铁路混凝土结构耐久性设计、 施工及验收

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1、铁路混凝土结构耐久性设 计、 施工及 验收 第一章 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定前言本暂行规定是根据铁道部关于印发2003年铁路工程建设规范、定额、标准设计编制计 划的通知（铁建设函200341号）进行编制的。 本暂行规定编制过程中认真总结了我国铁路混凝土工程建设的经验和教训，借鉴了国内外有关 标准的规定，在广泛征求意见的基础上，经反复审查定稿。 工程技术人员必须按照“以人为本、服务运输、强本简末、系统优化、着眼发展”的铁路建设 理念，结合工程具体情况，因地制宜，充分发挥主观能动性，积极采用安全、可靠、先进、成 熟、经济、适用的新技术，不能生搬硬套标准。勘察设计单位执行（或采用）单项或局部

2、标准 ，并不免除设计单位及设计人员对整体工程和系统功能质量问题应承担的法律责任。 本暂行规定共分9章，主要内容包括：总则，术语，基本规定，混凝土原材料，混凝土配合比 ，构造措施，施工，附加防腐蚀措施和检测、养护、维修等。1、总则n1.0.1 现行铁路工程各专业设计规范对于混凝土 结构主要考虑结构的承载能力，而较少考虑环境 作用引起的材料性能劣化对结构耐久性带来的影 响。混凝土的耐久性不足，不仅会增加使用过程 中的修理费用，影响工程的正常使用，而且会过 早结束结构的使用年限，造成严重的资源浪费。 为使混凝土结构设计能够适应铁路工程建设的需 要，并有利于可持续发展的战略，明确铁路混凝 土结构耐久性

3、设计的具体内容和方法，真正做到 安全、适用、经济、合理，特编写本暂行规定供 铁路混凝土结构设计、施工人员使用。 1、总则n1.0.2 铁路混凝土结构侵蚀性环境的类别主要参考欧洲设计规范、 混凝土结构耐久性设计与施工指南并结合我国铁路工程的具体 情况分类的。这种对环境类别的划分方法，主要考虑到设计应用的 方便，并没有严格按照劣化机理进行分类。对于每一类别的不同环 境条件，按其侵蚀的严重程度，分别纳入34个不同的环境作用等 级。需要指出的是，环境作用下的混凝土劣化程度与混凝土的种类 有关，本暂行规定第3.3节中确定的环境作用级别，是以不同环境类 别下需要满足特定组分要求的混凝土作为前提的，如冻融环

4、境下是 引气混凝土，氯盐环境下是矿物掺和料混凝土，这些在本暂行规定 第5章作了规定。n1.0.3 合理的结构构造、优质的原材料、合理的混凝土配合比、可 靠的施工过程质量控制及定期养护、检测与维修是确保混凝土结构 耐久性的主要因素，是体现混凝土结构按设计使用年限设计的基本 内容。 3基本规定n3.1.1混凝土结构的强度设计，主要考虑荷载作用下的承载力要求， 所依赖的是材料的强度。耐久性设计还要考虑结构长期使用过程中 由于环境作用引起材料性能劣化对结构安全性与适用性的影响，所 依赖的是结构的设计使用年限、环境类别及其作用等级。n3.1.2 同一个结构物的不同结构部位（如桥梁结构的基础、承台、 预制

5、梁等构件）所处的环境类别和作用等级不同时，其耐久性要求 也应有所差别，甚至同一构件的不同部位，如承台的下部与水接触 部位和上部相对干燥部位，也会有不同的耐久性要求。设计时应充 分考虑到这种情况。n3.1.3混凝土结构所处的侵蚀性环境往往不是单一的，提高混凝土抵 抗各种典型侵蚀环境（如化学侵蚀、冻融）作用所采取的技术措施 也是不相同的，进行耐久性设计时应分别加以考虑。当结构物处于 硫酸盐腐蚀和冻融破坏环境时，进行混凝土配合比设计时应同时考 虑采用抗硫酸盐硅酸盐水泥、掺加足量矿物掺和料和引气剂等技术 措施。3基本规定3.2.1 以往铁路工程设计规范对混凝土结构没有明确的 设计使用年限要求。我国最近

6、修订颁布的建筑结构设计 规范明确规定将建筑结构设计使用年限分成4类，即：临 时性结构（15年），易于替换的结构构件（25年）， 普通房屋和构筑物（50年），纪念性或特殊重要建筑物 （100年及以上）。欧共体的规范还规定了桥梁等主要 土木工程结构物的设计使用年限为100年。美国规定桥 梁的设计使用年限为不小于75100年。混凝土结构 耐久性设计与施工指南对结构的设计使用年限分为三 级：一级设计使用年限约100年，指重要土木基础设施 工程或重要建筑物；二级设计使用年限约50年，指次要 的土木工程或一般建筑物；三级设计使用年限约30年， 指可替换的易损构件。 3基本规定3.3.1参照混凝土结构设计的

