综合耐久性

综合耐久性（精选九篇）

综合耐久性 篇1

由于地质聚合物混凝土硬化太快,初凝时间一般只有5~15分钟,而且初凝与终凝间隔只有2-7分钟,很难控制[3],不宜进行工业化生产,据报道,随着科研工作的深入,已经成功解决了硬化太快的问题[4]。然而,在硬化后的地质聚合物中还残存一定量的K+和Na+离子,因此许多学者对耐久性还是报有怀疑态度。所以深入研究其耐久性是非常必要的。以往对该材料的耐久性主要是用碳化、冻融、干缩等指标来衡量其耐久性能。许多专家学者的试验结果表明均优于普通混凝土耐久性能。由于自然界的碳化、干湿循环、冻融循环总是交叉进行的,所以笔者采用综合耐久性能试验,即全部碳化后的干湿循环一冻融循环交叉试验,以便更好地反映地质聚合物混凝土的耐久性能。

1 试验材料

地质聚合物主要材料有烧结高岭土、高炉矿渣、粉煤灰、尾矿渣等。这次我们选用的是高炉水淬矿渣和少量的粉煤灰。

1.1 水淬矿渣(见表1)

1.2 粉煤灰(见表2)

1.3 砂石。砂子为中砂,各项指标均符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》JGJ52-92的规定。石子为河卵石,各项指标均符合《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》JGJ52-92的规定。最大粒径30mm。

1.4 碱激发剂。将3M水玻璃用氢氧化钠配制成1M的水玻璃,并使其溶液浓度为30%。

2 试验仪器设备

碳化箱,气体测定仪,二氧化碳气;恒温干燥箱;恒温水槽;低温冰箱;大天平或案秤:秤量5kg,感量5g;压力机:精度不低于±2%。

3 试验与结果

地质聚合物混凝土配方为:胶结材料:砂子:石子=1:1.97:3.30(胶结材料中粉煤灰占10%)水灰比为:0.40(用水量扣除氢氧化钠溶液的水份),根据上述配方上下调整水灰比使之为0.36、0.38、0.40、0.42、0.44组配比,分别编为1#、2#、3#、4#、5#。成型时根据力学性能综合耐久性所需要的数量,再增加一倍数量供重复试验备用。成型后的试件在标准养护室内养护。其中立方体抗压强度测定3、7、28、180d强度,其他力学性能均为28d强度。从地质聚合物混凝土物理力学性能试验结果表明:各项力学指标均高于同强度等级混凝土结构设计规范规定混凝土强度标准值。与相近强度混凝土相比:各项力学性能指标,也接近或高于普通混凝土。其力学性能是很好的。

3.1 碳化。

试件经过标准养护28天之后,取出用湿抹布擦去表面水分,然后放入60℃的恒温干燥箱中烘48h后,置于装有硅胶去湿剂的碳化箱中,并将碳化箱盖严,用油密封。开动箱内气体对流装置,徐徐充入二氧化碳气体。二氧化碳浓度用气体测定仪测定。箱内二氧化碳浓度保持在20±3%,相对湿度控制在70±5%,碳化试验温度控制在20℃±5%,直至全部碳化。除测完碳化系数外,其余供测定综合耐久性试验。从表4中可见地质聚合物混凝土碳化后的强度还在增加,平均碳化系数为1.07。

3.2 抗冻性能试验。

将养护28d的试件,取出,放入15~20℃恒温水槽中浸泡4d取出用湿抹布去表面水,分别称试件重量,并记录然后放入冻箱中。冻结温度保持在-15-20℃,冻结4h,取出放入恒温水槽中融解4h,为一次冻融循环。反复进行,并经常对外观进行检查,做详细记录。(见表5)

3.3 综合耐久性试验。

综合耐久性试验是采用碳化后的干湿一冻融循环方法进行的,即全部碳化后的试件,取出放入20℃恒温水槽4d然后取出用湿抹布擦去表面水分,分别称试件重量,并做记录,然后放入60℃恒温干燥箱中烘4h,立即取出放入20℃恒温水槽4h,取出后用湿抹布擦去而水分,放入冰箱中,试件冻结温度应保持在-15℃-20℃冻结4h后,在20℃恒温水槽中溶解4h,如此反复进行。上述干湿一冻融交叉试验过程为碳化后的地质聚合物混凝土综合耐久性一次循环。(见表6)

4 结论

4.1 地质聚合物混凝土主要耐久性能:碳化、抗冻性都非常好,与国内外许多科技工作者的试验结果基本一致,综合耐久性试验是碳化后再进行干湿一冻融循环交叉试验,条件比较苛刻。而地质聚合物混凝土还能经受住200次的考验,说明地质聚合物混凝土耐久性能很好。

4.2 地质聚合物混凝土综合耐久性试验是考虑到了自然界的碳化一干湿循环一冻融循环总是交叉进行的。这种综合耐久性试验比较接近于自然界对材料的实际作用,所以,用综合耐久性对地质聚合物混凝土评价是很值得深入探讨的。

参考文献

[1]J.Davidovits,Geopolymers;Inorganic polymeric new materials,J.Therm.Anal.(1991)1611-1656

[2]J.Davidovits,Inorganic polymeric new materials,J.Mater.Educ(1994)91-139.

[3]蒲心诚等.高强碱矿渣水泥与混凝土缓凝问题研究[J].水泥,1992:10.

《混凝土耐久性》教案 篇2

第一节 混凝土的强度

一、本节主要内容

混凝土的强度类型、混凝土强度影响因素及改善措施。

二、本节重点内容

混凝土的强度影响因素

三、本节难点内容

混凝土强度及影响因素

四、讲授内容：

1.混凝土耐久性的重要性 1.1混凝土耐久性的定义

混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。

混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。1.2 混凝土耐久性重要性

 保证混凝土构筑物运行的安全性  延长混凝土构筑物的服役寿命  节约混凝土构筑物维护成本  节约自然资源，减少消耗  改善人类居住的环境条件 1.3混凝土性能劣化的模式  组成改变

 体积膨胀、裂缝  表面开裂  表面剥落  溶蚀  磨损  结构酥松  承载力下降  弹性模量降低  质量损失  体积增长 2.混凝土的强度

2.1混凝土结构特征和受力破坏过程

2.2 混凝土的强度类型

混凝土的强度是指混凝土试件达到破坏极限的应力最大值。

 抗压强度  抗拉强度  抗弯强度  抗剪强度（1）抗压强度

砼强度等级按立方体抗压强度标准值划分

立方体抗压强度

fcu

强度等级

根据立方体抗压强度标准值，普通砼划分为12个强度等级：C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60 C30：立方体抗压强度标准值为30MPa的砼

注：C60及以上称为高强混凝土 轴心抗压强度 fcp

 150mm×150mm×300mm棱柱体  试验表明：在立方抗压强度 fcu=10～55 Mpa 的范围内，轴心抗压强度 fcp 与 fcu 之比约为0.70～0.80。 轴心抗压强度意义

