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随着我国交通建设事业的迅速发展,对于桥梁耐久性问题应有未雨绸缪的思考,因而对其进行研究和采取相应的措施就应格外予以重视。以我院设计工程实例从施工方面对耐久性措施进行技术交底。
耐久性方面包含的设计内容
海工耐久性混凝土
不同环境作用等级下,不同结构部位的混凝土保护层厚度
裂缝宽度的控制
附加防腐措施
耐久性方面的影响因素
影响桥梁耐久性的因素十分复杂,不考虑洪水、地震、超载及船舶的撞击,主要取决于以下四方面因素:
①混凝土材料、钢材的自身特性;
②桥梁结构的设计与施工质量;
③桥梁结构所处的环境;
④桥梁结构的使用条件与防护措施。
在影响钢筋混凝土桥梁耐久性的诸多因素中,钢筋的腐蚀危害最大,当钢筋腐蚀后其有效截面积会不断减小,就使得结构的承载能力迅速下降,并不可恢复,严重时还会出现钢筋断裂。当结构的剩余承载能力低于作用荷载时,桥梁结构就有可能发生破坏。
钢筋腐蚀病害成因:
混凝土对钢筋的保护体现在两个方面:即物理保护和化学保护。物理保护是指阻断保护,即混凝土保护层隔断了钢筋与空气、水和腐蚀环境的直接接触;化学保护是指钝化保护。埋置于无氯、未碳化混凝土中的钢筋可以永远不生锈。
造成钢筋锈蚀的原因是多方面的,如周围介质的侵蚀,钢材的材质差,混凝土保护层的性能影响等。具体原因如下
①混凝土不密实或有裂缝
②混凝土的碳化
③掺入或侵入氯盐
氯离子对钢筋钝化膜的破坏作用最强,氯盐通过混凝土中的毛细孔或微裂缝渗入到钢筋的表面,直接攻击钝化膜,当钢筋表面的氯离子量超过临界值,钢筋保护膜遭到破坏,如果能供给氧气和水,就会造成钢筋局部发生腐蚀,较典型的是含盐环境,如化冰盐、海洋环境、含盐地下水等,并且其渗透深度很可能超过钢筋的深度。因此氯盐是威胁桥梁耐久性最危险的化学物质,且对钝化膜产生局部性的破坏,使钢筋表面产生点状坑蚀。
各耐久性措施在施工中的注意事项
海工耐久性混凝土
沿海桥梁主体结构均采用海工耐久性混凝土
影响混凝土耐久性的主要因素较多,主要有:环境因素(海水环境防腐)和混凝土本身的质量(混凝土密实度);而提高密实度和减少混凝土的渗透性可以减缓侵蚀性物质侵入混凝土内部的速度,而这又与混凝土的强度等级、水灰比等因素有关。
施工中重点:必须严格按实验室的配合比施工。
不同环境作用等级下,不同结构部位的混凝土保护层厚度
保护层是防止钢筋锈蚀的第一道屏障,必须有足够的厚度
施工中重点:(1)按规范允许误差控制保护层的厚度。
(2)不允许采用金属垫块
裂缝宽度的控制
混凝土的裂缝是由于混凝土内部应力作用和外部荷载作用,以及温差变化等因素作用下形成的
产生原因: 近年来大量裂缝的出现,并非与荷载作用有直接关系,而是由于变形所引起,包括温度变形(水泥的水化热、气温变化、环境产生的热)、收缩变形(塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩)及地基不均匀沉降(膨胀)变形。由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度而导致的裂缝统称“变形作用引起的裂缝
