混凝土耐久性设计与施工指南

混凝土耐久性设计与施工指南
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混凝土耐久性设计与施工指南

混凝土耐久性的重要性混凝土耐久性是指其抵抗环境侵蚀(如冻融循环、化学腐蚀、碳化等)的能力。影响混凝土耐久性的因素包括原材料质量、水灰比、孔隙率、保护层厚度以及施工工艺等。若耐久性不足,可能导致钢筋锈蚀、混凝土开裂甚至结构破坏,从而缩短使用寿命并增加维修成本。

设计原则1.环境适应性:根据结构所处的环境条件(如海洋环境、工业污染区或冻融区域),合理选择材料和配合比。2.抗渗性:降低混凝土孔隙率和渗透性,减少有害物质侵入的可能性。3.抗腐蚀性:通过掺加矿物掺合料(如粉煤灰、矿渣粉)或使用高性能外加剂,提高对化学侵蚀的抵抗能力。4.保护层设计:确保钢筋有足够的混凝土保护层厚度,以延缓碳化和氯离子侵蚀的速度。5.裂缝控制:优化结构设计,避免过大温度收缩应力导致的裂缝产生。

施工要点1.原材料控制:严格筛选水泥、骨料、水和外加剂,保证其符合规范要求。2.搅拌与运输:确保混凝土拌合均匀且坍落度适宜,防止离析和泌水现象。3.浇筑与振捣:采用正确的浇筑顺序和振捣方式,避免漏振或过振,确保密实度。4.养护措施:及时进行湿养护,保持混凝土表面湿润,促进水化反应充分进行。5.质量检测:定期检查混凝土强度、抗渗性及抗冻性等关键指标,发现问题及时整改。

后期维护混凝土结构的耐久性不仅取决于设计和施工阶段,还需要在使用过程中加强维护管理。例如,定期清理表面污垢、修补微小裂缝、涂刷防护涂层等措施可以有效延缓老化过程。

1.0.5由于环境作用的复杂性、不确定性与不确知性以及缺乏足够的经验和数据,目前尚难 在设计阶段对混凝土结构的耐久性及其使用年限作出准确的预测。本指南所提供的只是一种 基于现有认识的近似判断和估计,用于不同环境条件下、不同设计使用年限要求的结构耐久 性设计。本指南中的要求只是通常情况下为满足结构安全性、适用性和可修复性的最低要求, 设计人员要结合工程及其所处环境的具体特点,如工程的重要性、环境作用的不确定性与不 确知性、材料劣化导致结构失效的后果严重性、使用过程中进行维修的可行性等,必要时采 取更为严格的要求。混凝土结构的耐久性与许多因素有关,如有基于工程经验类比或基于材 料性能劣化模型计算结果的可靠依据,并通过专门的论证,可以修正和取代本指南的个别规 定和要求。

2.0.8混凝土侵入性

2.0.13修理或修复(repair,orrestore)通过修补、更换或加固,使损伤的结构或其构件恢 复到可接受的状态。按修复的规模、费用及其对结构正常使用的影响,可分为大修和小修, 当修复活动需在一定期限内停止结构的正常使用,或需大面积置换结构构件中的受损混凝土 或更换结构的主要构件时为大修,

2.0.14 可修复性(restorability,or repairability)

2.0.14可修复性(restorability,orrepairability)结构或其构件在所考虑的作用下受到损 伤后能够经济合理地进行修复的能力。 2.0.15胶凝材料(cementitiousmaterial,orbinder)用于配制混凝土的硅酸盐水泥与粉煤 灰、磨细矿渣和硅灰等矿物掺和料的总称。矿物掺和料在混凝土配比中的用量,通常以其占 胶凝材料总量的百分比(重量比)表示。 2.0.16水胶比(watertobinderratio)混凝土配制时的用水量与胶凝材料(水泥加矿物掺和 料)总量之比。在耐久混凝土的配合比中,常以胶凝材料用量的概念取代传统的水泥用量, 并以水胶比取代传统的水灰比,作为判断混凝土密实性或耐久性的一个宏观指标。

