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青岛海湾大桥混凝土结构物耐久性措施浅析摘  要: 青岛海湾大桥是我国北方冰冻海域首座大型海上桥梁集群工程，其中跨海大桥长27.089km，设计使用寿命为100年，大桥混凝土结构物耐久性贯穿在大桥设计和施工的各个环节中，本文对大桥混凝土结构耐久性的措施进行了介绍。
关键词:混凝土结构物耐久性  1混凝土结构耐久性问题1.1耐久性基本性能耐久性能是混凝土结构应满足的基本性能之一，与混凝土结构的安全性和适应性有着密切的联系。
混凝土结构的耐久性问题可分为钢材问题和混凝土问题两大类。
钢材问题主要是指钢筋的锈蚀，此外还有钢筋的氢脆、应力腐蚀、疲劳、低温脆断等问题；混凝土问题可分为：碱骨料反应和环境作用问题，环境作用可分成化学物质侵蚀、冻融损伤、机械物理损伤等。
1.2混凝土结构耐久性问题的特点⑴、多数损伤发展的速度较慢，往往需要若干年甚至几十年的时间，这就是称这些问题为耐久性问题的原因。
⑵、耐久性问题是多种因素共同影响的结果。
如北方的海洋混凝土工程，有混凝土碳化、钢筋锈蚀问题，也有氯离子侵蚀和冻融问题，还有海水冲击和海砂磨损等问题，还有化学物质侵蚀和生物侵蚀的问题。
⑶、大多数损伤是由构件表面开始的，所以有人称耐久性问题是混凝土结构的皮肤病。
2青岛海湾大桥结构物耐久性措施从整体而言，海洋环境下钢筋混凝土结构耐久性设计应综合考虑到施工、使用、管理、维护等，遵循“以防为主”的战略方针，重点在“预先设防”。
青岛海湾大桥总体上是采用根本措施、补充措施和辅助措施的有机结合。
首先，混凝土结构耐久性根本措施是采用高性能混凝土。
同时，依据混凝土构件所处结构部位及使用环境条件，采取必要的补充措施，如采用混凝土表面防护技术、阴极保护技术等。
最后施加必要的辅助措施，如纤维混凝土或透水模板布等。
2.1根本措施——高性能混凝土高性能混凝土可对混凝土耐久性性能予以保证，其主要指标有抗氯离子渗透性能、抗冻性、工作性、强度、体积稳定性等。
杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性解决方案张宝胜;干伟忠;陈涛【期刊名称】《土木工程学报》【年(卷),期】2006(039)006【摘要】为了确保杭州湾跨海大桥混凝土工程达到100年设计使用年限,根据特殊腐蚀环境进行相应的混凝土结构耐久性研究和设计.结合当前现有研究成果,对海洋环境下钢筋混凝土结构的腐蚀破化特征和防护技术进行介绍.针对本工程混凝土结构的不同部位,提出混凝土结构耐久性多层次综合方案体系、海工耐久混凝土设计原则、耐久性关键指标与评估试验方法、施工及质量验收标准、混凝土结构基本防腐蚀措施和附加防腐蚀措施及其基于耐久性的相互协同解决方案,并通过建立耐久性无损监测系统和暴露试验站对混凝土结构的预期寿命进行预测评估.分析结果表明,对混凝土结构的特定腐蚀环境,提出耐久性解决方案是经济可行的.本研究对同类跨海大桥的耐久性设计与施工具有一定的参考价值.【总页数】6页(P72-77)【作者】张宝胜;干伟忠;陈涛【作者单位】杭州湾大桥工程指挥部,浙江,宁波,315327;宁波工程学院,浙江,宁波,315016;杭州湾大桥工程指挥部,浙江,宁波,315327【正文语种】中文【中图分类】TU375;TU503;U441【相关文献】1.混凝土结构耐久性关键技术——腐蚀环境调研及结构耐久性评估 [J], 鲜荣;李彦兵;代希华2.杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性解决方案 [J], 陈涛3.浙江宁波杭州湾跨海大桥TD-SCDMA覆盖解决方案 [J], 万欣;吴恒4.杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性解决方案 [J], 陈涛5.不断完善标准体系推动混凝土结构耐久性设计的技术进步——中国工程建设标准化协会标准《海港工程混凝土材料与结构耐久性定量设计标准》编制组成立暨第一次工作会议召开 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