7、欧洲标准、混凝土结构耐久性设计与施工指南 （CCES01-2004），结合我国铁路混凝土结构的具体情况，本暂行规定将环 境类别分为碳化环境、氯盐环境、化学侵蚀环境、冻融破坏环境和磨蚀环境 ，作用等级分别为34级。在碳化锈蚀为主的环境条件下，混凝土的碳化主要受制于CO2、H2O和O2的供 给程度，因此湿度较大，特别是水位变动区和干湿交替部位是碳化锈蚀发生 的重点部位，应予重点关注。当相对湿度小于60%时，由于缺少水的参与 ，钢筋的锈蚀较难发生。当结构处于水下或土中时，由于缺少CO2的有效补 给，混凝土的碳化速度将会很缓慢。在氯盐锈蚀为主的环境条件下，钢筋锈蚀速度与混凝土表面氯离子的浓度、 温湿度

8、的变化、空气中O2供给的难易程度有关，在海水作用的潮汐区和浪 溅区、盐湖地区或海边滩涂区露出地表的毛细吸附区，钢筋锈蚀的发展速度 最快，需要特别防护。长期处于海水下的混凝土，由于钢筋脱钝所需的氯离 子浓度值在饱水条件下得到提高，同时缺乏O2的有效供给，所以相对来说钢筋锈蚀的速度反而不大。 3基本规定n我国西北、西南和沿海地区的铁路工程常常面临化学侵蚀环境的作 用，尤以硫酸盐化学侵蚀环境比较多见。但是，就破坏的严重程度 来看，盐类结晶破坏更加突出，多发生在露出地表的毛细吸附区和 隧道的衬砌部位，破坏很明显，所以格外引人注意。关于海水环境 对混凝土的影响，主要考虑其中氯离子对钢筋锈蚀的促进作用。至

9、 于海水中硫酸根离子的化学作用，虽然硫酸根离子浓度已达到了中 度侵蚀的2500mg/L左右，但由于同时存在氯离子对硫酸盐侵蚀的 缓减作用，有些规范将海水硫酸盐侵蚀程度降为轻度硫酸盐侵蚀。 在挪威，天然海水中硫酸盐被认为对混凝土没有侵蚀性。n冻融破坏环境作用主要与环境的最低温度、混凝土饱水度和反复冻 融循环次数有关。在相同条件下，含盐水的冻融破坏作用更大。因 此，应根据当地最冷月份的平均气温、饱水状况和水中是否含盐来 划分作用等级。n在磨蚀破坏为主的环境条件下，混凝土结构物遭受磨蚀的程度主要 与风或水中夹杂物的数量以及风速、水流速度有关。夹杂物越多， 速度越快，磨蚀就越严重。 3 基本规定n3.

10、3.2受混凝土材料性能的限制，当结构所处环 境过于恶劣时，依靠混凝土的本体性能已经不能 满足耐久性的要求，此时，应采取附加防腐蚀措 施。暂规把这类环境称为严重腐蚀环境。n3.4 如何正确确定混凝土的耐久性指标是混凝土 结构耐久性设计的重要内容。根据环境对混凝土 的侵蚀作用机理的不同，现阶段混凝土在不同环 境条件下的耐久性仍然采用不同的耐久性评价指 标表示，并采用相应的快速试验方法进行试验评 定。 3 基本规定n3.4.1一般说来，混凝土的耐久性与混凝土的密实程度和混凝土表面与钢筋之间的距 离（即保护层厚度）有关。混凝土保护层厚度在本暂行规定第6.0.10条已有规定。国 内外的大量研究表明，降低

11、水胶比，提高密实度，混凝土抵抗水分、气体（氧气或二 氧化碳）及氯离子、硫酸根离子、镁离子等扩散的能力要比传统混凝土高12个数量 级，极大地延缓了碳化和氯离子、硫酸根离子的侵蚀过程，而且由于氧气、水分供应 受阻，钢筋锈蚀的速度亦得以阻滞。可见，混凝土的密实度是判定混凝土抵抗环境中 各种有害离子侵入性能的重要指标。传统做法是采用混凝土抗高压水渗透的能力 抗渗标号来表示混凝土的密实性能。实践证明，抗渗标号比较适合于判定低强度等级 混凝土的密实性，但却难以区分现代混凝土的密实性，因为强度等级超过C30的混凝 土，抗渗等级几乎均能达到P20及以上的水平，单靠抗渗标号已难以区分混凝土抵抗 外界水、气及溶于