3.0.1混凝土结构及其构件的耐久性应根据不同的设计使用年限及其相应的极限状态和不同 的环境类别及其作用等级进行设计。同一结构中的不同构件或同一构件中的不同部位由于所 处的局部环境条件有异,应予区别对待。结构的耐久性设计必须考虑施工质量控制与质量保 证对结构耐久性的影响,必须考虑结构使用过程中的维修与检测要求。 3.0.2结构的设计使用年限一般可按表3.0.2的级别选取。根据工程的实际需求,结构的设计 使用年限可高于表中的数值。对于特殊重要的结构物、其设计使用年限可大于100年;工矿 建筑与构筑物的结构设计使用年限则宜与生产的设计服务年限相应;对于大城市中的高层建 筑或大型宾馆,结构的设计使用年限宜不小于70年。某些工业厂房结构的设计使用年限因 现代生产工艺的快速变更或根据实际需要可定为30年。当结构的使用年限预期会因服务功 能的快速变化(如桥梁通行能力的快速增长)而较早终结,或当环境特别严酷,采取较长的使 用年限受到技术、经济上的制约时,则在主管部门和业主的同意下,可按较低的设计使用年 限进行设计,但一般不宜低于30年。 本指南仅提出100年、50年和30年三种设计使用年限下的具体设计要求,对于介于其 中的不同设计使用年限下的要求,可以大体按照插入的办法处理。

结构的设计使用年限分级

3.0.3结构的设计使用年限,通常应是使用过程中仅需一般维护(包括构件表面涂刷等)而 不需进行大修的期限。仅当技术条件不能保证结构的所有部件均能达到与结构设计使用年限 相同的耐久性时,或从经济等角度考虑认为有必要时,则在业主认可的前提下,可在设计中 规定结构的某些构件需要在结构的设计使用年限内进行1~2次或更多次数的大修(包括更 换)。 处于良好环境条件下的一般民用建筑物,在结构的设计使用年限内,应按仅需一般维护 进行设计。处于露天环境下的桥梁等结构物,在结构的设计使用年限内,通常需要对桥面板 等个别结构构件进行定期大修或更换。 列为需要在设计使用年限内进行大修或更换的结构构件,应具有能够进行修补或更换的

环境分类及其作用等级

3.0.7混凝土结构耐久性设计的设计文件应列入以下内容:

1)结构使用环境类别与环境条件,对于严重环境作用(D级及高于D级)下的结构物, 除勘测资料外,应有结构周边已建工程耐久性现状的详细调查资料和必要的检测数据; 2)结构的设计使用年限,并列出结构各个部件(如桥梁的基础、磁台、梁、桥面板,房 屋的基础、勒脚、主体框架、外墙板、室外阳台、女儿墙等)使用年限的明细表,标明在结 构的设计使用年限内需要大修或更换的结构构件部件名称及其预期的修补或更换的期限。由 于混凝土结构的承重构件与其他建筑部件之间往往密不可分或相互影响,在设计文件中还宜 一并列出其他部件(如桥梁中的桥面防水层、伸缩缝、栏杆等)的使用年限明细表及其修补或 更换的期限; 3)向施工单位提出耐久混凝土施工质量控制与施工质量保证的具体措施与要求; 4)向工程业主和工程使用的运营管理单位(或用户和物业管理单位)提出使用过程中需 要进行正常维修以及设计预定的需要对某些部件进行定期大修或更换的具体内容与要求;对 于特殊重要的结构物或处于严重环境作用下的结构,应有使用期内定期检测的要求。 5)对于桥梁结构等基础设施,需对设计使用年限内的全寿命投资费用作出适当的评估与 论证。