 混凝土的立方体抗压强度只是评定强度等级的一个标志，它不能直接用来作为结构设计的依据。

 为了符合工程实际，在结构设计中混凝土受压构件的计算采用混凝土的轴心抗压强度。 在进行弹性模量、徐变等项试验时需先进行轴心抗压强度试验以定出试验所必须的参数。

2.3影响混凝土强度的因素  水泥强度  水胶比  骨料

 混凝土工艺  测试条件

 外加剂、掺和料（1）水泥强度

在配合比相同条件下，所用水泥强度愈高，水泥石的强度以及它与集料间的粘结强度也愈大，进而制成的混凝土强度也愈高。（2）水胶比

水灰比定则：当用同一种水泥（品种及强度相同）时，砼强度主要决定于水灰比W/C。水泥水化时所需的结合水，一般只占水泥质量的23％左右，但砼拌合物加水量约为水泥质量的40％～70％。（3）骨料

碎石表面粗糙，水泥石与其表面粘结强度较大；卵石表面光滑，粘结力小：在水泥强度和水灰比相同条件下，碎石砼强度往往高于卵石砼强度。

粗骨料级配良好，用量及砂率适当，能组成密集的骨架：不仅使水泥浆数量相对减小，而且骨料的骨架作用充分，砼强度有所提高。（4）混凝土工艺

 施工工艺：搅拌机类型、搅拌时间、振动方式  养护制度：温度、湿度  养护龄期

养护温度较低，早期强度较低；反之，温度较高，早期强度较高，但对后期强度有不利影响。潮湿的环境有利于水泥水化，促进强度增长，故混凝土需潮湿环境养护。蒸汽养护——

将混凝土放在温度低于100℃的常压蒸汽中进行养护。一般混凝土经过16～20h蒸汽养护，强度可达正常条件下养护28d强度的70％～80％。

蒸汽养护最适于掺活性混合材料的矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥制备的混凝土。（5）测试条件

 试验条件不同，会影响混砼强度的试验值。

 实践证明，即使砼原材料、配合比、工艺条件完全相同，但因试验条件不同，所得的强度试验结果差异很大。

2.4 提高混凝土强度的措施       1.采用强度等级高的水泥； 2.采用低水灰比；

3.采用有害杂质少、级配良好、颗粒适当的骨料和合理的砂率； 4.采用合理的机械搅拌、振捣工艺；

砼结构的耐久性设计 篇3

关键词：砼结构；耐久性；设计；方法

由于影响砼结构物耐久性因素非常复杂，有的是不可预见的，因此对严重腐蚀环境下的原有结构要进行定期检测，对于正在进行设计的结构物，要进行工程分析，调查所在地的水文、地下水以及污染源，摸清所在地区原有结构物腐蚀情况，做到科学设计与施工。要达到设计寿命的预定目标，必须要求科学地分析客观环境，找出结构物所处位置的污染因子，进行工程分析，并转变设计思路，从强度设计到性能设计转化，只有采用正确的设计，选用正确的材料，进行正确的施工，加强正常的养护，这些需要建设单位、设计人员、施工方和用户共同参与，才能延长结构物的使用寿命。

一、砼结构的耐久性概述

在深入研究砼结构耐久性的过程中，应对其不断的进行总结，而所谓的耐久性就是指砼的结构和构件在事前可以预测到的工作环境中，并且在很多外界因素的影响下，在规范的时间内对污染物侵蚀、天气以及使用等各种因素所导致的劣化作用进行抵抗的过程，在这段抵挡外界因素的规定的时间之内，不用采取相应的养护和维修的措施就可以继续发挥固有的作用，充分地保证了砼结构的安全性和实用性，使其符合工程项目的实际要求。在定义砼结构耐久性的过程中，对于其影响的因素主要归纳为三个方面，分别为功能、环境以及经济，而在特定的条件下，外界的不可抗拒的因素肯定也会侵蚀砼结构的耐久性，另外，砼自身结构是很难保证绝对稳定的，随着时间的不断推移，砼结构的耐久性肯定也是逐步的降低的，因此，在道路工程以及建筑工程等项目的使用过程中，砼结构在正常和自然的损耗下，其耐久性就也会受到不同程度的影响。在此行业中，对砼结构的作业区域进行了详细地分析，根据其实际的应用情况一共将其分为了六大应用环境，即海洋、大气、化学物质、环境水、土壤以及特殊工作环境，而对于砼结构的耐久性来说，其是结构自身的一种综合性能，对结构的整体承载力和正常使用会产生一定的影响，并且随着时间的不断推移，在计算砼结构的使用状态和承载能力的过程中，也应将其耐久性纳入进来。

二、砼结构耐久性的影响因素

1、内部因素

（1）砼的碱- 骨料反应

碱- 骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱- 硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成砼开裂。其引起的砼结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果也更为严重。而且碱-- 骨料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结构出现明显开裂，所以有时也称碱- 骨料反应是砼结构的“癌症”。

（2）砼的碳化

砼的碳化是指砼中氢氧化钙与渗透进砼中的二氧化碳和其它酸性气体发生化学反应的过程。正常情况下砼呈碱性，在钢筋表面形成碱性薄膜，保护钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到“钝化”保护作用。而碳化的实质是砼的中性化，砼的碱性降低，钝化膜遭到破坏，使砼失去对钢筋的保护作用。碳化同时也会加剧砼的收缩，致使砼出现裂缝，导致结构的破坏。

2、外部因素

（1）侵蚀性介质的腐蚀

当砼结构处在有侵蚀性介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学、物理与物化变化，而逐步受到侵蚀，严重的使水泥石强度降低，以至破坏。常见的化学侵蚀可分为淡水腐蚀、一般酸性水腐蚀、碳酸腐蚀、硫酸盐腐蚀等几类。

（2）砼的冻融破坏

砼的抗冻性是砼受到物理作用（干湿变化、温度变化、冻融变化等）后反映砼耐久性的重要指標之一。砼冻融作用破坏机理是砼在其冻融的过程中，遭受的破坏应力，损伤砼内部微观结构。当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使砼的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。

（3）钢筋的锈蚀

砼中钢筋的锈蚀是一个电化学过程，电化学腐蚀是砼结构中最常见的影响耐久性的问题，尤其是氯离子腐蚀。氯离子的侵入会使钢筋表面的钝化膜迅速破坏，引起钢筋锈蚀，大量的铁锈使砼体积膨胀，导致砼沿保护层发生纵向裂缝，造成钢筋与砼之间的粘结力破坏，钢筋截面面积减少，使结构的承载力降低，变形和裂缝增大。并随着时间的推移，腐蚀会逐渐恶化，最终可能导致结构的完全破坏。

（4）施工因素影响

砼材料本身质量低下以及骨料级配不当都会导致砼耐久性能下降；施工过程中工人操作不当等人为因素造成的砼结构的内、外部缺陷，也会使砼容易遭到破坏；而如果水灰比控制不当，砼的密实性就降低，抗渗性就变差，直接影响到砼的耐久性。

三、提高砼结构耐久性设计的方法

1、合理选择砼结构的组成材料

骨料是砼的主要组成成分，在砼混合料中约占70%。粗骨料压碎指标增大，砼强度下降；粗骨料的表面愈粗糙，其配制的砼强度愈高。骨料粒径增大，砼的强度提高，而在高于15 mm后，粗骨料粒径愈大，砼强度愈低。水泥是促使砼成型的胶凝材料，依据其使用功能和组成成分的不同划分为许多种类，其中硅酸盐水泥砼是目前应用最广的砼结构组成材料，但硅酸盐水泥固有的多孔性带来两大缺点，即强度不高和耐久性差。掺加高效减水剂可以减少砼中的用量水，降低水胶比，对提高砼强度、耐久性以及增强砼的使用性能具有显著的效果。随着砼用钢筋强度等级进一步提高，低等级钢筋使用率呈下降趋势，高等级钢筋被越来越多的砼结构设计采用。

