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1、马来西亚槟城第二跨海大桥的结构耐久性研究与评估马来西亚槟城第二跨海大桥的结构耐久性研究与评估 结构混凝土马来西亚槟城第二跨海大桥结构耐久性研究与评估中国建筑科学研究院中国港湾工程有限公司中交公路规划设计院有限公司中国科学院金属所中交四航工程研究院有限公司二七年十一月 研究报告：结构混凝土（初稿）中国建筑科学研究院中国港湾工程有限公司中交公路规划设计院有限公司二七年十一月 目 录10 导言 31 绪论 31.1 研究背景与工程概况 31.2 研究目的 41.3 研究范围 41.4 耐久性设计的主要内容 51.5 原则与依据 51.5.1 欧洲、英国标准体系及其相关标准的简介 51.5.1.1 欧
2、洲标准体系简介 61.5.1.2 英国标准体系与相关标准体系的关系 81.5.1.3 关于混凝土相关标准的说明 101.5.2 本研究采用的标准规范 131.6 重要概念与说明 162 设计使用年限 162.1.1 英国标准对设计使用年限的规定 162.1.2 国际标准化组织以及欧洲标准关于结构设计寿命的规定 172.1.3 中国相关标准 182.1.4 有关文献提出的桥梁设计年限建议值 213 环境类别及其作用等级 213.1 一般情况 223.2 自然环境 243.3 海洋环境中混凝土结构的耐久性问题 243.3.1 氯离子与钢筋锈蚀 243.3.1.1 钢筋锈蚀的本质 253.3.1.2
3、 氯离子的特殊作用 263.3.1.3 湿热环境中的氯盐腐蚀 263.3.2 硫酸盐、镁盐侵蚀 273.3.2.1 硫酸盐侵蚀 273.3.2.2 镁离子侵蚀 273.3.3 混凝土的中性化 273.3.3.1 碳化的基本原理 283.3.3.2 湿度、温度对碳化过程的影响 283.3.3.3 海洋环境中的碳化作用 293.3.4 干湿循环 293.3.5 盐雾腐蚀 293.3.6 生物、微生物腐蚀 303.4 服役环境 303.4.1 荷载环境 303.4.2 各结构部位的微环境 313.5 环境类别与作用等级的确定 313.5.1 英国标准的规定 333.5.2 中国标准的规定 333.5
4、.3 小结 354 混凝土材料与施工条件 364.1 原材料 364.1.1 水泥 364.1.1.1 英国标准对水泥的分类 374.1.1.2 马来西亚当地的水泥产品情况 404.1.2 矿物掺合料 404.1.3 骨料 404.1.3.1 概述 404.1.3.2 马来西亚当地的骨料情况 414.1.3.3 标准要求和重要指标 414.1.4 化学外加剂 414.1.4.1 概述 434.1.4.2 马来西亚化学外加剂产品和应用情况 434.2 与原材料相关的耐久性问题的讨论 434.2.1.1 氯化物含量 454.2.1.2 碱骨料反应条件 464.2.1.3 C3A含量 464.2.1
5、.4 硫酸盐含量 474.2.1.5 延迟钙矾石生成 484.3 配合比关键参数研究 484.3.1 概述 494.3.2 相关标准对耐久性混凝土关键参数的要求 534.3.3 研究报告：耐久混凝土的最低要求 544.3.4 小结 554.4 施工条件 554.4.1 施工的重要性 554.4.2 马来西亚当地的施工现状 554.4.2.1 搅拌、运输、浇筑和养护 564.4.2.2 施工技术与质量控制水平 585 裂缝控制与防腐措施 605.1 荷载裂缝 605.2 早期非荷载裂缝的机理 605.2.1 现代混凝土的变化及其对开裂的影响 625.2.2 不当养护造成的开裂 635.2.3 大
6、体积混凝土与早期热裂缝 635.3 早期热裂缝的控制措施 635.3.1 一般性原则和措施 665.3.2 BA 24/87的建议 675.3.3 ACI的报告 675.3.4 工程案例措施举例与分析 695.4 保护层 705.5 排水、防水措施 705.5.1.1 整体性与接缝 715.5.1.2 结构体系防水、排水的原则与措施 745.5.1.3 BA 57/01对桥梁防水、排水的要求 765.6 关于钢筋混凝土的防腐措施 765.6.1 概述 775.6.2 小结 786 专题分析研究 786.1 预应力体系的耐久性问题 786.1.1 概述 786.1.2 预应力混凝土结构的耐久性破
7、坏机理 796.1.3 影响因素 796.1.4 预应力混凝土结构形式的耐久性比较 826.1.5 提高预应力体系耐久性的措施 826.1.5.1 一般要求 866.1.5.2 后张预应力结构的防腐措施 866.2 矿物掺合料问题 866.2.1 概述 866.2.2 矿物掺合料的种类及其对混凝土性能的影响 886.2.2.1 粉煤灰 916.2.2.2 磨细粒化高炉矿渣 936.2.2.3 硅灰 986.2.3 矿物掺合料的组合使用 1006.2.4 本研究建议使用的掺合料 1006.3 钢筋阻锈剂问题 1006.3.1 阻锈剂的定义、分类和作用机理 1006.3.1.1 阻锈剂定义 101
8、6.3.1.2 阻锈剂分类 1016.3.1.3 阻锈剂作用机理 1026.3.2 阻锈剂技术现状 1026.3.2.1 阻锈剂的发展现状 1036.3.2.2 中国关于阻锈剂的标准 1046.3.2.3 国外相关标准 1066.3.3 重要阻锈剂品种及其阻锈原理 1066.3.3.1 RI阻锈剂 1076.3.3.2 MCI阻锈剂 1076.3.3.3 Sika阻锈剂 1086.3.3.4 DCI阻锈剂 1086.3.4 阻锈剂对混凝土性能的影响及技术经济性评价 1086.3.4.1 阻锈剂对混凝土性能的影响 1096.3.4.2 阻锈剂的经济性评价 1096.3.5 结论及建议 1106.
