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1、余紅發(fā)等：某高速公路橋梁結(jié)構(gòu)混凝土耐久性設(shè)計 61 DOI：1013905jcnkiawjz201510025 某高速公路橋梁結(jié)構(gòu)混凝土耐久性設(shè)計 余紅發(fā) ，黃泓萍 ，陳樹東。 (1青海大學(xué)土木工程學(xué)院。西寧810016；2南京航空航天大學(xué)土木工程系，南京210016 3浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。杭州311231) 【摘 要】 針對我國第一條穿過青海察爾汗鹽湖的國道215線察爾汗鹽湖一格爾木高速公路工程的橋梁結(jié) 構(gòu)混凝土的耐久性設(shè)計要求，開發(fā)了適用于鹽湖地區(qū)橋梁工程的高性能混凝土技術(shù)，并成功地應(yīng)用于實際工程。 近3年的實際工程考驗表明，所配制的C50低滲透性高性能混凝土具有高強、抗氯離子擴散滲透、

2、抗凍、抗鹽湖鹵 水腐蝕和抗裂等特征，滿足我國西北高海拔鹽湖地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)工程的使用要求。 【關(guān)鍵詞】 鹽湖；橋梁；高速公路；高性能混凝土；耐久性 【中圖分類號】TU528571 【文獻標(biāo)識碼】 B 【文章編號】 10016864(2015)100061一o3 DURABILITY DESIGN 0lF CoNCRETE STRUCTURE oF CHAGE EXPRESS、 Y BRIDGE YU Hongfa ，HUANG Hongping ，CHEN Shudong。 (1College of Civil Engineering，Qinghai University，Xining 810

3、016，China； 2Department of Civil Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016，China；3Zhejiang College of Construction，Hangzhou 311231，China) Abstract：Aimed at our country the first through Qinghai Chaerhan Saline Lake road 215 line dura bility design requirements of

4、concrete bridge structure of Chaerhan Saline Lake-Golmud highway engi- neering，high performance concrete technology is developed for the bridge engineering in the Saline Lake，and successfully applied in actual engineeringThe practical engineering test showed that nearly 3 years，the prepared C50 hi g

5、h performance and low permeability concrete has high strength，resistance to chloride ion diffusion penetration，frost resistance，corrosion resistance of Saline Lake brine crack resist ance and other characteristics，meet the use requirements of structural engineering concrete in high alti- tude area o

6、f Saline I丑ke in Northwest China Key words：Saline Lake；bridge；expressway；high performance concrete；durability 察爾汗鹽湖至格爾木高速公路工程，簡稱察格高 速公路，是青海省鹽湖地區(qū)第一條高速公路，環(huán)境氣 候條件惡劣，對橋梁結(jié)構(gòu)混凝土的抗凍性、抗腐蝕性、 抗氯離子擴散滲透性和抗裂性等耐久性的要求非常 高。大量的現(xiàn)場調(diào)研 表明，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在鹽 湖地區(qū)大氣中35年遭受嚴(yán)重破壞，混凝土結(jié)構(gòu)在鹽 湖地區(qū)鹵水和鹽漬土中不到1年即完全崩潰。除了鹽 湖鹵水對混凝土與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)腐蝕 與鋼

7、筋銹蝕作用以外，察爾汗鹽湖地處高原內(nèi)陸，寒 冷多風(fēng)、冰凍期長、降雨量小、氣候干燥、月夜溫差大 等惡劣氣候條件，對混凝土耐久性也是嚴(yán)峻的考驗。 為了解決察爾汗鹽湖地區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題， 1975年國家建材研究院 將預(yù)制聚合物浸漬混凝土 用于青藏鐵路的鐵路軌枕和橋涵，1976年鐵道部科學(xué) 研究院采用了玻璃鋼保護和油氈隔離的辦法。從 1990年代開始，學(xué)者們開始探索采用硅灰混凝土、高 強混凝土解決青海察爾汗鹽湖的混凝土腐蝕問題，提 出采用鹽湖專用的大摻量礦物摻合料的低滲透性高 性能混凝土技術(shù) ，并在青海鹽湖鉀肥二期工程的配 套電力線路基礎(chǔ)腐蝕成功地進行了工程應(yīng)用，顯示出 優(yōu)良的耐久性能。 。

