西部高寒地区桥梁高性能混凝土耐久性设计及施工技术.docx

西部高寒地区桥梁高性能混凝土耐久性要求
一、西藏地区混凝土桥梁所处的环境特征：
1、负温环境。西藏桥梁处于多年冻土区深居大陆内部,远离海洋,具有独特的冰缘干寒气候特征,寒冷干燥。年平均气温-4℃,极端最低气温-45.2℃,年负温天数为180d左右。图1是青藏公路沿线每月温度的变化情况。其中从左至右依次标示为最低温、平均温度、最高温。1月份与12月份的平均温度为-23℃，7、8月份的最高温度也在0℃左右。可见，西藏地区修建桥梁的困难很大。

图1青藏公路沿线温度调查
2、冻土地质。主要为高温极不稳定多年冻土区,另有部分地区为岛状冻土及深季节冻土。多年冻土，厚度30-100cm，如图2所示。多年冻土区典型地温曲线如图3所示。桥梁墩台混凝土受冻破坏如图4所示。混凝土浇筑时，如何保证冻土不受混凝土升温的影响，不受破坏，这是混凝土结构耐久性的新课题。

图2多年冻土层厚度30~100cm

图3多年冻土典型地温曲线

图4桥墩受冻剥蚀破坏
3、气候干燥、干湿交替频繁与风沙侵蚀
因长期干燥，混凝土浇筑后，水分迅速蒸发，使混凝土产生早期收缩开裂，长龄期时会产生收缩开裂。如图5、6所示。风沙大，刮风造成风砂对混凝土的磨损。如图7所示。

图5干燥、干湿造成混凝土结构开裂

图6混凝土表面失水干缩、早期开裂

图7桥梁的风砂磨蚀、钢筋混凝土保护层磨损
4、河流中有害离子的侵蚀。青藏公路要经过大约20条河流，其中部分河流的腐蚀性离子很高，对河水中SO42-、Cl-等侵蚀离子测定表明,水中存在中等程度的侵蚀离子。
由上述可见，西藏地区恶劣的自然环境条件，对混凝土结构的性能提出了更高的要求，以确保混凝土的长期性能和耐久性能。
二、西藏地区桥梁面临的主要耐久性问题
西藏地区修建的桥梁，面临的主要耐久性问题归纳如下：
①混凝土在低、负温下强度的发展。
②混凝土的抗冻融性能。因为冻融交替频繁，最低温度低于-45℃，又有各种劣化因子的综合作用，故不能用一般混凝土的抗冻方法，还必须用特殊的标准方法，确定混凝土的抗冻性。
③盐的腐蚀。包括氯盐、硫酸盐与镁盐等。盐的侵蚀与碳化、干燥、温差与热应力引起的裂缝及冻融开裂等是综合的劣化作用，是耐久性病害的综合症。
④干燥、温差与热应力引起的开裂。
⑤风蚀。对混凝土表面硬度要求甚高。
⑥对多年冻土的热扰动，会引起结构的不均匀下沉，开裂破坏。
三、高寒地区桥梁高性能混凝土耐久性设计
(1)抗冻性能
混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，混凝土的抗冻耐久性（简称抗冻性）即指饱水混凝土抵抗冻融循环作用的性能。混凝土处于饱水状态和冻融循环交替作用是发生混凝土冻融破坏的必要条件。因此，混凝土的冻融破坏一般发生于寒冷地区经常与水接触的混凝土结构。混凝土冻融循环产生的破坏作用主要有冻胀开裂和表面剥蚀两个方面。水在混凝土毛细孔中结冰造成的冻胀开裂使混凝土的弹性模量、抗压强度、抗拉强度等力学性能严重下降，危害结构物的安全性。一般混凝土的冻融破坏，在其表面都可看到裂缝和剥落。而当使用除冰盐时，混凝土表面出现鳞片状剥落。因此西部高寒地区桥梁高性能混凝土抗冻性要求很高，一般不低于F300。
混凝土中的含气量与孔结构是影响混凝土抗冻性能的关键。通过掺加引气剂与矿物掺合料提高混凝土的抗冻性。含气量在一定范围内混凝土抗冻性能有很大提高，试验结果表明不同复掺方式对混凝土抗冻性能影响不同。对于C30混凝土：双掺硅灰与矿渣使混凝土含气量在3.5%～5%时冻融循环次数能够达到300次，双掺矿渣与粉煤灰、双掺硅灰与粉煤灰在混凝土含气量3.5%～5%时冻融循环次数能够达到250次。对于C40混凝土：双掺硅灰与矿渣、双掺硅灰与粉煤灰同时使混凝土含气量在5%～7%时冻融循环次数能够达到300次，双掺矿渣与粉煤灰在混凝土含气量5%～7%时冻融循环次数能够达到250次。对于C50混凝土在双掺与适当引气后能够满足冻融循环次数在300次以上。其中双掺硅灰与矿渣最好，而双掺硅灰与粉煤灰又优于双掺矿渣与粉煤灰。建议混凝土在双掺以及引气状态下C30混凝土含气量控制在3.5%～5%为宜，C40混凝土含气量控制在5%～7%为宜、C50混凝土含气量控制在5%～7%为宜。且在含气量相近时双掺优于单掺。
（2）混凝土碳化
混凝土在空气中的碳化就是大气环境中的CO2与混凝土中的碱性物质中性化的一个很复杂、缓慢且很漫长的物理化学过程。碳化使混凝土脆性变大，但总体上讲，碳化对混凝土力学性能及构件受力性能的负面影响不大，混凝土碳化的最大危害是会引起钢筋锈蚀。碳化是一般大气环境下混凝土中钢筋脱钝锈蚀的前提条件，碳化降低了混凝土的碱度，破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，给混凝土中钢筋锈蚀带来不利的影响。同时，混凝土碳化还会加剧混凝土的收缩，这些都可能导致混