9、4 混凝土桥梁的涂装保护 1106.4.1 涂料品种 1126.4.2 涂料的性能要求 1136.4.3 涂料涂装的工艺要点 1166.4.4 桥梁混凝土的涂料配套体系 1176.4.5 建议的解决方案 1186.5 桥梁结构的寿命预测 1196.5.1 氯离子侵蚀导致混凝土结构的失效破坏过程 1196.5.2 与寿命预测相关的问题 1196.5.2.1 氯离子的来源与氯离子扩散系数 1206.5.2.2 氯离子的结合 1206.5.2.3 临界浓度与表面氯离子浓度 1216.5.2.4 裂缝的影响 1226.5.3 寿命预测方法简介 1246.5.4 模型的选用与说明 1296.5.5 计算
10、与分析 1296.5.5.1 槟城二桥混凝土耐久性参数初步设定的参数 1306.5.5.2 承台、桥墩和箱梁等主要部位的耐久性寿命计算 1366.5.6 类似工程对比 1376.5.7 小结 1387 案例研究 1387.1.1 大贝尔特工程 1387.1.1.1 耐久性典型措施 1397.1.1.2 耐久性设计分析 1407.1.2 厄勒海峡大桥与隧道 1417.1.3 加拿大联盟桥 1437.1.4 中国的杭州湾大桥 1468 结构混凝土耐久性的总体解决方案 1468.1 一般设计原则 1468.2 高性能混凝土技术 1478.2.1 原材料质量和技术指标 1478.2.1.1 水泥与胶凝
11、材料 1488.2.1.2 骨料 1498.2.1.3 混凝土用水 1508.2.1.4 化学外加剂 1508.2.2 高性能混凝土设计参数 1518.2.3 硬化混凝土性能指标的确定 1528.3 设计要求与构造措施 1528.3.1 保护层 1538.3.2 裂缝控制 1538.3.3 防水、排水措施 1548.3.4 防腐要求与措施 1548.3.5 可检性、可修性 1558.4 混凝土的施工与质量控制措施 1558.4.1 一般性原则 1568.4.2 混凝土搅拌合运输 1568.4.2.1 混凝土搅拌 1568.4.2.2 混凝土输送 1578.4.3 混凝土的浇筑、捣实与养护 15
12、78.4.3.1 混凝土浇筑 1588.4.3.2 混凝土捣实 1588.4.3.3 混凝土养护 1598.5 混凝土的外防护技术 1618.6 监测与维护 1638.7 结构混凝土耐久性的评估与验收 1649 总论 16810 附录 16810.1 与影响建筑耐久性相关的因素 16910.2 中国标准对环境作用及其作用等级的划分 17310.3 ACI报告：在热天生产优质混凝土 17710.4 后张预应力混凝土体系的耐久性要求 18910.5 矿物掺合料应用技术规范的有关技术规定 19010.6 控制渗透性模板 19210.7 赴马来西亚实地调研、考察报告 20610.8 马来西亚槟城的气象
13、资料 21311 参考文献 导言本研究的基本问题是：按照英国标准体系设计，而在马来西亚当地环境中建造和使用的槟城二桥，从结构混凝土耐久性设计的角度，如何才能达到120年的设计使用年限？为此，首先需要了解英国标准体系并熟悉与混凝土相关的标准，以及与之相关的欧洲标准、ISO标准，同时马来西亚作为建设地，中国作为设计、施工单位所在国家，因此需要对三个国家的标准体系进行必要的了解和分析（见“1.5 原则与依据”）。之后，应对不同标准体系之间进行必要的衔接，这主要体现在若干重要概念和术语的区别与解释说明（见“1.6 重要概念与说明”）。在此基础上，开始耐久性设计的第一步工作确定结构的设计使用年限（见“2 设计使用年限”），列举了英国标准、ISO标准、中国标准以及有关文献对设计使用年限的规定。此部分主要是为总体设计以及细节设计提供参考，并呼应后文“8.6监测与维护”。明确了设计使用年限后，需要了解桥梁建设地的工程环境以及建造条件。为此对当地的自然环境、材料情况、施工条件等情况进行了实地考察和调研，其结果反映在“3 环境类别及其作用等级”中。在这一部分，对海洋环境中混凝土结构的耐久性问题进行了论述。最后对环境类别及其作用等级进行了确定，这是后续分析和设计的事实基础。在明确了环境类别及其作用等级的基础上，对组成混凝土的各种原材料进行了论述，列举了相关标准的规定，并分析了马