跨海大桥全寿命耐久性设计与施工技术黄毅;孙建渊;黄士柏【摘要】在海洋恶劣环境影响因素下,桥梁结构的耐久性是跨海大桥寿命期内安全运营的关键问题.通过分析影响跨海大桥结构耐久性的主要因素,提出了改善并提高结构耐久性的主要途径与技术对策,最后给出了东海大桥主要混凝土结构、钢结构及钢管桩基础全寿命耐久性实用设计与施工技术概要.根据试验及使用效果证明东海大桥提高海洋桥梁结构耐久性的技术措施是可行有效的.【期刊名称】《华东交通大学学报》【年(卷),期】2007(024)004【总页数】4页(P21-24)【关键词】耐久性设计与施工;跨海大桥;海洋环境【作者】黄毅;孙建渊;黄士柏【作者单位】同济大学,桥梁工程系,上海,200092;同济大学,桥梁工程系,上海,200092;同济大学,桥梁工程系,上海,200092【正文语种】中文【中图分类】TU45在海洋环境中建设桥梁，由于桥梁结构将长期经受外部介质的强烈影响，作用的结果可能导致桥梁结构迅速破坏，并严重降低使用寿命.因此建设跨海大桥对结构的耐久性和使用寿命有很高的设计与施工技术要求，中国公路桥涵结构的设计基准期即设计使用寿命规定为100年.处于海洋恶劣环境条件下桥梁结构的耐久性历来是工程界关注的焦点问题.东海大桥是中国大陆真正意义上的第一座跨海大桥，通过对桥梁结构耐久性影响因素的系统研究，提出了跨海大桥全寿命耐久性设计与施工技术的对策，确保了东海大桥设计寿命期内的正常使用.图1为中国东海大桥竣工后鸟瞰图.2.1 影响混凝土结构耐久性的因素影响混凝土结构耐久性的因素包括内在因素和外在因素.内在因素如混凝土结构保护层厚度、水灰比、胶凝材料组成、裂缝等.外在因素一方面是环境因素，主要为潮湿、高温、氯离子侵蚀、化学介质侵蚀、冻融、磨蚀破坏等，这些破坏既涉及到钢筋锈蚀又涉及到混凝土结构的解体;另一方面是人为因素，主要是施工质量差和运行管理不善.施工缺陷的存在，不仅使得外界有害物质更易侵入混凝土，导致钢筋混凝土过早发生腐蚀破坏，从而影响耐久性，而且可能影响结构的安全运营.在海洋环境下，对海工混凝土使用寿命起决定性作用的是海水中氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀作用.因此，对于跨海大桥混凝土结构的耐久性问题应着重关注其钢筋锈蚀作用.2.2 影响钢结构耐久性的因素钢结构在海洋环境条件下，容易产生腐蚀现象.海洋环境下钢质结构按使用环境条件可分为五大腐蚀区:海上大气区、浪溅区、水位变动区、水下区、泥下区，这些区域的腐蚀条件、腐蚀特征和腐蚀速率各不相同.在海洋大气环境下，海水常年蒸发增加了钢结构周围的环境湿度，并促使酸性气体及盐粒的溶解，成为较强的电解质，加速钢结构不断遭受电化学腐蚀，随着大气中相对湿度的增加，腐蚀急剧增加;在浪溅区，这里海水飞溅、干湿交替、盐分高、温度高，是腐蚀最强烈的区域;在水下区低于平均低潮线几十厘米处，这里与水位变动区组成了氧浓差电池，该部位是阳极区，因而受到严重的腐蚀;在泥下区界面以下几十厘米处，这里(与水下区形成氧浓差电池，再加上硫酸还原菌的作用，腐蚀也比较严重.因此对于跨海大桥钢结构的耐久性问题，应着重关注不同区域的使用环境条件对其腐蚀影响.3.1 提高混凝土结构耐久性的技术措施鉴于外海桥梁的特点，在设计过程中可以主要考虑以下几个方面的混凝土防腐蚀技术措施:(1)提高混凝土中钢筋的保护层厚度;(2)控制混凝土的水灰比.水灰比越接近最低水灰比，混凝土的密实性越高，抗腐蚀性能越好，因此提高混凝土的耐久性应选择低水灰比的混凝土;(3)阻锈剂;(4)应用环氧涂层钢筋;(5)混凝土表面涂层;(6)阴极保护.阴极保护方法是通过电化学方法强迫保护钢筋，可防止氯化物引起的钢筋腐蚀;(7)高性能混凝土.对于混凝土结构的耐久性而言，防止钢筋的锈蚀是最主要的内容.高性能砼在这方面具有独特的优势，高性能砼是以高耐久性为目标发展起来的，突出表现在混凝土材料低渗透、低缺陷、高密实等方面.高性能混凝土与普通混凝土的差别在于通过掺入粉煤灰、磨细矿渣粉、微硅粉中的一种或多种掺料，来提高混凝土在特定条件下所需要的特定性能.试验证明，高性能混凝土具备优良的抗氯离子侵蚀能力，与普通混凝土相比，最少可以延长使用寿命3～4倍以上［1］［2］.3.2 提高钢结构耐久性的技术措施目前，海洋工程钢结构常采取的防腐措施分为三种:机械隔离措施、金属喷涂、阴极保护.机械隔离措施即采用某种材料包覆在待保护材料表面，使之与海水、氧气等产生腐蚀的物质隔离以达到防腐蚀的目的;金属喷涂防腐包括喷涂金属层和封闭涂层.该措施是采用火焰喷涂方法或电弧喷涂方法将熔融金属锌、铝或其合金喷射到处理后的钢结构表面，在其表面形成一层致密、均匀的薄层，这层金属涂层一方面对结构起到机械封闭作用，另一方面也起到局部牺牲阳极的保护作用;阴极保护措施一般适用于水下部位，对水位变动区也有一定的保护作用.4.1 工程概况举世瞩目的东海大桥是上海国际航运中心集装箱深水枢纽港的三大重要配套工程之一，全长约32.5 km，主通航孔采用主跨420 m双塔单索面叠合梁斜拉桥;三个副通航孔采用主跨120 m、140 m、160 m预应力混凝土连续梁桥及刚构桥;港桥连接段的颗珠山大桥主桥采用主跨332 m双塔双索面的叠合梁斜拉桥.东海大桥桩基础主要采用钻孔桩、PHC桩和钢管桩，其中Ф1 500的打入钢管桩有5 319根，Ф1 200的打入PHC桩有398根.4.2 东海大桥混凝土结构耐久性技术对策海洋环境下钢筋混凝土结构耐久性方案的设计应该遵循的基本方案是:首先，提高混凝土结构耐久性基本措施是采用高性能混凝土;同时，依据混凝土构件所处结构部位及使用环境条件，采用必要的补充防腐措施.