2、改进结构设计

结构的选型、布置和构造应有利于减轻环境因素对结构的作用。采用具有防腐保护的钢筋（例如，体外预应力筋，无粘结预应力筋，环氧涂层钢筋等）；加强构造配筋，控制裂缝发展；加大砼保护层厚度等。《桥规》与旧《桥规》相比，加外加剂，掺用超细活性掺合料，它的研制和应用解决的核心问题之一就是保证耐久性。由于高强砼的密实性能好，抗渗、抗冻性能均优于普通砼，因此不但适用于高层和大跨度结构物，对于海洋和港口工程，其抗渗和耐腐蚀性能均大大优于普通砼。

3、砼结构中总含碱量控制设计

建筑大面积的使用砼结构，由于砼自身化学因素与周围环境因素的影响，会造成砼结构建筑的严重破坏，如砼集料的碱反应、砼自身的化学干缩反应造成砼的开裂及水化热性过高造成的温度开裂等。因此，提高砼建筑的耐久性，需严格控制砼的总含碱量，减少其引起的对砼结构的化学破坏，同时在建筑的设计过程中尽可能的隔绝长时间的水与潮湿空气影响，提高建筑砼结构的耐久性。一般水泥中Na2 和K2O 的主要生产原料是粘土，粘土的含碱量高达2.6% 左右，但使用碱含量为0.2% 左右的砂岩，则会影响到水泥的生产工艺，因此，水泥的碱含量一般难以降低，这时通过采取有效措施降低砼掺料中的碱含量，从而降低砼的总含碱量。如在砼中掺入一些活性混合材料，将建筑砼结构的总碱含量控制在3.0kg/m3以下，可一定程度上緩解砼的碱集料反应。此外还要注意隔绝水等潮湿空气来源的环境影响，缓和砼的碱集料反应对建筑工程造成的损害，提高其耐久性。

4、砼结构中防冻融保护设计

由于建筑的砼结构设计过程中，应充分考虑到会有一些游离水会滞留在砼中，从而形成相连通的细孔结构。当砼中的水处于饱和状态时，砼中游离水遇冷则可能会冻结成冰，使砼结构的体积膨胀，由于细孔壁要同时承受着膨胀压和渗透压，这两种压力超过了砼抗拉的最大强度时，建筑中的砼结构就会发生开裂，而交替反复的冻融侵害，会进一步加大砼结构的裂缝，从而大面积破坏砼结构。因此，应该采取有效措施控制冻融侵害，提高建筑砼的耐久性。首先在水泥的品种的选取时，应考虑到提高砼的抗冻融性要求，合理调配在0℃左右的低温环境下适用的砼，如早强硅酸盐水泥，该品种的水泥的化热性较大，且在早期的化热强度最大。在砼的配制过程中，还可通过适当降低水泥的水灰比，稍微增加水泥的比重，从而增加砼的化热量。同时通过掺入适量的引气剂，也可增加砼的抗冻融性，但由于市场上品种繁多的引气剂，在其的选择上应慎重。此外还可通过蓄热法和外部的加热法等，增加建筑砼结构的抗冻融性，提高砼建筑的耐久性。

5、砼结构监测与维护

在砼结构使用阶段的检查和维护是必要而有效的，如果缺少对已有砼结构性能的监测，人身的财产、生命安全也就失去意义。对已有砼结构的耐久性病害的诊治是必要而紧迫的，不仅可以及时查找“病因”，而且对新建的砼结构进行有针对性的预防，正确认识砼劣化现状，为砼结构的危害治理提供依据，对砼结构设计有选择地采用合适的材料和工艺，最大限度地提高砼的结构性能提供依据。结构在使用阶段，应注意检测，维护和修理，对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程更应如此，建立检测和评估体系，及时发现，及时修理，确保混凝土结构的正常使用。在使用中，应尽量避免结构承受超重荷载、接触腐蚀性物质，并尽量减少冻融环境的影响。同时在结构建成后定期检查，在结构破坏超过一定的界限后，就需要详查破坏原因并评估是否需要维修或加固。

总之，砼结构的耐久性设计，应综合考虑原料、锈蚀及环境等因素，通过选取高质量的原料及掺料，控制砼的总含碱量，做好砼的防冻融工作，同时提高砼的抗腐蚀性，能够有效提高建筑的砼结构的耐久性。此外，在砼建筑结构设计过程中，应严格按照国家标准规范进行设计操作，加强质量的管理及维护，保证建筑的耐久性，促进我国建筑事业的健康发展。

参考文献：

[1]李荣.混凝土基本构件钢筋锈蚀前后性能试验研究[J].工业建筑，2010.

[2]金伟良.钢筋与混凝土粘结本构关系的试验研究[J].建筑结构学报，2012.

[3]汪宏涛.混凝土结构耐久性预估研究进展[J].材料导报，2010.

综合耐久性 篇4

金川集团有限公司 (以下简称“金川公司”) 是采、选、冶配套的大型有色、化工联合企业。公司拥有世界著名的超大型多金属共生硫化铜镍矿床, 由于矿体与围岩破碎、不稳固, 因此充填法是金川公司坑下主体采矿方法。金川集团公司是我国充填工艺最完善、充填技术水平最高的矿山之一。从20世纪80年代初就开始研究管道输送充填料浆工艺, 截至目前, 整个金川矿区共有5座充填制备站, 7套充填系统, 全部采用管道输送工艺。西一采区、西二采区矿体管道自流充填系统正在筹建中。充填钻孔是充填料浆从地表输送到井下采场的咽喉工程。由于充填料浆对充填钻孔的冲刷、磨蚀等作用, 许多钻孔使用时间不长就破损报废, 需要重新打钻, 成本非常高。更主要的是受地理、地质环境制约施工, 对生产影响很大。通过研究, 破损钻孔修复和永久重复使用取得了成功。

2 钻孔使用现状和问题

金川矿区充填钻孔的使用寿命一般在40万~60万m3充填量, 见图1, 最大使用寿命有超过100万m3充填量的个例, 最小使用寿命不到20万m3充填量。金川矿区年充填能力达到180万m3, 且充填量呈现逐年递增趋势。截至目前, 全公司共有充填钻孔82个, 钻孔总长度11 164m, 其中已报废钻孔17个, 正在使用65个, 使用钻孔长度8 950m, 钻孔使用情况统计见表1。

管道自流输送关键是依靠垂直钻孔中料浆在输送过程中因重力产生的自然压差, 克服管道沿程阻力与局部阻力损失。由于料浆冲击等原因, 垂直钻孔极易磨损破坏、堵塞, 从而丧失输送料浆的功能。

随着公司生产能力的增长和开采深度的增大, 深井充填固有的垂高大、倍线小的特点愈加明显, 充填钻孔因磨损而破坏将更加严重, 钻孔使用寿命将大大缩短。为保证连续充填, 一般每钻孔组布置钻孔4~6条, 当组群中的钻孔全部损坏报废时, 就必须重新施工新的钻孔组。新的钻孔组要布设在搅拌站附近, 受地表地形、地表工业场地、井下已有工程衔接、井下钻孔机房和钻孔硐室位置的限制, 重新布置新钻孔极为困难。为提高钻孔的使用寿命, 金川公司采取了各种技术措施, 如对因冲击和磨损造成的堵塞钻孔进行重新通孔, 安装小直径的套管重新投入使用等, 但小直径钻孔使用寿命仍然有限。

