[发明专利]高浓盐碱环境下钢筋混凝土桥梁的耐久性设计方法

说明书

本发明涉及高浓盐碱环境下钢筋混凝土桥梁的耐久性设计方法，包括桥梁使用材料的耐久设计以及桥梁结构的耐久设计，混凝土保护层厚度设计包括桥梁的梁、柱、杆的混凝土保护层最小厚度为52mm；混凝土结构防腐设计包括桩基结构防腐设计、承台结构防腐设计、墩柱结构防腐设计、主体结构外涂装防腐、筑土挡围护；桩基结构防腐设计包括钢护筒方案、预制混凝土护筒方案；桥梁使用材料的耐久设计包括水泥、骨料、掺合料、外加剂以及水的耐久设计；本发明的有益效果是：总结出沿海地区高浓盐碱环境下钢筋混凝土桥梁的耐久性设计方法，延长了桥梁的使用寿命，造福子孙万代。

技术领域

本发明涉及混凝土桥梁技术领域，特别是指高浓盐碱环境下钢筋混凝土桥梁的耐久性设计方法。

背景技术

当今世界，混凝土破坏原因按重要性递升顺序排列是：侵蚀环境下的物理化学作用、寒冷气候下的冻害、钢筋锈蚀，这是美国加州大学的EK.Mehta教授在第一届混凝土耐久性国际学术会议上指出的。说明钢筋锈性是耐久性失效的主要原因，同时在正常的气候条件，钢筋混凝土结构的耐久性问题就是钢筋锈蚀问题。

钢筋锈蚀引起的结构破坏已经成为世界各国普遍关注的一大灾害。在中国舟山和深圳的某些建筑，因为滥用海砂，还没使用就已发生钢筋锈蚀破坏。1985年建造的西安某教学楼，因为加氯盐作为防冻剂，梁、柱等混凝土构件中钢筋腐蚀严重，只好在第二年年进行加固修复；在路桥工程中，钢筋腐蚀引起的桥梁破坏问题也随着我国高速公路和城市立交桥的大量建设逐渐显露出来，盐渍土地区、受氯盐污染的沿海地区和广大北方撤除冰盐地区的高速公路桥和市政桥粱破坏已十分产重，并已成为一个非常突出的灾害性问题；如哈尔滨大庆公路在建成5年后，混凝土就出现严重层裂和顺筋开裂、剥落；在水利工程中，如1964年到1987年江苏省对60多座挡潮闸，进行耐久性调査，发现钢筋腐蚀导致上部结构破坏的占88％，其中产重破坏的占53％，主筋截面损失率达41％；

同样在国外，钢筋锈蚀导致结构破坏的事故也不能幸免，造成了巨大损失。其中混凝土中钢筋锈蚀造成的损失约占40％在英国，如英格兰岛中部环形线的快车道上有11座混凝土高架桥，建造费用 2800万英镑，建于1972年，建成两年后就发现钢筋锈蚀造成混凝土順筋裂缝破坏，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高子侵蚀，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性与防护同题，到1989年为止，其修补费用高达4500万英榜。

钢筋锈蚀问题如此严重，国际国内各相关部门也很重视，成立了相关部门小组研究钢筋锈蚀问题。对于钢筋锈蚀，《混凝土结构耐久性设计规范》明确规定对于自然环境中的锈蚀问题，主要用混凝土保护层来保证构件的耐久性，对于特殊工业腐蚀环境中的锈蚀问题，可以考虑使用表面防护措施来处理。因此，对于绝大多数暴露在大气环境中的混凝土结构，钢筋的保护层的质量和厚度成为构件耐久性的基本保证。可以讲，锈蚀问题的耐久性设计，就是钢筋保护层的设计；

水泥水化后的混凝土孔隙中，充满了饱和的氢氧化钙碱性溶液，这种溶液能在钢筋表面形成致密的饨化膜保护钢筋。这层钝化膜会防止氯离子、水分子、氧分子的侵入，从而保护钢筋防止锈蚀。混凝土具有毛细管--孔隙结构的特点，这些毛细管孔隙包括水泥石中的凝胶孔及毛细孔隙，还有集料和水泥石接触处的孔穴；混凝土成型时残留下来的气泡等等。此外，还可能存在因为水泥石的温度变形及干燥收缩而引起的微裂缝。对于普通混凝土它的孔隙率一般不少于8％。空气中的二氧化碳分子会通过混凝土微小的毛细孔隙扩散到钢筋混凝土结构内部，一点点渗入，遇到水分子就发生反应中和了氢氧化事当碱性溶液，破坏钝化膜，这个过程就是所谓的碳化。混凝土碳化降低渗透性和增加混凝土强度的作用，这是由于碳酸钙的沉淀减少了水泥石的孔隙及碳化释放出的水分能促进水泥的水化。但混凝土碳化之后，它的碱性降低，就会加快钢筋的腐蚀。碳化会引起混凝土收缩，让混凝土表面产生裂缝，导致结构的承载力降低，并且有裂缝了之后会加速它的碳化；钝化膜完全破坏之后，水分子和氧气分子就会引气钢筋生锈，钢筋锈蚀之后体积膨胀，破坏保护层导致结构的“瓦解；