混凝土桥梁结构抗冻耐久性后评估_精品文档.ppt

1、北京工业大学北京工业大学道路与桥梁工程研究所道路与桥梁工程研究所 北京市交通工程重点实验室北京市交通工程重点实验室20082008年年4 4月月2020日日关于城市混凝土桥梁结构抗冻耐久性后评估的研究张金喜张金喜主要内容4关于混凝土材料耐久性问题关于混凝土材料耐久性问题1235混凝土桥梁结构抗冻性后评估的现状与问题混凝土桥梁结构抗冻性后评估的现状与问题气泡间隔系数与抗冻耐久性指数的关系研究气泡间隔系数与抗冻耐久性指数的关系研究 混凝土结构抗冻性后评估的指导程序与方法混凝土结构抗冻性后评估的指导程序与方法结论及建议结论及建议21关于混凝土材料耐久性问题关于混凝土材料耐久性问题n对于道路而言，桥梁

2、是不可或缺的一部分。n特别是在高速度、大容量的城市快速路和高速公路中，桥梁结构的安全性和耐久性更是道路畅通的关键所在。u 以北京为例，城区立交桥数目已达到以北京为例，城区立交桥数目已达到200余座，已建成的桥梁中，余座，已建成的桥梁中，90%以上以上的结构均是混凝土结构。的结构均是混凝土结构。3n众多实例表明，混凝土结构过早破坏的事例已经屡见不鲜，混凝土结构的破坏除强度因素外，混凝土材料耐久性不足是一个主要原因，正面临着严重的“耐久性危机”。混凝土的冻融破坏混凝土的冻融破坏混凝土材料混凝土材料耐久性问题耐久性问题碱碱-骨料反应骨料反应混凝土的碳化混凝土的碳化化学侵蚀化学侵蚀混凝土中钢筋锈蚀混凝

3、土中钢筋锈蚀混凝土的表面磨损混凝土的表面磨损盐冻破坏、冰冻破坏、钢筋锈蚀盐冻破坏、冰冻破坏、钢筋锈蚀是我国混凝土桥梁结构面临是我国混凝土桥梁结构面临的最为严重的耐久性问题！的最为严重的耐久性问题！1关于混凝土材料耐久性问题关于混凝土材料耐久性问题4骨料露出骨料露出析白析白1关于混凝土材料耐久性问题关于混凝土材料耐久性问题5冻害冻害1关于混凝土材料耐久性问题关于混凝土材料耐久性问题6盐害盐害1关于混凝土材料耐久性问题关于混凝土材料耐久性问题7碱骨料反应碱骨料反应1关于混凝土材料耐久性问题关于混凝土材料耐久性问题8u桥梁混凝土结构自身特点桥梁混凝土结构自身特点n多为薄壁结构，自身断面小；n同时遭受

4、自然环境和行车荷载的双重作用；n冬季经常在桥面上撒除冰盐，盐和冻共同作用，加速了混凝土的冻融破坏。西直门匝道桥（西直门匝道桥（1980年建成）悬臂年建成）悬臂大面积的混凝土片状剥落，骨料外大面积的混凝土片状剥落，骨料外露，是比较明显的冻融破坏现象。露，是比较明显的冻融破坏现象。u盐冻破坏和冰冻破坏是桥梁混凝土结构面临的最重要的耐久性问题之一。1关于混凝土材料耐久性问题关于混凝土材料耐久性问题9 在抗冻性方面需要大力开展的工作在抗冻性方面需要大力开展的工作p抗冻耐久性是水泥混凝土最重要的耐久性指抗冻耐久性是水泥混凝土最重要的耐久性指标；我国的基础研究相对薄弱，急需针对我国标；我国的基础研究相对薄

5、弱，急需针对我国的情况开展深入研究；的情况开展深入研究；p对在役混凝土桥梁结构的抗冻性能进行科学对在役混凝土桥梁结构的抗冻性能进行科学的调查、监测和评估，从而的调查、监测和评估，从而“对症下药对症下药”，是，是一项意义重大的基础性工作。一项意义重大的基础性工作。p新建工程中，对抗冻耐久性的快速检测和判新建工程中，对抗冻耐久性的快速检测和判定，保证工程进度和工程质量。定，保证工程进度和工程质量。1关于混凝土材料耐久性问题关于混凝土材料耐久性问题102 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题混凝土冻融破坏流程图混凝土冻融破坏流程图 压力太大！内部有较小的孔隙，水分没有冻结，舒服！112 混凝土结构抗冻