防裂缝措施:1.降低混凝土的绝热温升;2.减少裂缝的另一个重要措施,就是在混凝土中掺人外加剂,它可以使混凝土提高密实程度。
施工中重点:除设计中通过计算控制裂缝外,施工时应注意混凝土的养护时间,特别要重视大体积混凝土入模温度、水化热的问题。
其他注意事项见施工图设计说明
附加防腐措施
防腐涂层
设计按20年的使用年限设计,涂装的性能应满足《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》的要求。
施工中重点:现场是钢护筒先涂防腐涂层,再下放,若下放深度不够,需加长钢护筒,加长后,必须补涂防腐涂层。
承台的涂装要保证干涂。
硅烷浸渍
硅烷浸渍技术主要用于钢筋砼结构的保护,通过浸渍技术,可以很好的把砼保护起来,防止有害物质进入内部。硅烷浸渍技術是浸渍技术;试验结果表明:试验中所采用的未经稀释的硅烷浸渍剂都能对混凝土有很好的保护效果,粘附性能好的膏体硅烷浸渍剂在混凝土中的保护效果最为突出。
主要部位:预制组合箱梁湿接缝处(纵向、横向)以及横向预应力封锚混凝土表面采用硅烷浸渍。
异丁基三乙氧基硅烷质量应满足下列要求:
(1) 异丁基三乙氧硅烷含量不应小于98.9%;
(2) 硅氧烷含量不应大于0.3%;
(3) 可水解的氯化物含量不应大于1/10000;
(4) 密度应为0.88 g/cm3;
(5) 活性最少应为95%,不得以溶剂或其它液体稀释。
钢筋阻锈剂
钢筋锈蚀影响建筑物耐久性与安全性,引起钢筋混凝土结构物的破坏已经成为世界性问题,造成钢筋锈蚀的主要原因是氯盐,氯盐一方面来自混凝土原材料,如拌和水、海砂、防冰盐、盐雾及氯盐(或含氯盐)外加剂等;另一方面来自使用环境,氯离子能透过混凝土到达钢筋表面,破坏钢筋表面氧化物钝化膜,当钢筋遇到氯化钠离子或硫酸根离子侵蚀的时候,钢筋就会迅速锈蚀并老化,钢筋就会不规则断裂,混凝土也同时开裂,影响了本身的强度和整个建筑物的质量。当混凝土暴露在海水或防冻盐里的氯离子时,钢筋就会被腐蚀。根据Herholdt 等人的观点,腐蚀产物可以是最初的钢量的6倍,从而产生足够的压力使混凝土开裂;钢筋阻锈剂的技术在国际上是非常成熟的产品:
在拌制混凝土时加入阻锈剂可提高混凝土的抗蚀能力,但在这里要强调的是以下:
施工中重点:施工控制方面,如果没有施工控制,掺没掺钢筋阻锈剂在混凝土中是没有办法检测的。钢筋阻锈剂采用复合氨基醇类多功能活性阻锈剂(不含亚硝酸盐),掺量为水泥重量的2%。(在未知有效检测混凝土中掺钢筋阻锈剂与否的情况下,强调在阻锈剂添加前提前监控)
涂膜镀锌
钢筋的表面防护可分为金属的表面防护和非金属的表面防护。镀锌是常用的金属表面防护措施。它既可以使钢筋和外界环境隔离,又可起到牺牲阳极的保护作用(电化学保护法)。非金属表面防护主要有环氧和聚合体树脂等。
施工中重点:涂膜镀锌的产品内应含有较高的锌粉,特别强调不得使用富锌漆,富锌漆对钢筋握裹力影响较大,本项目船撞问题突出,地震烈度较高,因此禁止使用。
主要部位包括:桩基深入承台的预埋钢筋(设计说明未写出)、护栏预埋钢筋、预制组合箱梁桥面铺装预埋钢筋、伸缩缝槽口预埋钢筋、主梁横、纵向湿接缝预留钢筋、墩柱深入盖梁的预埋钢筋、承台内墩柱的预埋钢筋以及交通工程外露预埋件等。
耐久性的实例