金川公司年充填量近200万m3, 主要采用粗骨料 (如棒磨砂等) 高浓度充填, 与尾砂胶结充填矿山相比, 管道磨损破坏更为严重。截止目前, 金川公司共报废钻孔17个, 累计报废钻孔长度2 214m, 分别占全公司钻孔总数及总长度的21%和20%。查清已破损钻孔破损位置与使用寿命并进行统计分析, 对揭示钻孔破损规律、研究防磨损技术有重要的意义。

3 破损钻孔的修复和钻孔永久使用研究

3.1 常规对策和新技术原理

破损钻孔的修复是世界性的技术难题, 破损钻孔修复可以通过以下3种途径来实现:一是打通堵塞的钻孔, 重新下较小直径的套管, 改为其他用途, 或继续承担充填任务, 这是当前最成熟的做法, 如金川公司对破损钻孔的再利用就采用此技术;二是对破损钻孔位置进行探测与修复, 以恢复其功能, 此方法不适合金川矿区使用;三是将破损钻孔加以改造, 通过更换钻孔内管道实现钻孔永久性可修复使用。

永久性可修复钻孔技术的基本原理为:根据设计的充填管道直径, 施工一条大直径的钻孔, 并安装套管, 套管内径比设计的充填管道外径大50~60mm, 在带套管的钻孔内安装设计的充填管道, 即充填管道为不耦合安装。充填管道达到预期寿命后, 利用配有切割刀具的钻机, 将该管道切割并取出, 然后重新安装新的管道, 见图2。由于钻孔与管道不耦合布置, 破损管道可无限次更换, 从而实现了充填钻孔的永久性可修复使用。对金川公司大直径破损钻孔, 可以采用上述技术, 切除破损套管后, 将原钻孔刷大, 重新安装新套管, 在新套管内安装与原套管直径相同的充填管道, 使该钻孔成为可更换充填管道的永久性钻孔, 其技术原理见图3。虽然该工艺增加了一套充填管路, 但由于管道可多次更换, 实现了钻孔的永久性利用, 节省了重新施工钻孔及相应井下硐室工程的费用, 解决了新钻孔施工位置不够的难题。开发应用该技术必须研究解决破损管道的切割与更换工艺、管道的固定方法等技术难题。

3.2 实施过程中技术难点及解决方案

与室内试验、理论研究、模拟分析不同, 本项目属于现场工业应用研究课题。在实施过程中主要技术难点和解决方案如下。

3.2.1 管道更换周期

当出现下列情况之一时, 可考虑进行管道更换: (1) 钻孔底部出现漏浆; (2) 充填量到达钻孔预期寿命; (3) 钻孔电视探测发现管道局部严重磨损即将磨穿。

3.2.2 破损钻孔的可修复使用标准

并非现有破损钻孔均可通过该项技术改造成为可修复使用的永久性钻孔, 如果出现下列情况之一, 则可认为该钻孔已经永久报废, 不具备修复使用的可能, 除此之外的其它形式的破损钻孔理论上均可利用该技术进行永久性可修复使用: (1) 因孔壁严重塌落造成大块堵塞、致使无法清理的塌孔; (2) 因岩层移动造成的钻孔错位。

3.2.3 钻孔内不耦合管道的固定方法

对于深度不大 (如不超过200m) 的钻孔, 不耦合管道可以仅在钻孔两端固定, 孔内管道利用自身刚度保持垂直度。如果钻孔深度过大, 不耦合孔内管道也应进行局部固定。解决的办法是研究孔口与孔底的固定技术和孔内专用固定材料与工艺。

3.2.4 破损管道切除时的刀具定位

受安装精度限制, 不耦合布置管道中心线与钻孔中心线可能不完全一致, 在局部地段甚至可能会出现管道与孔壁接触。另外, 由于不耦合管道孔内一般不进行固定, 因此孔口部分管道切除后, 孔内部分管道可能发生偏斜。在这两种情况下, 切割刀具能否准确定位顺利进入管道, 成为该技术成功的关键因素之一。解决的办法是: (1) 切割更换管道前, 测定管道偏斜度; (2) 刀具与钻杆的非直线联结; (3) 添加孔内导向器; (4) 提高操作人员的技术水平。

3.2.5 钻孔刷大与套管拆除方法

现有破损钻孔改造成孔内不耦合布置等直径充填管道的永久性钻孔时, 必须将破损钻孔刷大、拆除旧套管。由于套管与孔壁固结在一起, 因此, 套管拆除技术难度较大。解决的办法是研究破损套管与周围岩体的分离技术。

4 破损钻孔修复和不耦合安装使用

4.1 实验具体过程

结合金川公司充填钻孔具体情况, 可以采用破损钻孔修复改造方式实现钻孔的永久性可修复利用。由于金川公司新钻孔施工位置不够, 因此, 如何将破损已接近报废的钻孔进行修复改造, 使其成为永久性可修复使用钻孔具有更重要的现实意义。

应该指出的是并非现有破损钻孔均可通过该项技术改造成为可修复使用的永久性钻孔, 如果可修复, 见图3所示按下列步骤实施。

(1) 钻孔清理。如果已经出现钻孔淤积, 首先用地质钻机进行通孔。

(2) 孔内检查。利用JL-IODI钻孔电视对清理后的管道进行全程检查, 确定不同位置管道的磨损情况。

(3) 扩孔。首先利用XY-4或XY-5型地质钻机配合大直径地质钻头 (钻头直径比套管外径大60~70mm) 自上而下分段将破损套管与周围岩壁分离, 每次分离长度0.8~2.5m。然后对分离部分的套管利用切割刀盘进行切割, 使用钻孔打捞器将切除部分从孔内取出。反复进行该步骤, 直至孔内整条套管全部切除, 并达到扩孔目的。

(4) 安装新套管。自上而下安装新的套管, 套管内径比充填管道外径大50~60mm。

(5) 新管道安装。在带套管的钻孔内自上而下分段安装新的充填管道。在地表孔口及井下孔底部位设置固定支架进行充填管道固定。

4.2 几点说明

(1) 一条破损钻孔修复改造费用可能比新施工一条钻孔钻进费用高, 但由于新钻孔需要配套的井下硐室工程及其他配套设施费用较高, 因此该技术仍然具有明显的综合成本优势。

(2) 破损充填钻孔永久性可修复技术的最大优势在于通过定期更换钻孔内充填管道, 实现了钻孔的永久性使用, 从而大大降低了每组钻孔数目 (新技术每组钻孔仅需2~3条, 而金川公司当前每组钻孔数达4~6条) , 提高了钻孔保障程度。更为重要的是解决了新施工钻孔位置不足的现实困难。

(3) 管道不耦合安装时的固定问题, 由于管道外径仅比套管内径小50~60mm, 利用孔口和孔底的固定支架, 并借助管道本身的刚度, 完全可以保证管道的安装质量。

