青岛海湾大桥混凝土结构物耐久性措施浅析

张琴 史双涛

摘要: 青岛海湾大桥是我国北方冰冻海域首座大型海上桥梁集群工程，其中跨海大桥长27.089km，设计使用寿命为100年，大桥混凝土结构物耐久性贯穿在大桥设计和施工的各个环节中，本文对大桥混凝土结构耐久性的措施进行了介绍。

关键词:混凝土结构物耐久性

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

1混凝土结构耐久性问题

1.1耐久性基本性能

耐久性能是混凝土结构应满足的基本性能之一，与混凝土结构的安全性和适应性有着密切的联系。混凝土结构的耐久性问题可分为钢材问题和混凝土问题两大类。钢材问题主要是指钢筋的锈蚀，此外还有钢筋的氢脆、应力腐蚀、疲劳、低温脆断等问题；混凝土问题可分为：碱骨料反应和环境作用问题，环境作用可分成化学物质侵蚀、冻融损伤、机械物理损伤等。

1.2混凝土结构耐久性问题的特点

⑴、多数损伤发展的速度较慢，往往需要若干年甚至几十年的时间，这就是称这些问题为耐久性问题的原因。

⑵、耐久性问题是多种因素共同影响的结果。如北方的海洋混凝土工程，有混凝土碳化、钢筋锈蚀问题，也有氯离子侵蚀和冻融问题，还有海水冲击和海砂磨损等问题，还有化学物质侵蚀和生物侵蚀的问题。

⑶、大多数损伤是由构件表面开始的，所以有人称耐久性问题是混凝土结构的皮肤病。

2青岛海湾大桥结构物耐久性措施

从整体而言，海洋环境下钢筋混凝土结构耐久性设计应综合考虑到施工、使用、管理、维护等，遵循“以防为主”的战略方针，重点在“预先设防”。青岛海湾大桥总体上是采用根本措施、补充措施和辅助措施的有机结合。首先，混凝土结构耐久性根本措施是采用高性能混凝土。同时，依据混凝土构件所处结构部位及使用环境条件，采取必要的补充措施，如采用混凝土表面防护技术、阴极保护技术等。最后施加必要的辅助措施，如纤维混凝土或透水模板布等。

2.1根本措施——高性能混凝土

高性能混凝土可对混凝土耐久性性能予以保证，其主要指标有抗氯离子渗透性能、抗冻性、工作性、强度、体积稳定性等。影响青岛海湾大桥混凝土结构耐久性的因素主要有两方面，即冻融循环作用和氯离子侵蚀。高性能混凝土的性能参数和配合比设计要求则主要从以下几方面入手。

⑴、总体要求

混凝土的各项指标除必须满足现行行业标准要求和设计要求，同时满足：

①、避免碱—骨料反应：使用非活性骨料，限制水泥碱含量（不大于0.6%），控制混凝土总碱含量（不大于3.0kg∕m³）；

②、水泥细度不宜超过380㎡∕kg；

③、游离氧化钙不宜超过1.5%。

⑵、配合比设计要求

①、混凝土的配合比设计和混凝土配制，在满足施工和易性要求，强度等级要求等基本要求外，应以混凝土抗氯离子渗透性能和抗冻融性能为主要控制指标，必须从以下几个方面进行：

②、选用优质、适用和经济合理的原材料，并控制原材料的质量波动，以保证混凝土的性能和经济性；

③、使用粉煤灰和磨细矿渣等活性矿物材料作为掺合料，并保证一定的掺量，大幅度提高混凝土的内部结构致密性，降低混凝土渗透性；

④、保证必要的胶凝材料用量情况下，对于大体积或结构构造复杂容易造成温差裂缝的混凝土应适当降低胶凝材料用量，特别是水泥用量；

⑤、选择合理的粗骨料最大粒径和粒径范围；

⑥、使用高性能混凝土减水剂，并与水泥等胶凝材料之间具有良好的相容性，能保证混凝土拌合物有良好的工作性，降低混凝土水胶比。低水胶比是保证混凝土高耐久性与较高强度的前提条件之一；