东海大桥支座预埋钢板采用耐候钢,虽然耐候钢是以表面锈蚀机理来防腐,但建成后几年发现耐候钢锈蚀较为严重,本沿海桥梁吸收东海大桥经验教训,对支座预埋钢板采用重防腐措施,即热喷涂锌铝合金方式,以达到设计使用周期目的。
耐久性方面包含的设计内容
海工耐久性混凝土
不同环境作用等级下,不同结构部位的混凝土保护层厚度
裂缝宽度的控制
附加防腐措施
耐久性方面的影响因素
影响桥梁耐久性的因素十分复杂,不考虑洪水、地震、超载及船舶的撞击,主要取决于以下四方面因素:
①混凝土材料、钢材的自身特性;
②桥梁结构的设计与施工质量;
③桥梁结构所处的环境;
④桥梁结构的使用条件与防护措施。
在影响钢筋混凝土桥梁耐久性的诸多因素中,钢筋的腐蚀危害最大,当钢筋腐蚀后其有效截面积会不断减小,就使得结构的承载能力迅速下降,并不可恢复,严重时还会出现钢筋断裂。当结构的剩余承载能力低于作用荷载时,桥梁结构就有可能发生破坏。
钢筋腐蚀病害成因:
混凝土对钢筋的保护体现在两个方面:即物理保护和化学保护。物理保护是指阻断保护,即混凝土保护层隔断了钢筋与空气、水和腐蚀环境的直接接触;化学保护是指钝化保护。埋置于无氯、未碳化混凝土中的钢筋可以永远不生锈。
造成钢筋锈蚀的原因是多方面的,如周围介质的侵蚀,钢材的材质差,混凝土保护层的性能影响等。具体原因如下
①混凝土不密实或有裂缝
②混凝土的碳化
③掺入或侵入氯盐
氯离子对钢筋钝化膜的破坏作用最强,氯盐通过混凝土中的毛细孔或微裂缝渗入到钢筋的表面,直接攻击钝化膜,当钢筋表面的氯离子量超过临界值,钢筋保护膜遭到破坏,如果能供给氧气和水,就会造成钢筋局部发生腐蚀,较典型的是含盐环境,如化冰盐、海洋环境、含盐地下水等,并且其渗透深度很可能超过钢筋的深度。因此氯盐是威胁桥梁耐久性最危险的化学物质,且对钝化膜产生局部性的破坏,使钢筋表面产生点状坑蚀。
各耐久性措施在施工中的注意事项
海工耐久性混凝土
沿海桥梁主体结构均采用海工耐久性混凝土
影响混凝土耐久性的主要因素较多,主要有:环境因素(海水环境防腐)和混凝土本身的质量(混凝土密实度);而提高密实度和减少混凝土的渗透性可以减缓侵蚀性物质侵入混凝土内部的速度,而这又与混凝土的强度等级、水灰比等因素有关。
施工中重点:必须严格按实验室的配合比施工。
不同环境作用等级下,不同结构部位的混凝土保护层厚度
保护层是防止钢筋锈蚀的第一道屏障,必须有足够的厚度
施工中重点:(1)按规范允许误差控制保护层的厚度。
(2)不允许采用金属垫块
裂缝宽度的控制
混凝土的裂缝是由于混凝土内部应力作用和外部荷载作用,以及温差变化等因素作用下形成的
产生原因: 近年来大量裂缝的出现,并非与荷载作用有直接关系,而是由于变形所引起,包括温度变形(水泥的水化热、气温变化、环境产生的热)、收缩变形(塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩)及地基不均匀沉降(膨胀)变形。由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度而导致的裂缝统称“变形作用引起的裂缝
防裂缝措施:1.降低混凝土的绝热温升;2.减少裂缝的另一个重要措施,就是在混凝土中掺人外加剂,它可以使混凝土提高密实程度。
施工中重点:除设计中通过计算控制裂缝外,施工时应注意混凝土的养护时间,特别要重视大体积混凝土入模温度、水化热的问题。