3.0.8混凝土结构的耐久性设计一般应包括

1、耐久混凝土的选用。提出混凝土原材料选用(水泥品种与等级,掺和料种类,骨料 品种与质量要求等)、混凝土配比的主要参数(最大水胶比、最大水泥用量、最小胶凝材料 用量等)及引气等要求,根据需要提出混凝土的氯离子扩散系数、抗冻耐久性指数或抗冻等 级等具体指标(参见第4章);在设计施工图和相应说明中,必须标明水胶比等与耐久混凝 土相关的重要参数和要求; 2、与结构耐久性有关的结构构造措施与裂缝控制措施(参见第5章); 3、为结构使用过程中的检测、维修或部件更换,设置必要的通道和空间; 4、与结构耐久性有关的施工质量要求,特别是混凝土的养护方法(包括温度和湿度控 制与养护期限)以及保护层厚度的质量控制与质量保证措施(参见第6章);在设计施工图 上应标明钢筋的混凝土保护层厚度的施工允差及混凝土的养护要求; 5、结构使用阶段的定期维修与检测要求; 6、当环境作用非常严重或极端严重(E、F级)时,应考虑是否需要采取防腐蚀附加措

施,如局部选用环氧涂层钢筋,在混凝土组成中加入阻锈剂或水溶性聚合物乳液,在混凝土 表面上涂刷或复盖防护材料,直至采用阴极保护等;此外,还可考虑在混凝土浇筑成型中 采用特殊的织物衬里透水模板以有效提高表层混凝土的密实性。采用防腐蚀附加措施,尤其 是防腐新材料和新工艺的使用,需通过专门的论证; 7、对于可能遭受氯盐引起钢筋锈蚀的重要混凝土工程,宜根据具体环境条件和适当的 材料劣化模型,进行结构使用年限的验算。 不同设计使用年限的结构物,在不同环境作用等级下需要按照本指南的要求进行耐久性 设计的具体内容大体如表3.0.8所示。

3.0.9提高混凝土结构耐久性的一般设计原则如下:

1、采用的结构类型、结构布置和结构构造应尽可能有利于阻挡或减轻环境对结构的作 用,便于施工并有利于保证施工质量,便于工程今后使用过程中的检查和维修。 2、选用质量稳定并有利于改善混凝土密实性和抗裂性的水泥和骨料等原材料;尽可能 降低混凝土的拌和水用量与水胶比并在混凝土组成中掺入适宜的矿物掺和料、高效减水剂和 引气剂; 3、增加钢筋的混凝土保护层厚度; 4、注重防、排水和密封等构造措施,尽可能避免水和氯盐等有害物质接触混凝土表面, 尽可能防止混凝土在使用过程中遭受干湿交替; 5、从混凝土耐久性出发,提出混凝土施工质量的要求,特别是混凝土养护的温、湿度 空制。 6、对于严重环境作用下的重要工程,宜采取多重防护对策,即综合采用多种的防护措 施,可以在一种措施失效后启动下一种措施,如结构锈蚀后启动阴极保护;也可以多种措施 同时平行地起作用,如同时采用阻锈剂和涂层钢筋等。 ATT2

宁杭高速公路梯子山某隧道工程地处江苏宜兴苏、浙两省交界处梯子山某隧道施工组织设计表3.0.8 不同设计使用年限的结构物在不同环境作用等级下的耐久性设计内容

表中符号意义:●需要

3.0.10同一结构中使用相同材质的钢筋有利于降低钢材的电化学锈蚀速度。对非预应力钢 筋,宜在设计中统一选用新三级钢筋HRB400。

3.0.10同一结构中使用相同材质的钢筋有利于降低钢材的电化学锈蚀速度。对非预应力钢

在严重环境作用(D级及D级以上)下采用预应力混凝土时,需对预应力体系(预应 力索、锚具和孔管等)的使用年限作出专门评估,要求生产厂家提供相关的资料和说明。同 时,应对材料、构造、施工工艺及施工质量检验标准提出具体要求。预应力混凝土的施工必 须由具有经验的专业机构完成,

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