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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：混凝土桥梁耐久性研究
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层 次： 专科起点本科
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指导教师：
完成日期： 2021 年9月11日
近年来，随着交通事业的迅速发展，越来越多的跨海大桥在建或已建成通车，而钢筋混凝土结构的耐久性失效己逐渐成为困扰土建工程界的一个世界性问题，尤其是处于海洋或恶劣环境下，混凝土结构耐久性的问题更加突出。跨海大桥工程不仅耗资巨大，而且关系着国计民生，如果因为耐久性不足而成为“短命工程”，将对国家造成不可估量的损失。本文结合现代环境中的混凝土桥梁耐久性的研究的最新发展，首先介绍了混凝土结构破坏机理，其次结合工程实际讨论了耐久性研究中的关键问题，包括耐久性区段划分、保护层厚度、高性能混凝土、施工质量控制、耐久性措施、健康监测等。
关键词：混凝土桥梁；耐久性；措施
目 录
近年来，随着国民经济的迅速发展，我国为拉动内需，实行积极的财政政策，加大公路铁路等基础设施投资，桥梁工程建设随之迈入了飞速发展时期。其特点是投资大，施工周期长，影响因素多，但对拉动国民经济、整合社会资源、促进地方经济发展具有显著效益，因而工程建设质量和使用寿命直接关系到国计民生和社会发展。
钢筋混凝土桥梁属于露天工程，直接受周围复杂环境的作用。混凝土的碳化、盐渍土中混凝土知道氯盐、硫酸盐侵蚀以及水流的冲刷，机械的碰撞等物理化学作用给钢筋混凝土桥梁带来严重的耐久性问题。长期以来，人们主要把精力集中在提高混凝土的强度上，忽视了其耐久性的要求，致使相当一部分桥梁结构物因材质劣化造成过早失效以致发生破坏性崩塌事故。调查结果分析表明；其原因除了设计施工质量的问题外，另一主要原因是对海水腐蚀印发混凝土劣化、钢筋腐蚀的严重性认识不足，防护措施不得力，原材料的技术指标控制、配合比设计不合理等，都大大降低了钢筋混凝土桥梁的使用性能和寿命。因此，对钢筋混凝土的耐久性研究就显得尤为重要。
美国，最普遍的耐久性破坏形式是混凝土桥梁、路面、停车场及海港结构中的钢筋锈蚀，每年总损失高达1260 亿美元。铁路由于钢筋锈蚀每年维修费用约200 亿美元，仅撒化冰盐引起的钢筋锈蚀每年造成的损失就达10 亿美元。截至1980 年，因钢筋锈蚀有50 万座桥梁桥面板需要维修。 在英国，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离子侵蚀，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蚀与防护问题，每年花费近20 亿英镑。
在日本，大约有21.4%的钢筋混凝土结构损失是由于钢筋锈蚀引起的，著名的新干线使用不到10 年，就出现大面积混凝土开裂、剥落等现象。前苏联有关统计资料表明：仅厂房受钢筋锈蚀损坏的总额就占其固定资产的16%，有些厂房的钢筋混凝土结构使用10 年左右即严重破坏，经常需要维修，有些建筑维修费用已超过其原始造价。
我国台湾重修澎湖大桥和不断发生的“海砂屋”事件，也是氯盐腐蚀钢筋所造成的。在我国大陆，近年来也日益暴露出因耐久性不足引起的混凝土结构破坏，如20 世纪50 年代初建的大坝，许多已成为陷入危境的“病坝”。截至到1997 年底，佛子岭、梅山、响洪甸三座老坝共亏损1 亿多元。20 世纪80 年代原水电部水工混凝土耐久性调查组对全国32 座大型混凝土坝进行了调查，结论为：被查坝体全部存在裂缝。2001 年河海大学对处于内陆河的江苏省淮阴闸工程调查，也发现明显的钢筋锈蚀引起的裂缝，并有发展趋势。
交通部等有关单位分别于1963 年、1965 年、1980 年、1996 年，针对我国沿海港口工程混凝土结构破坏状况组织过四次调查，调查结果指出：80%以上都发生了严重或较严重的钢筋锈蚀破坏，出现锈蚀破坏的时间有的仅有5∼10年。南京水科院对1980年建成的宁波北仑港10万吨矿石码头进行了调查，发现该码头使用不到10年，其上部结构就发生了严重的锈蚀破坏。天津港客运码头1979年建成，使用不到10年，就发现前承台板有50%左右出现锈蚀破坏。天津新港从1958 年到1985年共建25个码头泊位，岸线长达6000m，其结构均为高桩承台式，使用时间长的有30 多年，短则5∼6 年，在使用过程中不断发现梁、板、桩等构件有不同程度的损坏，影响码头的正常使用。1996年，交通部四航局科研所对1986 年后建成的华南地区的C 港和E 港的20 个泊位进行了调查，发现E港大部分纵、横钢筋的锈蚀年限均不足10 年和5 年，在码头建成5∼6 年后即发现大量锈蚀裂缝。2001 年河海大学对某港西大堤钢筋混凝土护栏工程进行现场调查，该工程虽运行不足4年，但已出现严重钢筋锈蚀、保护层开裂、混凝土剥落和钢筋锈断。江苏省水科所对华东84 座沿海混凝土挡潮闸进行了调查，钢筋锈蚀严重需要维修或大修的为71 座，其中有些挡潮闸胸墙、启闭机工作桥大梁钢筋已经锈断。