二者的有机结合就是综合防腐措施.针对东海大桥所处海洋环境特点和设计寿命要求，混凝土结构耐久性综合防腐策略内容为:(1)大桥主结构以高性能混凝土为基本措施，涉及混凝土钻孔桩、承台、墩柱和箱梁等.(2)对于混凝土结构保护层相对较小且位于浪溅区或潮差区等薄弱环节，采用混凝土外部保护涂层.海上段混凝土结构耐久性技术对策见表1.混凝土结构中钢筋腐蚀最严重的是浪溅区，其次依次是水位变动区、大气区、水下区.长期处于水下的混凝土结构由于缺乏供氧条件，钢筋腐蚀极为缓慢.因此，在设计外海混凝土桥梁时应根据各构件所处的环境条件，有针对性地采取不同的防腐蚀要求和措施.东海大桥有大量构件位于腐蚀严重的浪溅区，如钻孔灌注桩桩头、承台、墩柱、塔柱下部等，因此在大桥这些部位不仅采用了高性能混凝土，还配合混凝土外部保护涂层以提高其耐久性.4.3 东海大桥钢结构耐久性技术对策东海大桥全长32.5公里，其中包括两座斜拉桥用于海上通航.斜拉桥上部结构为钢箱梁构造，在海洋大气环境下，海水常年蒸发增加了钢结构周围的环境湿度，空气中饱含酸性气体及盐类离子，成为较强的电解质，加速钢结构不断遭受电化学腐蚀，因此大桥上部钢结构的防腐保护，关系到大桥的安全与使用寿命.东海大桥采用在火焰喷铝技术上更新创造的电弧喷铝防腐体系，即在电弧喷铝的基础上加上封闭漆、中间漆、面漆组合而成的防腐体系，是目前最为长效安全、经济实用的技术，使用寿命可达50年.电弧喷铝防腐技术是将铝作为金属涂层材料的电弧喷涂技术，属于热喷涂技术中比较普遍使用的一种长效防腐技术.它以电弧为热源将铝丝加热，使受热的铝丝形成熔融或半熔融状态的细微颗粒，在高速气流的吹动下，这些颗粒高速冲击并沉积在钢结构基体的表面上，形成铝金属防腐涂层，将钢箱梁表面与外界大气隔绝开来，阻止了海洋潮湿环境对钢结构的侵蚀;同时铝隔离层也起到了牺牲阳极的保护作用，对大桥上部钢结构起到了有效的防腐保护.在喷铝金属涂层的基础上还有封闭漆、中间漆、面漆组合而成的长效防腐涂层体系，封闭漆涂层可有效渗透覆盖的金属涂层表面孔隙，将钢铁、金属涂层和防腐介质分隔开，起保护作用，并承上启下，与面漆优异结合;面漆涂层对整个涂层进行保护并有美化外观的作用.4.4 东海大桥钢管桩耐久性技术对策东海大桥钢管桩属于海洋中固定式钢质结构，工作在浪溅区、水位变动区、水下区和泥下区等四大腐蚀区.通常海洋固定式钢结构划分为两大区域进行保护，即分为水上防蚀区和水下防蚀区.水上防蚀区是平均潮水线以上各腐蚀区，该区由于不浸水或者浸水率低，一般以采用涂漆和被覆材料为主进行保护;水下防蚀区是平均潮水线以下各腐蚀区，该区域由于浸水率达60%～100%，所以宜单独采用阴极保护技术进行保护，或者同时采用阴极保护技术和涂料联合保护.为了确保东海大桥100年以上的有效使用年限，考虑到涂层水下更新涂装和维护，以及其耐久性有限，东海大桥钢管桩潮差区段采用环氧重防腐蚀涂层与阴极保护的联合防腐技术措施，水下和泥下区段单独采用高效铝合金牺牲阳极保护.从东海大桥建成至今的使用情况来看，钢管桩水下防蚀区完全裸露并单一采用牺牲阳极保护是有效的，年腐蚀率可大幅度降低至0～0.03 mm/a.而施加牺牲阳极保护之后的钢管桩水上可见段亦尚未发现一丝锈迹，防蚀效果良好，如图2所示.在海洋恶劣环境影响因素下，桥梁结构的耐久性是跨海大桥寿命期内安全运营的关键问题.东海大桥是中国第一座真正意义上的跨海大桥，它的成功建设为外海桥梁耐久性的研究及应用提供了重要的技术支持与参考，主要包括:(1)影响桥梁结构耐久性的因素是多方面的，既有结构自身内在的因素如混凝土结构保护层厚度、水灰比等，也有外在的环境因素如氯离子侵蚀、化学介质侵蚀破坏等，此外结构的耐久性还与其施工工艺、质量有着密切的关系.因此要实现外海桥梁结构在设计基准期内的安全运营，就必须采用多层次的综合防腐体系，把结构的耐久性措施贯穿到设计、施工过程中，以确保规定的桥梁设计使用寿命.(2)跨海大桥混凝土结构耐久性技术措施主要是立足于混凝土材质本身的性能，采用高性能海工混凝土，以提高混凝土结构抗氯离子渗透的能力.同时，依据混凝土根据所处结构部位及使用环境条件，采用必要的补充防腐措施，如适当增大保护层厚度、提高混凝土密实度、降低水化热等.(3)跨海大桥水上钢结构部分可采用电弧喷铝长效防腐涂层体系，使用寿命可达50年.钢管桩耐久性技术措施可采用阴极保护和金属涂层联合保护的技术方案，以阻止氯离子对钢结构的侵蚀.(4)东海大桥提高结构耐久性的综合防腐技术措施经实践应用证明是可行有效的. 【相关文献】［1］Brain Shap.Durability of Concrete Structures in a Maritime Environment.CONCRETE，July/August，1996:12－15［2］赵剑发，苏祖平，欧阳华林.C50海工耐久混凝土配合比的研究［M］.北京:人民交通出版社，2005.［3］杨志方.东海大桥防腐蚀需求与现状［J］.世界桥梁，2004，增刊:25－27.［4］皇甫熹，徐强，俞海勇，王琼.高性能海工混凝土在东海大桥工程中的应用［J］.世界桥梁，2004，增刊:28－31.［5］皇甫熹，刘小方.东海大桥打入桩基础耐久性研究与应用［J］.世界桥梁，2004，增刊:17－20.。