8、本文針對察格高速公路的特定環(huán)境與橋梁不同 結(jié)構(gòu)部位對混凝土的耐久性要求，在察爾汗鹽湖混凝 土的腐蝕機理的基礎(chǔ)上，運用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)壽命預(yù) 測的氯離子擴散理論 ，以混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計 原則，介紹了鹽湖專用低滲透性高性能混凝土的原材 料和配合比設(shè)計，研究了其工作性、強度和抗凍性等 基本性能。 基金項目國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973計劃)(2009CB623203)；國家自然科學(xué)基金項目(50178044，51178221) 62 低溫建筑技術(shù) 2015年第10期(總第208期) 1 察格高速公路沿線的鹽漬土特征與混凝土腐蝕破 壞機理 11 鹽漬土和鹵水的化學(xué)成分 察格高速公路所處地段以過鹽漬

9、土和強鹽漬土 為主。過鹽漬土、中強鹽漬土主要以氯鹽型為主。鹽 漬土地區(qū)主要位于A、B標(biāo)段。表1是A標(biāo)段和B標(biāo) 段處不同深度的鹽漬土中的易溶鹽成分和含鹽量，表 2是A標(biāo)段和B標(biāo)段漬土晶間鹵水的化學(xué)成分。 表1 鹽漬土中易溶鹽的化學(xué)成分 由表1可見，隨著深度的增加，鹽漬土中的含鹽量 逐漸降低，到2324m深度處含鹽量逐漸接近鹽漬土 表層的含鹽量。由表2可見，A標(biāo)段的晶間鹵水濃度 高，B標(biāo)段的晶問鹵水濃度低。到28m處鹽漬土的含 鹽量達到2726。因此察爾汗鹽湖鹽漬土及其晶問 鹵水對混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)腐蝕、物理結(jié) 晶腐蝕和鋼筋潰爛性腐蝕破壞作用很嚴(yán)重。 表2 鹽漬土晶間鹵水的化學(xué)成分 mg

10、L 12 鹽漬土和鹵水對混凝土的腐蝕破壞機理 根據(jù)鹽湖地區(qū)暴露20a的實際混凝土工程的腐蝕 產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)了其腐蝕破壞機理如下： (1) 混凝土化學(xué)腐蝕和氯鹽物理結(jié)晶侵蝕作用 的腐蝕產(chǎn)物分為3種類型：第一種以食鹽為主；第二種 以南極石為主；第三種以CSH的腐蝕產(chǎn)物為主，即水 化硅酸鈣csH一水硅酸鎂MSH的過渡產(chǎn)物CMSH以 及Na 離子取代ca“的堿硅凝膠產(chǎn)物CNSH。 (2) 化學(xué)腐蝕機理：鹽湖鹵水中的so2,一、C1一、 Mg 、Na 和K 離子，對混凝土產(chǎn)生硫酸鹽、氯鹽和鎂 鹽多重腐蝕，以及水化硅酸鈣的堿金屬離子腐蝕。此 外，鹽湖鹵水和鹽漬土中富含的NaC1和KC1MgC1 6H，0等鹽分

11、對混凝土存在嚴(yán)重的物理結(jié)晶破壞。 (3) 氫氧鈣石CH和水化鋁酸鈣C AH 的腐蝕 產(chǎn)物為南極石CaC1 6H：O一氫氧化鎂Mg(OH) 一 氯氧化鎂Mg：(OH) C14H：0一氯鋁酸鈣c ACaC1 10H20一石膏CaSO42H20。 (4) 水化硅酸鈣CSH的腐蝕產(chǎn)物為鎂離子和堿 金屬離子取代鈣離子的含水硅酸鈣鎂凝膠(C。一 M )51 。SH( =022039)堿硅凝膠(c。一 N ) sH( =039063)。一旦混凝土開裂后 堿性腐蝕產(chǎn)物Mg(OH)：、Mg：(OH)，c】4H：0、C，A Ca C1，10H，0喪失穩(wěn)定性而分解。 2鹽湖地區(qū)橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計 21 橋梁

12、混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計原則 針對不同的結(jié)構(gòu)部位采取相應(yīng)防護措施。耐久 性設(shè)計的基本原則是：采用抗鹽湖鹵水腐蝕的低滲 透高性能混凝土；增加混凝土保護層厚度；針對 不同的結(jié)構(gòu)部位采用相應(yīng)的附加防腐蝕措施；樁基 混凝土施工工藝必須確?；炷僚c鹽漬土之間的有 效隔離。 22鹽湖專用C50低滲透性高性能混凝土基本性能 (1)抗壓強度及其發(fā)展規(guī)律。以A標(biāo)段試配為 例。針對不同的橋梁結(jié)構(gòu)部位，配制鹽湖專用C50低 滲透性高性能昆凝土?xí)r，灌注樁和承臺昆凝土復(fù)合摻 加了5硅灰、10粉煤灰和20磨細礦渣，墩柱混凝 土復(fù)合摻加了15粉煤灰和15磨細礦渣，箱梁與蓋 梁混凝土復(fù)合摻加了10粉煤灰和15磨細礦渣。 表3是