本文结合沿海地区实际地理、气候环境、在对已损坏桥梁进行破坏原因和机理分析的基础上，找出影响桥梁耐久性的关键因素，通过优选原材料、优化混凝土配合比、掺加矿物掺和料等手段，配置高性能混凝土，对提高沿海地区钢筋混凝土桥梁耐久性进行了研究和分析，并做出结论和建议，未同类工程提出建议，以供参考。
1 绪论
1.1 混凝土耐久性的概念
混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保证强度和外观完整性的能力。混凝土耐久性是指在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保证其安全性、正常使用和可接受的外观能力。
1.2 混凝土耐久性对桥梁结构的重要性
截止2017年底，我国公路上共查处危桥5176座，达186632延米，对他们进行改造加固利用则需要16.4亿元，近三年全国的危桥基本保持在一万余座，占永久性桥梁的3-4%。桥梁运营过程中，由于频繁承载甚至超载，再加上自然因素（如雪、雨）的影响，以及交通事故等人为的侵袭，会造成桥梁损伤和局部破坏。随着使用年限的增加，桥梁的损伤种类和损伤部位越来越多，其程度也会越来越严重。如果因设计和施工的原因，导致一座先天不足的桥梁，则运营中更会问题不断，难以维持正常使用状态。因此桥梁结构的耐久性问题和养护维修工作越来越显得重要。只有认真地、不断地对桥梁结构的病害进行养护才能保持桥梁的各组成部分处于健康状态，确保桥梁抵抗自然灾害的能力。在保证安全运营的同时，最大限度的实现和延长桥梁的设计和使用寿命。
1.3 本文主要研究内容及意义
本文的混凝土桥梁耐久性研究是从我国现有桥梁的实际情况出发，进行混凝土桥梁的耐久性的研究，通过对混凝土冰融循环、混凝土碳化、混凝土渗透破坏、碱骨料反应、钢筋腐蚀、化学腐蚀等方面的研究，提出提高混凝土桥梁耐久性的改良方案。结合实际案例对混凝土耐久性影响的各因素进行分析，一方面能对已有结构进行科学的耐久性评估和剩余寿命的预测，以选择对其正确的处理方法；另一方面也可以对待建工程项目进行耐久性的指导设计，揭示影响结构寿命的内部和外部因素，从而提高工程的设计水平和施工质量，确保混凝土结构什么全过程的正常工作，它既服务于既有结构维修加固的现实意义，又有知道拟建结构耐久性的理论意义：同时，对于丰富和发展钢筋混凝土结构可靠理论也提供一定的理论价值。
2 混凝土桥梁耐久性分析
2.1 混凝土冻融循环
2.1.1 影响因素
1）平均气泡间距 平均气泡间距越大，冻融过程中毛细孔中的静水压和渗透压越大，混凝土抗冻性越低。
2）水灰比 它的变化影响混凝土中可冻水的含量、平均起步间距及混凝土的强度。水灰比越大，可冻水的含量越多，混凝土的结冰速度越快；气泡结构越差；平均气泡间距越大；混凝土强度越低，抗冻性越差。
3）外加剂 影响气泡间距的主要因素是含气量，混凝土中封闭空气泡除搅拌、振捣混入外，主要是引气剂等其他外加剂人为引入的。引入的空气泡越多，平均气泡间距越小，毛细孔中的静水压和渗透压越小，混凝土抗冻性越好。
4）强度 静水压和渗透压强过混凝土的抗拉强度时，混凝土即产生冻融破坏。当含气量和平均气泡间距相同时，强度高的混凝土的抗冻性高于强度低的混凝土。
5）骨料 骨料的冻害机理可用静水压假设来解释。
6）水泥品种和用量 随水泥混合材料入量的增加，混凝土的抗冻性越差。
7）冻结温度和降温温度 静水压力与结冰速度和降温速度成正比，空隙水的冻结是随着大孔向小孔扩展。大孔冻结时结冰速度大，小孔冻结时结冻速度小，结冰速度随温度的降低而降低。
2.1.2 破坏机理
混凝土的冻融破坏机理一般认为是由于冻结时，混凝土孔隙中水结冰，产生冻胀压力，并使水分迁移过程中还产生液体压力，这种压力如果超过混凝土的抗拉强度，混凝土就产生劣化，出现局部开裂；而在融化时，水分进一步渗入孔隙中，如此循环，导致混凝土连续损伤。在混凝土中掺入引气剂，其所产生的无数微小的互不连续的气泡，可以容纳自由水的迁移，具有缓解冻融过程中产生膨胀压力和渗透压力的作用，可适应提高混凝土的抗冻性。混凝土的冻融破坏是一个复杂的物理过程。当环境温度下降时，表面混凝土温度下降较快，内部混凝土温度降低较慢，因而在内外混凝土之间形成温度梯度。当环境温度低于0度时，混凝土表面孔隙中水开始结冰。孔隙中的水分将会逐步冻结，引起各种压力，当压力超过混凝土能承受的应力时，混凝土内部产生新的细微裂纹。当环境温度升高