大桥混凝土结构耐久性策略及高性能混凝土在工程中的应用由于东海大桥是连接港区和大陆的集装箱物流输送动脉，对上海深水港的正常运转起到不可或缺的支撑保障作用，因此在国内首次采用100年设计基准期，可谓世纪工程。
为保证东海大桥混凝土结构的耐久性，工程采取了以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案。
然而我国目前大型海洋工程超长寿命服役的相关技术规范，高性能混凝土的设计、生产、施工技术在工程中的应用方面尚为空白，因此结合东海大桥工程的具体需要，研究跨海大桥混凝土结构耐久性策略和高性能混凝土的应用技术极为迫切和重要。
二、东海大桥混凝土结构布置和耐久性设计背景1、东海大桥混凝土结构布置东海大桥跨海段通航孔部分预应力连续梁、桥塔、墩柱和承台均采用现浇混凝土；非通航孔部分以预制混凝土构件为主，其中50～70m的预应力混凝土箱梁是重量超过1000吨的巨型构件；陆上段梁、柱和承台亦采用现浇混凝土。
混凝土的设计强度根据不同部位在C30～C60之间。
2、东海大桥附近海域气象环境东海大桥地处北亚热带南缘、东北季风盛行区，受季风影响冬冷夏热，四季分明，降水充沛，气候变化复杂，多年平均气温为15.8℃，海区全年盐度一般在10.00～32.00之间变化，属强混合型海区，海洋环境特征明显。
3、东海大桥面临的耐久性问题在海洋环境下结构混凝土的腐蚀荷载主要由气候和环境介质侵蚀引起。
主要表现形式有钢筋锈蚀、冻融循环、盐类侵蚀、溶蚀、碱-集料反应和冲击磨损等2、5、7、8、10】。
东海大桥位于典型的亚热带地区，严重的冻融破环和浮冰的冲击磨损可不予考虑；镁盐、硫酸盐等盐类侵蚀和碱骨料反应破坏则可以通过控制混凝土组分来避免；这样钢筋锈蚀破环就成为最主要的腐蚀荷载1】。
混凝土中钢筋锈蚀可由两种因素诱发，一是海水中Cl-侵蚀，二是大气中的CO2使混凝土中性化。
国内外大量工程调查和科学研究结果表明，海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀破坏的主要因素是Cl-进入混凝土中，并在钢筋表面集聚，促使钢筋产生电化学腐蚀。
课程名称：土木工程材料论文题目：跨海桥梁混凝土耐久性分析学院：土木建筑工程学院班级：学号：姓名：目录摘要关键词正文1.跨海大桥混凝土结构耐久性设计背景1.1 跨海大桥附近海域气象环境1.2 跨海大桥面临的耐久性问题1.3影响跨海大桥混凝土结构耐久性因素的分析2.提高海洋工程中混凝土耐久性的技术措施与方案设计2.1 技术措施2.2 方案设计3.杭州湾大桥混凝土结构耐久性分析与说明3.1 杭州湾大桥相关信息3.2 杭州湾大桥耐久性分析与总体方案3.3 杭州湾大桥耐久性措施的具体说明4.结论参考文献【摘要】伴随着经济的发展，跨海通道（桥梁、隧道）的建设日益增多。
然而，由于跨海通道自身的特殊环境，建筑结构的耐久性面临新的挑战，研究跨海大桥混凝土结构耐久性策略变得极为迫切和需要。
笔者先从耐久性的设计背景入手，分析影响耐久性的因素。
然后分析提高混凝土耐久性的技术措施与方案设计。
最后，笔者将以杭州湾大桥为例，具体分析其混凝土结构耐久性方案。
【关键词】混凝土结构跨海桥梁耐久性技术措施【正文】1.跨海大桥混凝土结构耐久性设计背景1.1跨海大桥附近海域气象环境海域气象环境，对于跨海大桥的设计、施工及维护均起着重要影响。
统计资料来看，我国跨海大桥目前有24座。
其中，港澳地区7座，大陆地区10座。
大陆地区这10做跨海大桥中，东南沿海地区8座，北部海域2座。
由此可见，这些跨海大桥大多分布在东南沿海，处于北亚热带南缘、东北季风盛行区，受季风影响较大，年平均气温及海水水温较高，常伴有海雾天气的出现。
海洋环境特征明显。
1.2跨海大桥面临的耐久性问题在海洋环境下结构混凝土的腐蚀荷载主要由气候和环境介质侵蚀引起。
主要表现形式有钢筋锈蚀、冻融循环、盐类侵蚀、溶蚀、碱-集料反应和冲击磨损等。
我国多数跨海大桥位于亚热带地区，严重的冻融破坏以及海面浮冰的冲击磨损可以先不予以考虑。
对于镁盐、硫酸盐等盐类侵蚀和碱骨料反应破坏，可以通过控制混凝土组分来避免。