4.3 实施结果

龙首矿西部一级充填钻孔是西部充填搅拌站充填料浆输送通往井下的唯一通道。一级钻孔长88m, 用于充填下料的钻孔有3条, 分别是4、5、6号钻孔。管材均为ϕ180mm×14mm无缝钢管。钻孔从1990年启用, 已经累计每条平均充填170万m3。经过十几年的使用以后, 4号、6号两条钻孔管壁多处破损, 无法正常使用, 处于报废状态。目前仅5号钻孔维持生产, 一旦出现钻孔故障, 充填生产将被迫停止。经现场调查, 4号钻孔完全具备进行破损钻孔永久性可修复使用现场实验的条件, 将龙首矿4号钻孔作为破损钻孔永久性修复使用的实验地点。

2008年3月工程正式开始, 7月完成施工并顺利交工投产至今, 应用良好, 取得圆满成功。

5 结语

由于金川公司井下采矿主要采用胶结充填方法, 各矿区胶结充填所采用的充填工艺、使用的充填材料、充填钻孔的设计方法、施工工艺和管材规格都比较类似, 因此在龙首矿进行的破损钻孔永久性可修复使用研究成果完全可以在全公司推广应用。公司全矿区平均年充填量达180万m3, 按照平均钻孔使用寿命计算, 每年报废的钻孔总长度达到1 000m左右, 平均需要新投入的钻孔数量高达10条。如果不采用该技术, 按原有方法施工一条新钻孔 (假定深度100m) 费用 (包括钻孔钻进、套管安装、硐室工程、施工措施工程等) 51.88万元, 如果采用不耦合布管的破损钻孔永久性可修复技术, 则费用为19.66万元, 即采用该技术进行破损钻孔永久性可修复使用费用比新施工钻孔 (含硐室工程) 费用降低62%。更为重要的是解决地表施工新钻孔位置不够的难题, 为公司可持续发展做出重要贡献。

综上所述, 在目前技术经济条件下研究开发充填钻孔不耦合布管技术, 实现了现有破损钻孔的永久性可修复使用;同时, 也可将该技术直接应用于未来新钻孔施工中, 使其永久性可修复使用。破损钻孔永久性可修复使用研究应用, 破损充填钻孔的修复使用是所有使用充填钻孔的矿山面临的共同问题, 对于金川公司持续发展具有非常重要的意义, 具有较高的学术水平和推广应用价值。

桥梁混凝土结构耐久性施工方案 篇5

一、编制说明

根据施工设计图提供技术参数及资料，本工程地处多为盐碱和盐碱水环境，其地质多为海相沉积形成，富含Cl-SO2等多种离子。工程处于寒冷地区，雨雪天后为保证通行主要市区道路和部分公路都喷洒化冰盐水；本工程桥梁结构所处的环境类型为Ⅱ类，根据工程地质勘察本场地河水、地下水及基土对混凝土存在微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱等腐蚀性，本工程设计基准使用100年。因此确定桥梁各部位防腐等级如下：钻孔灌注桩、墩柱、桥墩、桥台按不低于环境作用等级C级采取防护。

二、根据混凝土防腐设计设计图依据工程施工规范标准：

1、《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011）

2、《公路工程混凝土结构防腐技术规范》（JIC/TB07-01-2006）

3、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2015)

4、《混凝土耐久性检验评定标准》(JGJ/T193-2009)

5、《混凝土外加剂》（BG8706-2008）

6、《天津市钢筋混凝土耐久性设计规程》（DB/29-165-2006）

7、《天津市市政工程施工技术规范》（DB29-75JI0406）

8、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2015）

9、《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/50080-2016）

10、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T5008-2016）

11、《普通混凝土拌合物力学试验方法标准》（GB/T5008-2016）

12、《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣》（BG/T18046-2008）

13、《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（BG/T1596-2005）

14、《混凝土拌合水标准》（JGJ63-2006）

15、《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2018）

16、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/F50-2011）

三、防腐混凝土耐久性配合比选择：

充分考虑混凝土配合比试配时的指标：电通量、抗冻性、抗裂性、密实性、耐磨性、耐蚀性、抗碱-骨料反应检验满足工程要求。所以在钻孔桩配合比中掺加粉煤灰，增加混凝土流动度和易性，便于工程施工。对于墩柱掺加粉煤灰、磨细矿渣粉使混凝土更加密实内实外光、色泽一致。预制梁或现浇箱梁掺加磨细矿渣粉降低水化热又能增加其强度。根据拌合站到施工现场混凝土运输距离选择坍落度。

综合上述对桥梁混凝土结构耐久性影响因素，为保证混凝土结构耐久性满足工程质量需要：

1.1

从原材料调查与选择：①水泥：采用品质稳定强度不低于42.5级的低碱硅酸盐或普通硅酸盐水泥，禁止使用其它品种水泥，（考虑混凝土整体色泽一致因素），选年产量规模大产品质量稳定150万吨以上厂家，技术指标满：水泥的比表面积不宜超过350㎡/kg碱含量不超过0.6%，游离氧化钙含量不超过1.5%水泥中C3A的含量不超过8%②河砂：优先选用无碱活性的河砂厂家，砂级配合理、质地均匀；细度模数在2.6-3.0中砂，且含泥量不大于1.5%泥块含量不大于0.1%且无杂质，并进行细集料碱-硅酸反应砂浆棒膨胀率为0.1-0.20%的活性时，由各种原材料带入每个m³混凝土中的总碱量不超过1.8Kg/m³③碎石：调查工程周边生产厂家并取样试验（使用前做碱-骨料反应）：优先采用质地坚硬的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等球形状、吸水率低空闲率小，母岩立方体抗压强度与混凝土设计强度之比大于2.0倍的碎石。选生产厂家反击破生产碎石方式，并且要三级配选生产（4.75-9.5mm9.5-19mm16-31.5mm），各个粒径标示并分仓清楚、压碎值不大于10%、级配良好、含泥量、泥块含量、针片状等技术指标满足规范要求。④拌合水：技术指标满足规范要求。⑤高效减水剂：高效减水率进场前经试验合格后入库。⑥阻锈剂技术指标满足规范要求。⑦粉煤灰符合《GB/T1596-2017》用于水泥混凝土中的粉煤灰技术指标满足规范要求。⑧磨细矿渣粉技术指标满足规范要求。通过试验选择合格的生产厂家为工程提供原材料,当以上原材料不能满足工程要求时，在配合比中掺加低钙粉煤灰硅灰等活性掺合料；原材料检验频率按公路桥涵施工技术规范《JTG/TF50-2011》执行。

四、拌合站拌合质量控制

1.1拌合站严格控制原材料对于水泥、河砂、碎石、高效减水剂、粉煤灰、矿渣粉经试验合格后方准入库。

1.2每天早晨试验员上班做河砂、碎石含水量试验根据试验室理论配合比换算成施工配合比，质量负责人负责核对，并交给搅拌机操作员输入程序中。

1.3投料顺序为：砂石—水泥—拌合水—掺合料—高效减水剂

1.4拌和机称量系统经市县以上计量技术检定合格后：投料水泥误差为±1%砂石误差为±2%减水剂粉煤灰磨细矿渣粉误差为±0.5%拌合时间添加外加剂为120S，值班试验员观察和易性满足施工所需要求时，放料做坍落度试验满足工地后，按规范做所要求试件组数，拆模后送标准养护室进行养护。