其他注意事项见施工图设计说明
附加防腐措施
防腐涂层
设计按20年的使用年限设计,涂装的性能应满足《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》的要求。
施工中重点:现场是钢护筒先涂防腐涂层,再下放,若下放深度不够,需加长钢护筒,加长后,必须补涂防腐涂层。
承台的涂装要保证干涂。
硅烷浸渍
硅烷浸渍技术主要用于钢筋砼结构的保护,通过浸渍技术,可以很好的把砼保护起来,防止有害物质进入内部。硅烷浸渍技術是浸渍技术;试验结果表明:试验中所采用的未经稀释的硅烷浸渍剂都能对混凝土有很好的保护效果,粘附性能好的膏体硅烷浸渍剂在混凝土中的保护效果最为突出。
主要部位:预制组合箱梁湿接缝处(纵向、横向)以及横向预应力封锚混凝土表面采用硅烷浸渍。
异丁基三乙氧基硅烷质量应满足下列要求:
(1) 异丁基三乙氧硅烷含量不应小于98.9%;
(2) 硅氧烷含量不应大于0.3%;
(3) 可水解的氯化物含量不应大于1/10000;
(4) 密度应为0.88 g/cm3;
(5) 活性最少应为95%,不得以溶剂或其它液体稀释。
钢筋阻锈剂
钢筋锈蚀影响建筑物耐久性与安全性,引起钢筋混凝土结构物的破坏已经成为世界性问题,造成钢筋锈蚀的主要原因是氯盐,氯盐一方面来自混凝土原材料,如拌和水、海砂、防冰盐、盐雾及氯盐(或含氯盐)外加剂等;另一方面来自使用环境,氯离子能透过混凝土到达钢筋表面,破坏钢筋表面氧化物钝化膜,当钢筋遇到氯化钠离子或硫酸根离子侵蚀的时候,钢筋就会迅速锈蚀并老化,钢筋就会不规则断裂,混凝土也同时开裂,影响了本身的强度和整个建筑物的质量。当混凝土暴露在海水或防冻盐里的氯离子时,钢筋就会被腐蚀。根据Herholdt 等人的观点,腐蚀产物可以是最初的钢量的6倍,从而产生足够的压力使混凝土开裂;钢筋阻锈剂的技术在国际上是非常成熟的产品:
在拌制混凝土时加入阻锈剂可提高混凝土的抗蚀能力,但在这里要强调的是以下:
施工中重点:施工控制方面,如果没有施工控制,掺没掺钢筋阻锈剂在混凝土中是没有办法检测的。钢筋阻锈剂采用复合氨基醇类多功能活性阻锈剂(不含亚硝酸盐),掺量为水泥重量的2%。(在未知有效检测混凝土中掺钢筋阻锈剂与否的情况下,强调在阻锈剂添加前提前监控)
涂膜镀锌
钢筋的表面防护可分为金属的表面防护和非金属的表面防护。镀锌是常用的金属表面防护措施。它既可以使钢筋和外界环境隔离,又可起到牺牲阳极的保护作用(电化学保护法)。非金属表面防护主要有环氧和聚合体树脂等。
施工中重点:涂膜镀锌的产品内应含有较高的锌粉,特别强调不得使用富锌漆,富锌漆对钢筋握裹力影响较大,本项目船撞问题突出,地震烈度较高,因此禁止使用。
主要部位包括:桩基深入承台的预埋钢筋(设计说明未写出)、护栏预埋钢筋、预制组合箱梁桥面铺装预埋钢筋、伸缩缝槽口预埋钢筋、主梁横、纵向湿接缝预留钢筋、墩柱深入盖梁的预埋钢筋、承台内墩柱的预埋钢筋以及交通工程外露预埋件等。
耐久性的实例
东海大桥支座预埋钢板采用耐候钢,虽然耐候钢是以表面锈蚀机理来防腐,但建成后几年发现耐候钢锈蚀较为严重,本沿海桥梁吸收东海大桥经验教训,对支座预埋钢板采用重防腐措施,即热喷涂锌铝合金方式,以达到设计使用周期目的。