跨海大桥钢筋混凝土结构防腐研究摘要本文总结我国多座跨海大桥项目的钢筋混凝土结构防腐性实施方案的有关经验，从钢筋混凝土结构钢筋腐蚀原理、跨海大桥防护范围、材料技术上常用的防护措施、跨海大桥设计上的措施、构造上的措施、材料及施工上的措施、外加阻锈剂防护等方面进行详细论述。
关键词钢筋混凝土；钢筋；建造设计；防腐0引言跨海大桥钢筋腐蚀主要是由于桥梁钢筋混凝土受到氯离子腐蚀造成。
氯离子是一种强阳性的活化剂，当桥梁钢筋被氯离子渗透时，而且氯离子浓度达到一定的程度，此时桥梁钢筋的钝化膜就会遭到氯离子的腐蚀，致使桥梁钢筋产生电化学腐蚀的现象。
海洋是桥梁钢筋遭腐蚀的危险地带，是造成桥梁钢筋腐蚀的关键所在。
因为海水中富含氯离子而且浓度比较高，一般达到近19克／升。
因此，处于海洋环境浪溅区的钢筋混凝土，最容易产生钢筋腐蚀进而遭受破坏。
除浪溅区外，跨海大桥钢筋遭受腐蚀的重要区域是水位变动区及大气区。
对位于水底下的混凝土，由于受氧条件较差，阴极反应速率非常小，所以相对于其他环境，桥梁钢筋在深水环境下发生腐蚀的速率会低很多。
1跨海大桥防护范围由于跨海大桥处于海水环境中，因此，在建造设计上需要对桥梁钢筋混凝土结构采取一系列措施来预防海水腐蚀。
对桥梁钢筋混泥土结构防护范围主要包括：桥梁主桥的桥墩、承台和钢筋桩基以及上部结构。
另外，需要针对实际海洋环境中大气区、浪溅区、水位变动区和水下区等不同区域的特点，分别采用不同的、具有针对性的防护及保护措施。
重点针对桥墩下部、承台及水位变化区的钢筋桩基进行防护。
2材料技术上常用的防护措施1）环氧涂层钢筋。
在跨海大桥钢筋腐蚀工程中，可通过改变桥梁钢筋与混凝土界面接触方式的措施，来解决桥梁钢筋腐蚀性问题。
国外的桥梁工程大多采用环氧涂层钢筋，来对桥面板进行防腐，此类防腐可延长钢筋混凝土结构的使用寿命，一般可长达20年。
环氧涂层钢筋在生产过程、长途运输过程以及堆放、组装、浇筑过程中，容易造成环氧涂层局部损坏，从而严重影响防腐性能。
海洋环境下混凝土耐久性摘要：由于海洋环境的复杂性，跨海通道混凝土的耐久性也受到多方面因素的影响和机理作用。
在总结海洋环境下混凝土的耐久性影响因素和作用机理的同时，结合杭州湾跨海大桥工程实际应用，提出了混凝土耐久性的有效技术措施。
关键词：海洋混凝土耐久性杭州湾跨海大桥改革开放以来，东部沿海城市的经济迅速发展，高层结构、跨海大桥、海港码头、海底隧道乃至海上采油平台等重要工程迅速涌现。
通常认为混凝土建筑物的无修补安全使用期可达100年，然而，海洋环境下混凝土由于受到海洋环境的冻融破坏、海水侵蚀、钢筋锈蚀、冰浪撞击、磨损等各种因素的影响使其过早被破坏，实际使用年限远远低于设计要求，使用寿命最短的不到10 年，因此，海洋环境下混凝土服役寿命的过早衰减和失效已成为当今面临的世界性难题，引起国内外混凝土科学与工程界的密切关注。
海洋环境下耐久性的影响因素和作用机理1.1 冻融作用海工混凝土抗冻耐久性方面存在的问题，一部分是混凝土材料共同的问题(如引气、孔结构和强度等)，另一些则是海洋环境中产生的特殊问题如盐结晶和海水化学腐蚀等。
试验表明，在有盐溶液存在的情况下混凝土的饱水程度很高，因此，海工混凝土的冻融破坏更为严重，应从抗裂防渗和耐海水化学腐蚀两方面来保证海工混凝土抗海水冻融耐久性。
1.2 钢筋锈蚀破坏钢筋的锈蚀在混凝土耐久性问题中的地位日益突出。
钢筋锈蚀破坏最严重是潮汐区中部上部位，我国南方海洋环境下混凝土破坏以钢筋锈蚀为主。
钢筋锈蚀属电化学反应，其产生和发展必须同时满足(1)钝化膜破坏(2)足够量的氧(3)足够量的水分，三者缺一不可。
1.2.1混凝土抗渗性对钢筋锈蚀的影响抗渗性是影响混凝土耐久性的关键。
提高混凝土的抗渗性是在一定范围内减小水灰比、增加养护期及掺砂渣、粉煤灰、硅灰等火山灰质材料，改善水泥石的孔径分布和孔结构，增加凝胶孔，使抗渗性提高，1.2.2 混凝土碳化作用对钢筋锈蚀的影响混凝土碳化是指混凝土中的碱性物质Ca(oH)2 与空气中CO2 作用生成CaCO3。
城市道桥与防洪２０１２年１２月第１２期1概述清澜大桥位于海南省文昌市清澜镇，距离外海约４ｋｍ，跨越内部海湾连接清澜镇和东郊镇，是航天发射中心配套项目之一。
清澜大桥设计方案采用主跨３００ｍ的双塔双索面结合梁斜拉桥，跨径布置为１２０ｍ＋３００ｍ＋１２０ｍ，引桥部分采用４０ｍ跨简支变连续小箱梁形式。
采用１００ａ设计基准期。
为保证清澜大桥混凝土结构的耐久性，工程采取了以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案。
结合清澜大桥工程的具体需要，研究跨海大桥混凝土结构耐久性策略和高性能混凝土的应用技术成为重要的课题。
2清澜大桥环境作用分析清澜大桥的不同部分分别处于一般大气和土壤环境，海洋大气、海水和海洋地质及滨海等环境中，按耐久性设计要求对其环境分区和环境作用需要分别进行研究。
经勘查，场地地下水属松散岩类孔隙潜水、微承压水，主要赋存于粉土质砂及粉土质砾砂中，含水层富水性、透水性较好。