6、性后评估的现状与问题混凝土抗冻性评价方法（直接法和间接法）u直接评价方法：进行冻融试验，以抗冻次数、抗冻标号或抗冻耐久性指数DF值来评价混凝土抗冻性。q快冻法快冻法q美国美国ASTM C666ASTM C666（A A法：水中快冻水中融化；法：水中快冻水中融化；B B法：空气中冻结水中融化）法：空气中冻结水中融化）q我国我国水工混凝土试验规程（水工混凝土试验规程（DLDL5150-20015150-2001）、公路工程水泥及水泥混公路工程水泥及水泥混凝土试验规程（凝土试验规程（JTG E30-2005JTG E30-2005）、普通混凝土长期性能和耐久性能试普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法

7、（验方法（GBJ82GBJ828585）均列入此方法。均列入此方法。q快冻法适用于以动弹性模量、质量损失率和相对耐久性指数作为指标评定快冻法适用于以动弹性模量、质量损失率和相对耐久性指数作为指标评定混凝土抗冻性的试验混凝土抗冻性的试验 。对耐久性好能经受数百次冻融循环的混凝土，需要。对耐久性好能经受数百次冻融循环的混凝土，需要两三个月的试验时间，周期长，能耗大，人力投入大。两三个月的试验时间，周期长，能耗大，人力投入大。122 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题n快冻试验使用的冻融试验机和动弹性模量测定仪快冻试验使用的冻融试验机和动弹性模量测定仪冻冻融融试试验验机机动动弹弹性性模模量量测测定定

8、仪仪132 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题u直接评价方法：q慢冻法慢冻法n前苏联和东欧国家采用慢冻法，我国水工混凝土试验规程（SD 105-82），普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法（GBJ8285）中也列入慢冻法。n慢冻法适用于以抗压强度作为评定指标的混凝土抗冻性试验。以强度损失率不超过25%的冻融循环次数划分混凝土的抗冻标号。n慢冻法的冻结状态模拟实际环境，在空气中冻结。但存在试验周期更长、工作量大、试验误差大等缺点，目前国内各行业规范正逐步取消慢冻法，改用快冻法。142 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题u间接评价方法：通过进行混凝土内部孔隙结构（气泡特征参数）分析，进行间接评定。

9、n美国 ASTM C 457-71气泡特征参数法n我国水工混凝土试验规程中列出了气泡特征参数的人工显微镜测定方法。n气泡特征参数法与“快冻试验”相比具有周期短、能耗低等优点，特别是基于图像识别的硬化混凝土气泡特征参数自动测试技术的出现，使其具有相当广阔的前景。152 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题u硬化混凝土的气泡体系特征参数对混凝土抗冻性有着显著的本质影响，表征硬化混凝土气泡体系特征的参数主要有三个，即含气量、气泡比表面积（或平均气泡直径）和气泡间隔系数，其中气泡间隔系数最为重要，气泡间隔系数值就越小，则混凝土抗冻性能越好。u气泡特征参数是研究混凝土抗冻性的有效途径和方法。162 混凝土

10、结构抗冻性后评估的现状与问题u水工混凝土试验规程中有关于气泡特征参数的测试和计算方法，但主要是采用光学显微镜人工测试，非常繁复、费时、测试误差较大。u受测试手段等因素的局限，国内关于硬化混凝土气泡特征参数方面的研究还很不系统，数据很少，或仅来源于国外文献。u “混凝土结构耐久性设计与施工指南混凝土结构耐久性设计与施工指南”（CCES01-2004）规定：冻融环境下的引气混凝）规定：冻融环境下的引气混凝土，其气泡间距系数（平均值）在高度饱水、中度饱土，其气泡间距系数（平均值）在高度饱水、中度饱水和盐冻条件下宜不大于水和盐冻条件下宜不大于250、300和和200m。u 规范中虽然提出了硬化混凝土气

11、泡间隔系数指标要规范中虽然提出了硬化混凝土气泡间隔系数指标要求，但显然还过于简单和笼统，远不能满足混凝土实求，但显然还过于简单和笼统，远不能满足混凝土实体抗冻性后评估工作的实际需要。体抗冻性后评估工作的实际需要。172 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题n对新竣工的混凝土工程进行抗冻质量验收，以及对在役混凝土建筑对新竣工的混凝土工程进行抗冻质量验收，以及对在役混凝土建筑物抗冻耐久性进行调查、监测，均属于抗冻性后评估的范畴。物抗冻耐久性进行调查、监测，均属于抗冻性后评估的范畴。n新开工混凝土设施可以同时制备抗冻性试样，进行抗冻性实验。但是时间长，实验需要3个月，试验结果出来后混凝土施工已经完成，