12、水汽中的其它有害物质侵入混凝土内部的能力大小。实际工程中（ 除深水工程外）混凝土承受高水压的情况较少。因此，参照混凝土结构耐久性设计 与施工指南（CCES01-2004）的做法，本暂行规定没有将抗渗标号纳入混凝土的耐 久性指标。事实上，大气中的水、气及溶于水汽中的其它有害物质侵入混凝土内部的 传输途径不外乎是扩散、渗透或吸收等。CO2和O2等气体介质主要是通过扩散向混凝 土内部传输的，其驱动力是浓度差而不是压力差。因此，从上世纪80年代开始，各国 不断地研究各种新方法以评价混凝土抵抗外界有害离子渗入的能力。其中发展最快的 一种方法是电测法。根据测试指标不同，电测法又分为电通量法、电导率法、电迁

13、移 法、极限(或击穿)电压法；根据所加电信号不同，可分为直流电法和交流电法；根据 测量状态不同，可分为稳态法和非稳态法。不同测试方法的特点及适用范围见说明表 3.4.1-1。 3 基本规定n说明表3.4.1-1 各测试方法的特点 序号 测试测试 方法 适用范围围 （混凝土强度 ） 测测量周期 适用场场合或目的 1传统传统渗水压压法 C30 714d 防水要求P8 2电电通量法 C30C60 饱饱水后6hrs 配合比筛选筛选、质质 量波动监动监控及验验 收（按设计设计指标标 要求） 3氯氯离子扩扩散系数 法 C30C60 饱饱水后696 hrs 配合比筛选筛选、质质 量波动监动监控及验验 收（按

14、设计设计指标标 要求）、简单简单寿 命预测预测 3 基本规定n可以看出，电通量法主要用于配合比筛选、质量波动监控及验收（按设计指 标要求），氯离子扩散系数通常用于Fick第二律的算式内，也可用于配合比 筛选、质量波动监控及验收（按设计指标要求）以及预测混凝土工程的实际 使用寿命。对于仅用于混凝土配合比筛选、质量波动监控及验收，电通量法 和氯离子扩散系数法均是可行的。考虑到本暂行规定提出混凝土耐久性指标 的目的只是用于制定混凝土配合比时相对比较不同混凝土的抗侵入性，又考 虑到电通量法在国外已广泛使用多年，积累了不少数据，参照混凝土结构 耐久性设计与施工指南（CCES01-2004）和海港工程混凝

15、土防腐蚀技术 规范（JTJ275-2000）的相关规定，本暂行规定采用国内外现在最常用的 以美国ASTM C1202快速电通量测定方法为基础的标准试验方法，相对评 价混凝土密实性或抗侵入性，从而间接评价混凝土的耐久性。n说明表3.4.1-2列出了ASTM C1202规定的不同抗渗性混凝土的电通量值范 围。可以看出，当混凝土水灰比较大时，电通量值就大；反之，电通量值相 对就小。可见，电通量确实可以较好地用来相对比较混凝土的密实性和抗渗性。 3 基本规定n说明表3.4.1-2 氯离子在混凝土中渗透能力的等级划分（ASTM C120297） 通过电 量C（库仑 ） 氯离子渗透能力 混凝土类型 400

16、020004000100020001001000100 渗透能力强渗透能力中等渗透能力低渗透能力很低不渗透 W/C0.6的普通混凝土W/C为0.40.6的普通 混凝土W/C0.4的普通混凝土改型乳液或硅灰混凝土聚合物浸渍混凝土 3 基本规定n国内外大量的试验研究数据和工程实例表明，掺加适量矿物掺和料且具有良 好抗侵入性的C30以下混凝土的电通量值一般小于2000C，C45以下混凝 土的电通量值一般小于1500C，C50混凝土的电通量值一般小于1000C。n3.4.2当混凝土结构处于含氯盐的海水、岩土或空气环境中时，氯离子也会 从混凝土表面逐渐扩散到钢筋表面并使钢筋脱钝。防止氯离子渗入混凝土内 部最为简便和有效的途径就是提高混凝土的抗侵入性和增加钢筋的保护层厚 度。因此，本暂行规定仍然采用电通量指标来评价混凝土抵抗氯离子侵入的 能力。n3.4.3混凝土抵抗化学侵蚀的能力取决于两个方面的因素，一方面，混凝土 的胶凝材料本身应能有效抵抗环境中有害离