1.5现场试验员跟装混凝土的罐车一起到施工现场，先做坍落度试验，当混凝土坍落度不能满足浇筑要求时，使用随车带10L减水剂进行调整直至符合要求。

五、现场混凝土浇筑 1.1当浇筑桩基时，应根据混凝土方量计算出封底最小数量预留储备3个罐车混凝土，防止混凝土不足。浇筑程序按桩基技术交底执行，试件制作。①每个工班至少2组，桩基直径深度大于20米3组深度每超过10米增加1组。②墩柱按3组制作，2组做28b，1组做同条件养护，③T梁或箱梁按4组试件制作其中2组做抗压试验，2组做同条件。④连续浇筑超过1000m³混凝土，每个工班至少取2组试件；制作试件按桥规标准执行。

1.2当浇筑墩柱或其它构筑物混凝土数量时，提前做好各项准备工作：检查模板是否捆绑牢固、是否有没有粘贴好的缝隙，1.3混凝土的振捣设备至少预留1套振捣工应该熟悉混凝土振捣规范防止过振或漏振运输，使混凝土拆模后出现砂线、水波纹、离析、空洞现象。

六、混凝土的养护

1.1混凝土养护：当浇筑混凝土达到强度拆模后，对构筑物及时覆盖养护，当较小构筑物在顶部放一桶养护水使用细管引向构筑物并使用塑料薄膜包裹胶带紧，防止漏风使其保持湿润。T梁采用自动喷淋设备，专人负责此项喷淋工作。当张拉强度满足强度要求时止。

七、混凝土耐久性质量试验及检验验证

1.1混凝土抗冻性试验主要是检验验证其耐久性按规范进行，试件尺寸为100*100*400mm一个冻融循环为2.5-4.0h,冻融循环试验以相对弹性模量下降至75%或重量损失率达5%时，即可认为试件已达破坏，该试验冻融循环次数为抗冻融等级。本工程抗冻耐久性指数60% 1.2混凝土电通量试验检验验证桥梁混凝土氯离子含量： 本试验方法通过测定混凝土在直流恒电压作用下通过电量值来评价不同原材料和配合比中的氯离子渗透性能。本工程氯离子扩散系数小于7。

从源头做起，对进场原材料：水泥、河砂、碎石、外加剂、粉煤灰、磨细矿渣粉等进行试验检测控制，使混凝土中的总碱含量小于3.0/m³对于试验检测不合格的产品，拒绝卸车，并记录生产厂家车号；施工过程每个环节进行控制，混凝土出站运输到浇筑尽可能缩短时间，振捣工熟悉工艺流程使混凝土振捣密实，拆模后及时覆盖养护。以保证浇筑后混凝土各项指标满足设计图的技术要求；来保证桥梁结构混凝土耐久性质量要求。

混凝土结构的耐久性研究 篇6

【关键词】 混凝土；结构；耐久性

混凝土在现代建筑中被广泛应用，它主要起着承受结构自重和外部荷载的作用，通常和钢筋一起组合使用。钢筋在混凝土结构中主要承受拉力并赋予结构以延性，补偿混凝土抗拉能力低、易开裂和脆断的缺陷；而混凝土主要承受压力并保护其内部钢筋不至于锈蚀。两者共同作用发挥其结构功能。

混凝土主要起着对结构及其构件在外力作用下防止破坏、倒塌，保护人员和设备不受损伤的能力。混凝土结构的耐久性直接影响这些设施的存活寿命。一段时期以来，混凝土结构安全质量事故频繁出现，混凝土结构的安全性和耐久性问题已经引起了社会各界和国家政府的广泛关注。分析混凝土结构的安全性能，了解混凝土结构的安全现状，寻求混凝土结构安全存在的问题、根源，探索解決的途径、方法和对策，并对混凝土的安全性和耐久性提供技术对策和建议有着重要的意义。

一、混凝土结构的耐久性和安全性

（一）安全性：混凝土结构设计必须有足够的安全保证。这是由于结构需要承受的负荷以及机构的材料性能，设计计算方法，施工质量等均存在着许多不确定性。所以规范规定了结构必须承受的负荷设计值应该是上述标准值乘以大于1的荷载安全系数加以放大；同时在确定结构构件所具有的承载能力时，应该将材料强度的标准值除以大于1的材料强度分项系数加以缩小。显然，荷载的标准值和荷载与材料强度的安全系数规定的越高，就表示结构的安全设置水准越高，设计的结构就越安全。

（二）耐久性：混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施的世界性问题，应当引起我国有关主管部门和设计施工单位的足够重视。混凝土结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能包括结构的安全性和结构的适用性，而且更多地体现在适用性上。长期以来，人们一直以为混凝土应该是非常耐久的材料，直到上个世纪70年代末期，发达国家才逐渐发现原先建成的基础设施工程在一些环境因素影响下出现过早损坏，发达国家为混凝土结构耐久性投入了大量科研经费并积极采取应对措施。

二、混凝土结构的耐久性研究

（一）抗腐蚀性：当混凝土结构处在有侵入介质作用的环境时，会引起水泥石发生一系列化学、物理及物化变化，而逐步受到侵蚀，防止硫酸盐腐蚀的最基本做法是控制水灰比，并适当增加水泥用量，因为水灰比是决定混凝土渗透性的重要因素，如果硫酸盐腐蚀非常严重，降低水灰比采用V型水泥也不能起良好的保护作用，可采用掺混合料的水泥。如掺入含有活性硅较多的天然火山灰的水泥；掺入粉煤灰的水泥；掺入高炉不淬矿渣的水泥以及掺入硅粉的水泥。如果有现成的石膏矿渣水泥，也可以考虑作为代用品。

如果混凝土是预制品，提高该制品抗硫酸盐的另一途径是采用高压蒸汽养护，在高压蒸汽养护条件下，尤其是掺有磨细二氧化硅的混凝土，可消除水化浆体中的氢氧化硅，并且使高硫型和硫型水化硫酸盐几乎不再存在，其中的氧化结合C-S-H变成耐腐蚀性良好的硅酸盐（水石硫石）或单独形成稳定的C3AH6，从而能更好地抵抗硫酸盐腐蚀。

（二）抗碳化：一般的说，采用早强硅酸盐水泥时，碳化最慢，硅酸盐水泥稍快；而采用混合水泥时，由于Ca（OH）2的量相对较少，因此，碳化速度最快，碳化速度与混凝土强度密切相关，如果混凝土的抗压强度大于62.5N/mm2时，可不考虑混凝土的碳化。高性能混凝土的强度等级为C50级以上，其极限抗压强度大于62.5N/mm2，股采用高性能混凝土是提高碳化性能的有效途径之一。

高压蒸汽养护的混凝土碳化作用非常小，这是因为混凝土中的砂子在高温条件下被活化，与混凝土发生化学反应，形成了强度大、结晶高、抗碳化性能好的水化硅酸钙。

（三）抗磨损：一般而言，混凝土的抗压强度愈高，抗磨性能愈好。低水灰比的高强混凝土是提高密实的耐磨混凝土，表面混凝土致密是提高耐磨性的必要条件，施工时，应该多次压抹搓平混凝土表面。在有泌水的情况下，必须推持表面修整的时间，让水分充分蒸发，并在混凝土终凝前充分压抹搓平混凝土表面。此外，还可以通过在表面掺加高硬度集料增强耐磨性。