12、不能起到质量控制作用。n对于在用混凝土设施，通过取芯采取混凝土抗冻实验的试样进行抗冻性实验，但试验结果缺乏准确性。建设部建设部混凝土结构耐久性设计规范混凝土结构耐久性设计规范（征求意见稿）（征求意见稿）中明确提出中明确提出“从现场的硬从现场的硬化混凝土可取芯测定气泡间隔系数，但不能化混凝土可取芯测定气泡间隔系数，但不能用于抗冻耐久性指数用于抗冻耐久性指数DFDF值的测定值的测定”182 混凝土结构抗冻性后评估的现状与问题气泡特征参数测试手段落后气泡特征参数测试手段落后缺少标准的评估程序和方法缺少标准的评估程序和方法 关于混凝土气泡特征参数与抗关于混凝土气泡特征参数与抗冻耐久性的基础性研究不足冻

13、耐久性的基础性研究不足混凝土实体抗冻性混凝土实体抗冻性后评估在我国的开后评估在我国的开展并不广泛；展并不广泛；在桥梁混凝土结构在桥梁混凝土结构上的应用更是鲜有上的应用更是鲜有所闻。所闻。本文通过试验对有关问题进行了研究和探讨，以期对本文通过试验对有关问题进行了研究和探讨，以期对混凝土实体抗冻性后评估的开展有所裨益。混凝土实体抗冻性后评估的开展有所裨益。冻融法不能用于抗冻性后评估冻融法不能用于抗冻性后评估193 气泡间隔系数与抗冻耐久性指数的关系研究n原材料q水泥：水泥：北水京都北水京都42.542.5级普硅水泥。级普硅水泥。q粗集料：粗集料：5 525mm25mm连续级配碎石，石粉含量连续级配

14、碎石，石粉含量0.4%0.4%，压碎指标，压碎指标5.5%5.5%。q细集料：细集料：细砂，细度模数细砂，细度模数1.01.0，属特细砂；机制砂，细度模数，属特细砂；机制砂，细度模数3.53.5，属属区粗砂。区粗砂。q粉煤灰：粉煤灰：山东德州华能山东德州华能级低钙粉煤灰。级低钙粉煤灰。q减水剂：减水剂：SHP-1SHP-1缓凝型减水剂。缓凝型减水剂。q引气剂：引气剂：选用国内常用的三种品牌引气剂选用国内常用的三种品牌引气剂 A A：皂素类引气剂，非离子型表面活性剂，主要成份三萜皂甙，褐色粉剂；：皂素类引气剂，非离子型表面活性剂，主要成份三萜皂甙，褐色粉剂；B B：松香类引气剂，阴离子表面活性剂

15、，主要成份改性松香酸盐，棕色液体；：松香类引气剂，阴离子表面活性剂，主要成份改性松香酸盐，棕色液体；C C：松香类引气剂，阴离子表面活性剂，主要成份松香热聚物，液体。：松香类引气剂，阴离子表面活性剂，主要成份松香热聚物，液体。203 气泡间隔系数与抗冻耐久性指数的关系研究n引气混凝土配合比水胶比水胶比砂率砂率/%/%材料用量材料用量/（Kg/mKg/m3 3）减水剂减水剂/%/%水水水泥水泥粉煤灰粉煤灰机制砂机制砂细砂细砂碎石碎石0.60461802406034852110211.00.50451752807042242210311.00.40411703408537437410771.0n试

16、验方案与试验方法对水胶比为对水胶比为0.60、0.50和和0.40的的2727组引气混凝土及组引气混凝土及1111组非引气混凝土组非引气混凝土进行了新拌混凝土含气量、抗冻耐久性指数及硬化混凝土气泡特征进行了新拌混凝土含气量、抗冻耐久性指数及硬化混凝土气泡特征参数的测定。试件采取统一成型制度（低频振动台参数的测定。试件采取统一成型制度（低频振动台1520s），设计），设计含气量为含气量为02%（基准，非引气混凝土）（基准，非引气混凝土）、34%、45%、56%四四个等级。个等级。213 气泡间隔系数与抗冻耐久性指数的关系研究n含气量及抗冻性试验混凝土抗冻性试验混凝土抗冻性试验混凝土拌合物含气量试验混凝土拌合物含气量试验按照按照公路工程水泥及水泥混凝土试验规程公路工程水泥及水泥混凝土试验规程(JTG E30-2005)(JTG E30-2005)的相关规定进行的相关规定进行 223 气泡间隔系数与抗冻耐久性指数的关系研究n硬化混凝土气泡特征参数试验u混凝土试样的测试范围为混凝土试样的测试范围为60mm60mm60mm60mm，圆形度值取，圆形度值取0.60.6，像素删除标，像素删除标准取准