⑦、考虑到工程处于北方地区，混凝土抗冻融性能尤为重要。在混凝土配制过程中，宜使用引气剂或含引气成分的复合型外加剂。

⑶、抗冻性要求

①、海水水位变动区和浪溅区等部位不宜设置施工缝；

②、混凝土浇筑后应尽可能推迟与海水等氯化物接触的时间，一般不得小于4周；

③、受冻融的构件，在混凝土施工养护结束至初次受冻时间不得小于一个月，在冬季施工条件下，混凝土接触侵蚀时，其强度不能低于10MPa。

⑷、抗氯离子要求

①、混凝土中氯离子的最大含量，钢筋混凝土不超过0.1%，预应力混凝土不超过0.06%；

②、结构混凝土不得使用海砂配制，并采取可靠的措施避免混凝土用砂在开采、运输、堆放和生产过程中遭受海水污染和混用海砂的可能性；

③、混凝土配制中不得使用含氯化物的防冻剂和其他外加剂。

⑸、混凝土拌制

①、混凝土的拌制宜由专设的混凝土拌合站或搅拌船集中搅拌，并采用搅拌效率高，均质性好的行星式、逆流式、双锥式或卧轴式强制搅拌机；

②、高性能混凝土在搅拌机中加水连续搅拌的最短时间应比普通混凝土的搅拌时间至少延长30s,一般应在90s以上；

③、浇筑大体积混凝土时，宜选择在气温较低的情况下进行，以便降低入模温度。

⑹、混凝土养护

①、在常温下，高性能混凝土应至少保湿养护15d，气温较高时可适当缩短养护时间，气温较低时，应适当延长养护时间，采用淡水养护；

②、混凝土结构各部分构件，不论采用何种养护方式，在模板拆除以前应保证连续保持湿润；

③、当新浇筑结构物易与流水接触时，应采取防水措施，保证混凝土在浇筑7d内不受流水侵蚀，对于浪溅区以下的新浇筑混凝土，应保证混凝土在养护期内以及强度达到设计等级要求70%之前，不受海水及海浪的影响；

④、混凝土结构进入冬季施工时，要采取保温养护措施，混凝土浇筑后应立即覆盖保湿，防止混凝土失水，并严禁浇水养护。

2.2补充措施

⑴、混凝土表面保护

①、通航孔桥主塔承台采用外加电流阴极保护，辅助墩承台采用外涂装加透水模板布工艺；塔身混凝土表面在全高范围采用透水模板布工艺；墩身混凝土表面在全高范围采用透水模板布工艺，在浪溅区和水位变动区范围采用涂层。

②、非通航孔桥承台及墩身采用表面涂层加透水模板布工艺。

⑵、阴极保护

①、外加电流阴极保护系统；

②、牺牲阳极阴极保护系统。

⑶、透水模板布

①、透水模板布放在干净的模板表面上并根据供货商的指导说明书来将其安装；

②、不得使用脱模剂；

③、使用期间不得将透水模板布从整个模板上拆卸下来或清洗；

④、模板布受到损坏或被水泥颗粒阻塞，应将其丢弃或修补。

2.3辅助措施

⑴、材料使用

海上钻孔桩利用钢护桶作为防腐屏障，钻孔桩外部采用钢护筒，对内部混凝土在一定时间内有保护作用，采用Q235钢护筒，厚度不小于12mm。

⑵、混凝土保护层控制

①、使用混凝土保护层垫块控制混凝土结构物保护层厚度，混凝土保护层垫块采用混凝土垫块，垫块与本体混凝土同胶凝材料配比，混凝土垫块的强度等级应比本体混凝土的设计强度提高一个等级；

②、垫块厚度尺寸不允许负偏差，正偏差不得大于5mm；

③、垫块的外形、尺寸、制作工序、固定安装等均应符合现行国家标准与行业标准的有关规定。

2.4 控制结构物混凝土裂缝

混凝土结构物在硬化过程中和硬化后都会因混凝土干缩、温度变化及基础沉降等产生不同程度的裂缝。裂缝的形成和出现对结构物的耐久性将不可避免产生不利影响，因此，对裂缝的控制十分必要。

2.4.1箱梁、墩柱等裂缝控制

⑴、调整混凝土配合比，降低混凝土收缩值和水化热。具体措施：

①、降低胶凝材料用量；

②、采用缓凝型外加剂，调整外加剂渗量，延长混凝土凝结时间，推迟混凝土水化热峰值出现时间；

⑵、调整箱梁配筋，减少钢筋直径和间距，提高混凝土构件抗裂性能。

2.4.2大体积混凝土温度控制

①、大体积混凝土的配合比设计时采用低水化热或水化热产生均匀的胶凝材料，加入缓凝型减水剂，选择合适的骨料级配、降低水灰比，以削减水化热峰值；

②、在大体积混凝土内安装冷却水管，将其内部的过多水化热带出体外。在浇筑好的混凝土表面覆盖保温层并浇水养护，防止混凝土表面降温过快，引起混凝土体内外温差过大，导致表面或深度裂缝的发生；

③、严格控制各测温点与混凝土体表温差，大气温度发生陡降时，则加红外线灯、覆盖油布等增温措施；

④、延缓拆摸时间，防止混凝土表面产生过大的冷缩值。

3结语

近年来，随着经济社会的发展和技术的不断进步，跨海大桥的建设大规模的开展。在恶劣的海洋环境中，施工条件复杂，桥梁的使用寿命和使用安全对结构物混凝土耐久性设计和施工提出了更高的要求。目前，我国对于跨海桥梁耐久性的相关技术规范尚不完善，因此，结合工程实际和具体需要，研究探索跨海大桥混凝土结构耐久性策略和应用技术具有重要意义。

参考文献：

［1］公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）

［2］青岛海湾大桥桥梁结构耐久性设计方案.中交公路规划设计院有限公司

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。