（四）抗碱-集料反应：发生混凝土碱-集料反应的条件有三个：水泥中的碱含量超过水泥总量的0.6%；集料中活性集料含量超过1%；混凝土处于潮湿环境。上述三个条件全部满足时，才会发生碱-集料反应。所以，对这种反应，可以针对性地加以控制。

1、控制集料中的活性二氧化硅含量：将活性二氧化硅颗料存在的地方设想为一个局部膨胀中心，用以描述碱-集料反应，如果活性颗粒的数量很少，则可容金属离子迁移到这些分散中心所形成的碱硅酸凝胶也很少，吸水后可引起高度的局部膨胀，从而实际崩溃裂的危害增大。

2、控制外界水分，降低水灰比：当外界没有可供吸取的水分时，将不会出现明显的有害膨胀，低水灰比的混凝土有很好的不透水性，故有助于延缓碱-集料反应物吸水膨胀的速度。

（五）结构的耐久性及其度量：虽然混凝土结构耐久性的概念应用已久，但国际标准和我国的统一标准中并未将结构耐久性作为术语使用。文献对所谓“足够的耐久性能”做了如下解释：“结构在规定的工作环境中，在预定时间内，其材料性能的恶化不至于导致结构出现不可接受的失效概率”在正常维护条件下，结构能够正常使用到规定的设计使用年限。对“结构耐久性”的定义为：“结构及其部件在可能引起材料性能劣化的各种作用下能够长期维持其应有性能的能力”“预定作用和语气的维护与使用条件下，结构及其部件能再预定的期限内维持，其所需的最低性能要求的能力”。这两者基本代表了目前对结构耐久性这一概念的理解。这里需要强调的是两者所指出的“材料性能的恶化”和“材料性能劣化”是界定耐久性问题的关键。安全性和适用性是对可靠性的基本分类；耐久性是可靠性中涉及材料性能退化的特殊问题，它指结构在规定的时间内，在规定的条件下，在可能引起材料性能退化的环境影响下，完成预定功能的能力，或者属于适用性，或者属于安全性，耐久性既可以从时间角度，也可从结构状态的角度用概率来度量，而且两者所对应的可靠概率相等。这一点对于当前耐久性的研究具有重要的意义。

三、结语

混凝土的耐久性研究已经成为我国目前建筑行业发展研究的主要问题，我国正处于社会基础设施建设的阶段，对混凝土的应用十分广泛。因此，提高混凝土的耐久性研究已经迫在眉睫，是目前我国广大建筑工作者需要研究的主要问题。

参考文献

[1]赵国藩，《钢筋混凝土结构》，中国电力出版社，2005

[2]郭正兴，李金根，《建筑施工》，东南大学出版社，2005

（作者单位：沈阳中港地产有限公司）

综合耐久性 篇7

一、沥青耐久性和沥青路面耐久性

1. 沥青耐久性。

指沥青材料保持其原有性能的能力。在使用过程中, 由于受储运、加热、拌和、摊铺、碾压、交通荷载及自然因素的作用, 沥青会发生一系列的物理化学变化, 逐渐改变其原有性能而变硬、变脆, 发生老化。

2. 沥青路面耐久性。

沥青路面在使用过程中抵抗环境因素及行车荷载反复作用的能力, 包括沥青路面的抗老化性、水稳定性、抗疲劳性等综合性质。因为沥青原有性能的改变多发生在施工和服务期间, 所以采用合理的混合料设计、科学的混合方法和施工措施, 就能将这种改变降低。

二、沥青抗老化性和沥青路面耐久的关系

沥青老化是一个逐渐发生的过程, 其速率直接影响路面的使用寿命, 因而它是影响沥青路面耐久性的主要因素。老化后的沥青混合料在荷载和水的作用下, 更容易松散和剥落。除此之外, 沥青老化还会引起路面整体结构性能的衰减, 加剧了其他路面结构的损坏。目前, 减轻沥青路面老化的措施主要是从沥青混合料的结构上考虑, 即在可能的条件下尽量使用吸水率小的集料, 并加强压实, 减小路面混合料的空隙率, 从而减少沥青与空气的接触。这些措施对减轻沥青老化有一定效果, 但不能解决根本问题。因为在一定使用条件下, 沥青的化学组成与化学结构才是决定沥青耐久性的关键因素, 所以要想增强理清路面的耐久性, 就必须把研究重点放在沥青本身上。

目前, 对沥青耐久性的评价方法有两种, 一是沥青短期老化的评价方法, 二是沥青长期老化的评价方法。而在我国的公路工程沥青与沥青混合料试验规程中, 还没有关于沥青长期老化的实验方法。

因此, 要想提高沥青自身耐久性, 可从油源选择和工艺改善等全面入手。对于采用固定沥青产品的公路部门, 要想提高沥青的耐久性, 可从工程结构措施与外掺抗老化剂两方面入手。

三、沥青路面水稳定性和沥青耐久性的关系

沥青路面的耐久性主要取决于沥青与集料之间的黏附程度, 而水和矿料的作用会破坏沥青与集料之间的黏附性, 是影响沥青路面耐久性的主要因素之一。沥青路面水损害是指沥青路面在有孔隙水的工作条件下, 由于交通动荷载和温湿胀缩反复作用, 导致进入路面孔隙的水产生动水压力或真空负压抽吸的循环作用, 致使水分逐渐侵入沥青与集料的界面, 造成沥青膜从集料表面剥落, 使沥青混合料内部逐渐丧失黏结力, 进而导致路面结构使用性能下降的一种病害。它常伴随麻面、松散、掉粒、坑洞或唧浆、网裂、辙槽等病害发生, 同时还会诱发其他路面病害。沥青和集料之间的黏附性能是影响沥青路面水稳定性的主要因素之一。沥青与集料的黏附性主要受自身性质的影响, 如沥青与矿料的化学成分、沥青与矿料表面的界面张力、沥青的黏性、矿料的空隙率、矿料的含水量和含泥量等。研究表明, 若沥青的黏附性不足4级, 则沥青膜容易脱离, 易造成路面水损害。实践中常用的评价沥青黏附性的方法有三种:一是煮沸试验, 二是浸水试验, 三是冻融劈裂试验。

要想减轻沥青路面的水损害, 改善和提高沥青混合料的水稳定性与耐久性, 就必须增加沥青与矿料之间的黏附性。由沥青与矿料相互作用的基本理论可知, 沥青与矿料黏附性的大小, 取决于沥青-矿料-水三相系的平衡。因此, 各种改善措施都是从降低在集料表面水对沥青的置换能力这一概念出发, 保证在有水情况下沥青膜不发生收缩、剥离现象, 使沥青仍能与矿料形成良好的化学吸附作用。目前, 我国使用的表面层石料与沥青黏附性都较差, 大都不能满足技术要求, 必须采取添加外掺剂等抗剥落措施。工程中常用的外掺剂主要有两种, 一种是化学外掺剂, 另外一种是消石灰或水泥外掺剂。

