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1、I内容摘要内容摘要近年来，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。本文在分析影响混凝土桥梁耐久性各方面因素的基础上，相应提出了提高混凝土桥梁耐久性的不同措施，对推动我国混凝土桥梁的耐久性研究提供了理论基础。 关键词：耐久性；氯离子扩散；钢筋锈蚀；耐久性评估；时变可靠度II目目 录录内容摘要.I引 言.11 绪论.21.1 跨海混凝土桥梁
2、耐久性研究的意义.21.2 跨海混凝土桥梁耐久性研究的主要内容.52 氯离子环境下钢筋锈蚀的研究.102.1 氯离子环境下钢筋锈蚀机理.102.2 钢筋锈蚀的主要特点.112.3 影响跨海大桥混凝土中钢筋锈蚀的主要因素.122.4 海洋环境下混凝土结构钢筋防锈措施.143 跨海大桥混凝土结构耐久性评估.163.1 可靠度理论.163.2 海洋环境下基于可靠度的混凝土结构耐久性评估.224 混凝土桥梁耐久性改善措施.294.1 重视混凝土桥梁耐久性的设计.294.2 在施工工程中重视桥梁的耐久性问题.294.3 采用高性能混凝土.304.4 加强混凝土养护及维修工作.304.5 在钢筋表面涂刷防
3、腐蚀涂层.315 案例分析.325.1 杭州湾跨海大桥混结构耐久性研究与应用.325.2 混凝土结构耐久性的两个基本问题及对策.325.3 案例分析小结.376 结论.39参考文献.40致 谢.411引引 言言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
4、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，重点分析了其各自的可靠度影响因素。21 1 绪论绪论1.1 跨海混凝土桥梁耐久性研究的意义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，越来越多的跨海桥在建或已建成通车，例如杭州湾跨海大
5、桥，东海大桥，广西杭州湾跨海大桥等，见图1.1 1.4。表1.1 国内已建和正在建设的跨海大桥耐久性情况 桥名结构形式耐久性措施杭州湾大桥全长36 公里，北通航孔 为双塔双索面斜拉桥，跨 径448 米。南通航孔为独 塔斜拉桥跨径228 米,半飘浮体系。中国第一座将结构耐久性 设计作为独立章节纳入结 构设计内容的桥梁。为使 该桥在设计使用基准期内 100 年钢筋不锈蚀，采取 了一系列措施，如:控制 裂缝宽度、加大混凝土保 护层厚度、使用海工耐久 混凝土等。东海大桥全长27.4 公里，主通航 孔为双塔单索面钢混叠合 梁桥，主跨420 米。在国内首次采用100 年设 计基准期。根据工程调研 和环境条
6、件分析，影响东 海大桥混凝土结构耐久性 的首要因素是cl 的渗透， 根据具体情况，东海大桥 采取以高性能混凝土技术 为核心的综合耐久性策略 和方案。深圳湾大桥全长4770 米，主跨为210 米和180 米不等跨独塔钢 梁斜拉桥，是国家主干线 直通香港的唯一 高速公路通道。设计寿命120 年，所有混 凝土抗氯离子渗透性 1000C，水下钢筋为不 锈钢和环氧钢筋。杭州湾跨海大桥全长2898 米，刚构连 续结构体系，是合山高速 公路连接北海杭州湾跨海 与合浦县山口镇的一座跨 海特大桥，有“广西第一 桥”之称。设计使用寿命100 年，采 取了一系列耐久性措施， 如：控制水灰比、限制裂 缝宽度、使用钢筋
7、阻锈剂 以及混凝土表面涂敷保护 层等。3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。图1.1 杭州湾大桥 图1.2 杭州湾跨海大桥图1.3 东海大桥4图1.4 深圳湾大桥在美国，最普
8、遍的耐久性破坏形式是混凝土桥梁、路面、停车场及海港结构中的钢筋锈蚀，每年总损失高达1260 亿美元。铁路由于钢筋锈蚀每年维修费用约200 亿美元，仅撒化冰盐引起的钢筋锈蚀每年造成的损失就达10 亿美元。截至1980 年，因钢筋锈蚀有50 万座桥梁桥面板需要维修。在英国，根据运输部门1989 年的报告：英格兰和威尔士有75%的钢筋混凝土桥梁受到氯离子侵蚀，维护维修费用是原来造价的两倍，为解决海洋环境下钢筋混凝土结构锈蚀与防护问题，每年花费近20 亿英镑。在日本，大约有21.4%的钢筋混凝土结构损失是由于钢筋锈蚀引起的，著名的新干线使用不到10 年，就出现大面积混凝土开裂、剥落等现象。前苏联有关统
9、计资料表明：仅厂房受钢筋锈蚀损坏的总额就占其固定资产的16%，有些厂房的钢筋混凝土结构使用10 年左右即严重破坏，经常需要维修，有些建筑维修费用已超过其原始造价。我国台湾重修澎湖大桥和不断发生的“海砂屋”事件，也是氯盐腐蚀钢筋所造成的。在我国大陆，近年来也日益暴露出因耐久性不足引起的混凝土结构破坏，如20 世纪50 年代初建的大坝，许多已成为陷入危境的“病坝”。截至到1997 年底，佛子岭、梅山、响洪甸三座老坝共亏损1 亿多元。20 世纪80 年代原水电部水工混凝土耐久性调查组对全国32 座大型混凝土坝进行了调查，结论为：被查坝体全部存在裂缝。2001 年河海大学对处于内陆河的江苏省淮阴闸工程调查，也发现明显的钢筋锈蚀引起的裂缝，并有发展趋势。交通部等有关单位分别于1963 年、1965 年、1980 年、1996 年，针对我国沿海港口工程混凝土结构破坏状况组织过四次调查，调查结果指出：80%以上都发生了严重或较严重的