粉土质砂与地表水水力联系密切，主要接受地表水补给，水位随海潮变化而变化，年最大变化幅度约２ｍ。
拟建桥址区地下水对混凝土具结晶类弱腐蚀性和结晶分解复合类弱腐蚀性，场地土对混凝土无腐蚀性。
桥址地处热带北缘沿海地带，具有热带和亚热带气候特点，属热带季风岛屿型气候。
年平均气温为２３．４￣２４．４℃，桥址区域常年平均湿度为８５％。
按《混凝土结构耐久性设计规范》（ＧＢ／Ｔ５０４７６－２００８）的基本规定，按结构所处环境对钢筋和混凝土材料的腐蚀机理可将结构所处环境分为５类，即一般环境、冻融环境、海洋氯化物环境、除冰盐等其他氯化物环境和化学腐蚀环境。
根据所处环境条件，清澜大桥可能处于一般环境、氯化物环境和化学腐蚀环境中。
清澜大桥的主要腐蚀环境为近海或海洋环境。
近海或海洋环境条件分为大气区、浪溅区、潮汐区、水下区和土中区５个腐蚀区带。
清澜大桥环境作用分级见表１。
近年来，随着跨海桥梁的建设，设计人员开始重视海水环境下桥梁耐久性的设计。
影响混凝土耐久性的主要原因有混凝土质量问题、冻融作用、化学物质侵蚀、集料的化学反应、磨损及人为因素等。
杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性解决方案1、工程概况2、商品混凝土结构耐久性总体方案3、商品混凝土结构耐久性基本措施4、商品混凝土结构耐久性附加措施5、商品混凝土结构耐久性监测措施6、商品混凝土结构耐久性验证措施7、几点体会一、工程概况1.1 地理位置杭州湾跨海大桥是国道主干线－沈海高速跨越杭州湾的便捷通道。
大桥北起嘉兴市海盐郑家埭，跨越宽阔的杭州湾海域后止于宁波市慈溪水路湾，全长36km。
大桥建成后缩短宁波至上海间的陆路距离约 120km。
1.2 设计概况采用双向六车道高速公路标准，设计时速100Km/h。
主体工程包括：北引线、北引桥、北航道桥、中引桥、南航道桥、南引桥、南引线七大部分；其中通航孔桥长1486m，非通航孔桥长34187m，所占比例超过95%。
1.3 工程规模全桥主要工程数量70m预制箱梁540片1.4 建设条件杭州湾地处世界三大强潮海湾之一，建桥条件受气象、水文、地质、冲刷及浅层气等多种自然条件的影响, 施工条件恶劣，主要具有以下特点：台风多2004年~2007年施工期间影响杭州湾地区的台风多达19个。
潮差大最大潮差7.57m，平均潮差4.65m。
流潮急平均流速2.39m／s，实测最大流速5.16 m／s。
冲刷深呈现冬冲夏淤的演变规律，施工期，南岸滩涂最大冲刷为15.5米。
腐蚀强海水实测氯离子含量在5.54 g/L ～15.91 g/L之间，对结构具有比较强的腐蚀作用。
浅层气南岸滩涂区富含浅层气。
二、商品混凝土结构耐久性总体方案浙东沿海商品混凝土结构工程调查二次调查：1994年、2000年调查结果：80%以上都发生了严重或较严重钢筋锈蚀破坏，出现锈蚀破坏的时间有的不到10年。
分析显示，商品混凝土中性化、碱骨料反应、硫酸盐侵蚀、海洋生物及海流冲刷等并不是商品混凝土结构劣化的主要原因，影响商品混凝土结构耐久性的主导因素是Cl-的侵蚀。
为保障大桥满足百年设计使用寿命要求，由杭州湾大桥工程指挥部牵头组织有关高校及大桥主体设计单位进行联合攻关，前后历时五年，从商品混凝土结构腐蚀机理、商品混凝土原材料指标、商品混凝土配合比设计原则、耐久性设计措施及施工技术规程制订、耐久性监测评估及验证等方面进行研究，集成交通部重点科技项目、浙江省交通科技计划项目、国家高科技研究发展计划（863计划）、浙江省自然科学基金等项目研究成果，形成成套耐久性技术，并直接应用于大桥的商品混凝土结构设计与施工实践。
2015级研究生《高性能混凝土材料与技术》作业姓名：***学号：G********专业：建筑与土木工程学院：土木与环境工程学院成绩：_________________任课教师：刘娟红老师2016年3月28日跨海大桥桥墩混凝土结构技术可行性报告一、背景知识和国内外研究与应用现状：1.桥梁建设是国家重要的基础建设之一，桥梁工程是关系社会和经济协调发展的生命线工程。
近十几年以来，随着我国交通事业的迅速发展，越来越多的跨海大桥在建或已建成通车，例如杭州湾跨海大桥，东海大桥，广西铁山港大桥，，厦漳跨海大桥，象山港跨海大桥等，混凝土是目前跨海桥梁工程建设的主导材料。
在许多国家，混凝土结构都面临着耐久性不良的严重问题，尤其是处于海洋或恶劣环境下，混凝土结构耐久性的问题更加突出。
由于跨海大桥处在海洋环境中，受到氯离子侵蚀、干湿作用、海浪冲击等复杂作用的影响，钢筋锈蚀情况比较严重。
钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性失效的主要表现之一，钢筋锈蚀引起混凝土结构的过早破坏，已成为世界各国普遍关注的一大灾害，大量混凝土结构由于钢筋锈蚀导致耐久性失效，不得不维修或拆除，甚至发生倒塌，造成巨大的经济损失。