13、不同結(jié)構(gòu)部位所用混凝土的拌合物性能和抗壓 強度。結(jié)果表明，鹽湖專用C50低滲透性高性能混凝 土的坍落度及其損失、含氣量和抗壓強度均滿足設(shè)汁 要求，其標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護7d和28d抗壓強度分別達到42MPa 和65MPa左右。 (2)抗凍性。以A標(biāo)段試配為例。表4是不同 混凝土的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護和現(xiàn)場同條件養(yǎng)護試件在鹽湖鹵 余紅發(fā)等：某高速公路橋梁結(jié)構(gòu)混凝土耐久性設(shè)計 63 水或水中經(jīng)過300次快速凍融循環(huán)的試驗結(jié)果。由表 可知，即使是現(xiàn)場同條件養(yǎng)護，混凝土在300次快速凍 融循環(huán)后的相對動彈性模量基本在86以上，并且混 凝土試件的質(zhì)量損失率均小于標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值 (50)。與水中抗凍性相比，由于鹽湖鹵水的冰點 很低

14、，鹵水凍融的混凝土試件表面既無剝落現(xiàn)象，也 沒有出現(xiàn)鹽類結(jié)晶壓導(dǎo)致的嚴(yán)重龜裂現(xiàn)象，顯示優(yōu)良 的抗凍耐久性。 表3 鹽湖專用C50低滲透性高性能混凝土的試配結(jié)果(A標(biāo)段) 3結(jié)語 (1) 所設(shè)計的鹽湖專用C50低滲透性高性能混 凝土在察爾汗鹽湖地區(qū)的鹵水腐蝕與凍融循環(huán)、干濕 循環(huán)和彎曲荷載等雙重因素作用下具有良好的耐久 性?；炷猎嚰]有任何缺棱掉角、開裂、剝落等腐 蝕破壞現(xiàn)象?；炷恋膹姸?、抗凍性、抗氯離子擴散 滲透、抗鹽湖鹵水腐蝕等耐久性指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。 (2) 在橋梁施工2年后，混凝土樁基沒有腐蝕 和凍融損傷跡象，橋梁承臺、墩柱、箱梁和蓋梁等結(jié)構(gòu) 表面，沒有任何龜裂現(xiàn)象，滿足混凝土結(jié)構(gòu)

15、耐久性設(shè) 計的抗裂要求。 2 3 4 參考文獻 余紅發(fā)鹽湖地區(qū)高性能混凝土的耐久性、機理與使用壽命預(yù) 測方法D南京：東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，2004 王復(fù)生，孫瑞蓮，秦曉娟察爾汗鹽湖條件下水泥混凝土耐久 性調(diào)查研究J硅酸鹽通報，2002，(4)：1622 余紅發(fā)，孫偉，屈武，等鹽湖地區(qū)的環(huán)境條件與混凝土和鋼筋 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性J工業(yè)建筑，2003，33(3)：14 王潘勞，張偉勤，楊幼坤，等青海察爾汗鹽湖地區(qū)水泥混凝土 的腐蝕破壞調(diào)查分析J青海大學(xué)學(xué)報，2003，21(6)：57 59 5劉連新察爾汗鹽湖及超鹽漬土地區(qū)混凝土侵蝕及預(yù)防初探 J建筑材料學(xué)報，2001，4(4)：395400

16、 6 王復(fù)生，秦曉娟，孫瑞蓮青海察爾汗鹽湖條件下水泥混凝土 侵蝕的試驗研究J硅酸鹽通報，2003，22(4)：2528 7戴劍鋒，劉曉紅，鄭克宇，等鹽湖地區(qū)混凝土的腐蝕和防治 J甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，28(2)：100102 8 白瑞峰，韓玉蘭聚合物混凝土及其耐腐蝕性能J中國建材 研究院院刊，1980，(1)：1013 9 余紅發(fā)，孫偉，華普校，等鹽湖地區(qū)專用高強混凝土的配制技 術(shù)和基本性能J建筑材料學(xué)報，2003，6(4)：410415 10余紅發(fā)，孫偉，屈武，等鹽湖環(huán)境條件下抗腐蝕混凝土電桿 的研究與開發(fā)J混凝土與水泥制品，2003，(1)：2326 收稿日期20150611 作者簡介余紅發(fā)(1964一)，男，湖北武穴人，博士，教授，博 士生導(dǎo)師，從事鹽湖與海洋等嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土 結(jié)構(gòu)耐久性研究與壽命設(shè)計工作。