路和城市立交工程中大量采用多跨连续箱梁过渡墩因伸缩缝漏水引起的钢筋锈胀裂缝破坏带有一定的普遍性例如，辽宁省大连市的金三角立交和沈大高速的营口立交，几乎所有的设有伸缩缝的过渡墩都出现严重的纵向顺筋裂缝，个别裂缝宽度已达1-2mm，混凝土保护层局部胶落，钢筋外露，腐蚀严重。造成过渡墩钢筋严重腐蚀的根本原因是伸缩缝漏水、桥面排水不畅、冬季撒盐除冰、含有大量盐份的融化雪水顺伸缩缝下流，在盖梁顶面积存，并向两边扩散，最后紧贴墩柱表面流敞，势必造成盖梁和墩
25、柱钢筋的腐蚀，出现大量的锈胀裂缝，严重影响结构的耐久性，危及桥梁的安全使用。二. 预防过渡墩墩柱和盖梁钢筋锈胀破坏的技术措施解决过渡墩柱和盖梁钢筋锈胀破坏问题的基本思路是从改进伸缩缝设计入手，解决伸缩缝漏水问题；采用综合措施，防止钢筋腐蚀。主要措施是：1. 改进伸缩缝的结构设计，提高伸缩缝的止水性，必要时在伸缩缝的下面设置引水板，将漏水引刻盖梁和墩柱的外面。2. 过度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。3. 在盖梁台帽的底面设置“滴水”，防止漏水沿墩柱表面流敞。4. 加大混凝土保护层厚度，一般为（40-50）mm。5. 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