2.从国内外对水利公程、海港工程、路桥结构等的调查研究来看，在海洋环境、化工车间、冬天撒化冰盐的氯化物污染环境中的钢筋锈蚀引起的结构耐久性失效，导致结构物的过早破坏，已经给国民经济带来巨大的损失。
因此，既有钢筋混凝土结构的耐久性评估及新建钢筋混凝土结构的耐久性设计是十分重要而又迫切需要解决的问题。
我国的混凝土结构量大面广，遍布全国各地。
调查表明，我国的工业建筑及水工、港工混凝土结构的钢筋锈蚀、耐久性失效比民用、公共建筑严重得多，外部原因是这些建筑结构处在潮湿、有化学介质的环境中，钢筋锈蚀，耐久性失效。
以往的结构设计以抗力为主、考虑稳定等性能，忽视了结构的寿命。
由于过分注重工程结构的造价，节省钢筋水泥用量，使得大量结构的构件保护层尺寸偏小、混凝土密实度偏低、抗侵蚀能力差，加上施工偏差、管理不当等，致使混凝土结构的破坏速度极快，达不到预定的目标使用期就需要加固处理，加重了国家、企业的经济负担，而结构的实际造价也提高了。
为避免新建混凝土结构出现耐久性失效的问题，应从耐久性设计着手。
我国目前的设计方法对耐久性考虑是很不充分的，现行的《混凝土结构设计规范》有关耐久性的要求只反映在最低混凝土强度等级、最小混凝土保护层厚度和最大裂缝宽度控制，对水灰比、水泥用量的规定较松，对结构的耐久性不利。
由于以前的混凝土结构设计很少进行耐久性设计，因此，除了新建混凝土结构的耐久性设计，我国混凝土结构耐久性方面的另一个问题是对已有混凝土结构的耐久性评估。
开展对混凝土桥梁耐久性的研究，一方面能对已有的混凝土桥梁进行科学的耐久性评定和剩余寿命预测，以选择对其正确的处理方法；另一方面也可对新建工程项目进行耐久性设计与研究，提示影响桥梁生命全过程的主要因素。
因此，它既有服务于现役结构的现实意义，又有指导待建桥梁进行耐久性设计的重要作用，同时，对于丰富和发展钢筋混凝土桥梁可靠度理论也具有一定的理论价值。
海港混凝土工程因其受海洋环境、气候条件的影响, 其结构物需具备良好的工作性和耐腐蚀能力, 在优选原材料的基础上,通过正交设计方法提出了水化热低、强度高、抗氯离子渗透性好的杭州湾跨海大桥桥墩高耐久性混凝土配合比, 并对其影响因素进行了分析。
研究结果表明, 大掺量优质粉煤灰可以明显降低混凝土的水化温升;复合矿粉与粉煤灰, 因其水化热峰值出现时间比单一同量矿物材料水化热峰值出现时间迟一些, 有利于防止因水化热引起的混凝土早期开裂, 能够提高混凝土的综合耐久性能。
3.近年来，随着交通事业的迅速发展，越来越多的跨海大桥在建或已建成通车，而钢筋混凝土结构的耐久性失效己逐渐成为困扰土建工程界的一个世界性问题，尤其是处于海洋或恶劣环境下，混凝土结构耐久性的问题更加突出。
跨海大桥工程不仅耗资巨大，而且关系着国计民生，如果因为耐久性不足而成为“短命工程”，将对国家造成不可估量的损失。
本文按照现场检测耐久性分析耐久性评估剩余使用寿命预测耐久性优化设计的思路对跨海大桥混凝土构件耐久性进行了研究，研究的主要内容如下：(1)介绍了跨海大桥混凝土结构耐久性研究的重要意义、研究内容以及国内外研究现状。
(2)在前人研究的基础上归纳总结了氯离子侵蚀作用下钢筋的锈蚀机理，对海洋环境下钢筋锈蚀的主要影响因素进行了分析，尤其对氯离子的侵蚀机理和渗透模型进行了重点研究，总结了海洋环境下钢筋锈蚀模型，并阐述了锈后钢筋的力学性能及其对承载力的影响，结合已有的钢筋防锈措施提出了海洋环境下混凝土结构钢筋防锈措施。
(3)根据一般大气环境下混凝土结构耐久性评估准则提出了海洋环境下混凝土结构耐久性评估准则，重点研究了蒙特卡罗方法在可靠度分析中的应用，提出了应用蒙特卡罗方法计算钢筋混凝土偏心受压短柱和钢筋混凝土受弯构件的抗力统计参数，进而较好的解决可靠度分析问题。
考虑氯离子的渗透随机过程，修正了海洋环境下钢筋混凝土偏心受压构件和受弯构件的抗力随机模型，用可靠度方法对锈蚀钢筋混凝土偏心受压构件和受弯构件分别进行耐久性分析，重点分析了其各自的可靠度影响因素。
(4)以广西铁山港跨海大桥作为背景工程，通过大量现场检测数据，分析了影响该桥结构耐久性的主要因素，对该桥的桥墩和30m主梁分别进行了基于可靠度的耐久性评定，并回归出时变可靠度模型，为同类型桥梁的耐久性评估提供了一定的理论依据。
(5)根据结构极限承载能力和耐久性的要求，利用改进的粒子群优化算法对铁山港跨海大桥桥墩截面进行了多变量优化设计。
二、技术路线和相关说明：据对跨海大桥周边地区混凝土结构耐久性调查发现海工混凝土结构侵蚀的特征是：1、处于浪溅去的混凝土结构构件侵蚀比较严重；出于浪溅区以上部位混凝土结构侵蚀较轻或几乎未发现明显的侵蚀现象；处于水位变化区的混凝土结构盐分难以聚集，侵蚀较轻。
2、混凝土保护层较厚的地方钢筋锈蚀较轻。
3、混凝土碳化深度较浅，尚未达到钢筋表面，钢筋侵蚀不是由碳化引起的。
4、有部分因硫酸盐侵蚀等引起的混凝土破坏。
5、沿海大气环境中混凝土的氯离子含量较大，有些部位已经超过了氯离子临界浓度。
针对海工工程所处复杂严酷的特殊海洋环境特点，以及存在基础部位大体积混凝土易出现开裂的技术难题，采用矿物掺合料部分替代高标号水泥降低混凝土水化热，减少温度收缩裂缝，提高混凝土耐久性能，降低工程造价，为高性能海工混凝土发展提供了坚实的技术基础。
技术路线大体如下：三、具体技术措施以及相关解释：1.海洋环境下混凝土结构钢筋防锈措施：海洋环境下防止钢筋锈蚀的措施主要针对氯离子侵蚀，可采取基本措施和补充措施两类。
前者的主要目的是提高混凝土本身的性能，以增加对钢筋的防护能力，后者是在因环境侵蚀特别严重或因混凝土结构设计、施工不当，使基本防腐措施不足以保证时，增加的其他保护措施。
基本措施：1）控制原材料中氯化物的含量，除按照施工质量的要求选择合适的原材料，严格控制材料的氯化物含量和避免氯化物的污染是混凝土中氯离子不超标的前提条件，混凝土的原材料主要有水泥、水、砂、石子和外加剂等，因特殊需要在生产过程加入氯化物的水泥要严格控制氯离子含量，并对其使用范围有所限制。
如在潮湿并含有氯离子环境中的钢筋混凝土，氯化物总含量不得超过水泥重量的0.1%。
2）提高混凝土本身的密实性，加强对钢筋的防护能力，正常情况下，优质钢筋混凝土结构具有长期抵制环境介质侵蚀的能力，因此，最大限度提高混凝土本身的密实性和保持对钢筋的防护能力，是预防混凝土中钢筋锈蚀的措施中最有效和经济的根本方法。
提高混凝土本身密实性的主要方法有：适当增加混凝土保护层的厚度；改善混凝土结构，如选择优质原料，引入外加剂、合理施工、使用新型混凝土等。
补充措施：1）采用耐腐蚀钢筋，耐腐蚀钢筋的主要品种有：耐腐蚀低合金钢、包铜钢筋、镀锌钢筋。
环氧涂层钢筋，目前应用较多的是环氧涂层钢筋，使用环氧涂层钢筋使钢筋成本增加1/ 3 ∼1/ 5，施工工艺要求高，环氧涂层钢筋在装卸、运输和弯曲等过程中必须保证涂层完整，否则，即使在钢筋涂层上有一点小损坏，也会使该处发生钢筋“坑蚀”，从而导致钢筋在该处加速腐蚀，腐蚀速率比普通钢筋要快。
2）应用钢筋阻锈剂，钢筋阻锈剂加入混凝土中，通过单分子层的化学反应阻止或减缓钢筋腐蚀。
阻锈剂能有效抑制混凝土内氯离子的活化作用，主要用于预防氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀，使用方便，可均匀分布于混凝土保护层中，且费用相对较低，是一种经济有效的防护措施。
3）阴极保护，阴极保护能直接抑制钢筋自身的电化学腐蚀过程，尤其适用于易受氯化物污染的混凝土中钢筋的保护，是目前保护混凝土中钢筋最有效且经济的方法之一。
阴极保护可分为牺牲阳极保护法和外加电流阴极保护法。
前者是采用比钢电位更负的铝合金等作为阳极与钢筋电连接，靠自身的腐蚀提供自由电子实现对钢筋的保护；后者则是以直流电源的负极与被保护的钢筋连接，正极与难溶性的辅助钢筋相接，提供保护电流使钢筋发生阴极极化而受到保护。
外加电流阴极保护法的应用较广泛，发展迅速，近10 年已应用于新的钢筋混凝土结构。
4）混凝土表面涂覆，为防止水、氯化物、氧气和二氧化碳等侵蚀介质渗入混凝土，以延缓钢筋锈蚀，对于修补过的混凝土或新浇注的混凝土结构，在混凝土表面涂覆各种保护层，作为混凝土第一道纺线，往往是一种比较简便、经济、有效的辅助性保护措施。
2.海工混凝土质量控制及施工工艺：为了保证海工混凝土的质量和使用耐久性，还必须对海工混凝土的质量控制过程和施工工艺进行研究，建立一套质量控制体系和施工工艺标准，这对今后海工混凝土的设计施工有重大指导意义。
1）质量控制：首先是对原材料的质量控制，其中包括原材料存及管理和对原材料（水泥、粗骨料、细骨料、外加剂、外掺料）的技术操作要符合要求。
然后是对施工质量的控制，具体包括施工前的准备（人员确定和培训、制定质量控制和保证措施、做好检验记录、明确检验方法、施工工艺适应施工要求、建立相应实验室，准备主要施工技术文件等），施工过程质量控制（配合比的制定、混凝土的拌制、运输、浇筑泵送工艺、表面处理、养护、季节性施工要求），施工后期质量控制（后期养护控制、表面缺陷处理）。
2）施工工艺：缓凝冲水法3.预防桥墩高性能混凝土裂纹的措施：根据工程设计要求达到的HPC性能要求,确定HPC的设计依据与原则,结合混凝土施工工艺性能要求,通过HPC的设计与优化,选择合适、经济的混凝土组成材料及性能优异的HPC施工用配合比。
控制裂纹的主要因素时水化热降温引起的拉应力,此拉应力大小与墩身本身结构、外界约束程度、水泥水化热、混凝土内部温度及内外温差、混凝土降温速率、混凝土水化收缩变形及养护情况等均有一定关系,主要采取了以下措施:1)加密横向箍筋间距,增强混凝土抗裂性能。