四、沥青路面抗疲劳性与沥青耐久性的关系

沥青混合料的抗疲劳性能受沥青用量的影响很大, 沥青用量大, 混合料的孔隙率就小, 疲劳寿命也长。在集料级配已定的情况下, 沥青用量增加, 其饱和度就会提高, 沥青膜厚度也会随之增加, 延性会更好, 因而能显著提高沥青混合料的疲劳寿命。研究表明, 在控制应力的加载模式下, 相对于混合料的最大疲劳寿命有一个最佳的沥青用量。这个最佳沥青用量不仅与矿料的级配有关, 而且与集料的种类有关, 通常与最大混合料劲度所需的最佳沥青用量相当。但在控制应变的加载模式下, 混合料的疲劳寿命会随沥青用量的增加而增大。因此, 从疲劳寿命的角度出发, 在保证高温稳定性的前提下, 配合比设计的沥青用量应尽量用得大一些。

五、结论

综合耐久性 篇8

近年来,我国公路事业发展迅猛,沥青混凝土路面行车舒适、噪声小,易养护等特点被广泛应用于道路建设中,据统计,现有高等级公路路面中约90%为沥青混凝土路面。沥青混凝土路面的设计使用年限为12年～15年,然而在实际使用过程中往往达不到设计使用年限,多在使用2年～5年后就会出现不同程度的裂缝、变形等破损,在弯道、交叉口、桥头高填方处会较早产生破损且较为明显,影响路面的使用,缩短了道路使用年限。因此,采取有效措施,提高沥青混凝土路面的耐久性具有重要的意义,本文仅从提高沥青耐久性的角度出发,研究提高沥青混凝土路面耐久性的方法。

1 沥青混凝土路面耐久性的影响因素

在环境因素和重交通荷载的作用下,沥青混凝土路面在远未达到设计使用年限前就较为普遍地出现不同程度的车辙、反射裂缝、温度裂缝、网状龟裂、坑塘、老化和沉陷等破坏现象,随着使用年限延长,病害逐年增多,增大养护修补成本,同时给行车舒适带来一定的影响。

影响沥青路面耐久性的因素有很多,实践经验表明,其中主要的影响因素是车辙、裂缝及半刚性基层的质量。道路交通量大、气温高、路面结构及材料组成配比不当等导致车辙的形成;裂缝因成因不同而分为疲劳裂缝、温度裂缝和反射裂缝;半刚性材料的强度和抗冲刷能力以及施工质量均会影响半刚性基层的质量,而此三个因素都与沥青的优良有很大的关系。沥青的老化,会加速路面的损坏。可见,沥青路面的耐久性主要取决于沥青材料的耐久性。

2 沥青耐久性的影响因素

路用沥青在储运、加热、拌和、摊铺、碾压过程中受到交通荷载以及空气中氧、光和热的综合作用下,沥青质和胶质的含量增多,油分含量减少,导致沥青硬度、劲度增大,变脆,且韧性降低,因此要求沥青材料有较好的抗老化性,即耐久性。影响沥青耐久性的因素如下:

1)温度与氧化作用。沥青与空气接触会逐渐氧化,沥青变硬,粘度提高,柔韧性降低。温度是影响沥青氧化的主要因素,氧和沥青的反应几乎可以在全温度范围内进行,沥青氧化速率与温度高低有直接关系,当温度超过100℃时,每升高15℃反应速率就会加快1倍,如沥青在163℃时氧化速率要比135℃时快4倍,沥青薄层与骨料在高温(160℃～170℃)混合时,其老化速率与沥青铺在道路上年的老化速率相当。

2)光和水的作用。光特别是紫外线的作用会加速沥青的氧化作用,在光、氧和热共同作用时,水起催化剂的作用。

3)自然硬化。隔绝空气、阳光长期存放于常温下的沥青也会发生某种程度的硬化,即为自然硬化。

4)渗流硬化。沥青中的油分渗流到矿料的空隙中去,沥青也会发生硬化。

3 提高沥青混凝土路面耐久性的措施

在沥青混凝土路面使用过程中,由于沥青的老化,沥青耐久性降低,沥青混合料的物理力学性能也随着时间的推移而逐年降低,直至不能满足交通荷载的要求。在路面施工中沥青始终处于高温状态更会加速沥青的老化,此种老化为短期老化;在路面使用期内,沥青受自然环境和汽车交通等应力作用会产生长期老化。这两种老化都会影响沥青混凝土路面的耐久性,进而影响其使用寿命。

在沥青的两种老化过程中,短期老化对沥青混凝土路面的影响较大,表现为运输和贮存过程的老化,拌和过程中的老化和拌和后施工期的老化。沥青在加热、与骨料拌和、混合料摊铺等施工过程中都不可避免地会被氧化,其氧化的程度与加热温度、延续时间、沥青体积及沥青自由表面比值等许多因素有关。沥青在高温下长时间加热后,不仅会改变其性质,而且使沥青在使用过程中更易老化。因此,须在沥青选择、加热、混合料拌和摊铺压实等过程中加强工艺控制,采取有效措施,降低沥青的老化。

3.1 选择优质沥青

沥青的质量直接影响沥青路面的使用性能和寿命,沥青的抗氧化性能由于其化学组分、所含的金属元素的不同而不同,可根据公路等级、交通量大小、路面结构类型、气候特点等选择质量稳定、含蜡量低、耐老化的重交通道路沥青或改性沥青,选择沥青时,不仅要检验原始沥青的物化指标,更重要的是在沥青进场后、沥青混合料拌和之前,检验薄膜烘箱试验后沥青性质的变化程度,对达不到标准要求的要予以更换。同时不同的初始软化点对于改性沥青混合料抗车辙能力的影响是十分显著的,其抗车辙能力随沥青软化点的增加而增加。所以在面层选用改性沥青时,建议选取软化点较高,软化点加热损失值较小的品种。

3.2 降低沥青加热、储存时的氧化程度

将沥青罐中吸油管位置放在热油盘之上,这样既可以抽取温度较稳定的热沥青,消除焦化现象,又可确保沥青在储运、使用及存放过程中密封,避免了空气、雨水进入沥青罐中,同时避免了沥青长时间高温加热,低温沥青储存温度应小于95℃;中温加热储存温度为130℃～135℃;高温使用时储存温度一般应控制在130℃～170℃,并尽量在5h之内使用,避免长时间高温加热,以减少沥青氧化。

3.3 控制沥青混合料的拌和时间及拌和温度

沥青与混合料拌合时,沥青泵将沥青喷入搅拌机中与经过加热的骨料拌和,骨料颗粒表面都会包裹上一层沥青薄膜,使得沥青暴露于氧气中的量比放在罐中的沥青多出一千多倍,由于高温和与空气巨大的接触面积表面,沥青的氧化速度比在罐中要快得多,在将混合料倒入卡车中时,反应也会持续到所有空隙中氧气耗尽为止,可见,沥青在拌和机中的氧化是沥青氧化最主要的途径,为降低沥青氧化程度,应选用技术性能好、拌和能力强、拌和质量稳定的先进拌和设备,控制要素如下:1)缩短骨料湿拌时间。控制骨料每盘干拌时间多于7s～10s,尽量缩短湿拌时间,从而使每盘总拌和时间控制在33s～44s以内。2)做好密封工作。成品料在热储仓的温度应根据施工实际情况酌情确定,研究表明,热拌和料在180℃储存时氧化速度要比135℃时快8倍,因此进料器及喷料口的密封工作十分重要,最好用脱氧惰气对热储仓进行密封,以减少沥青在储存时的针入度损失。3)合理安排工序衔接,严格控制拌和温度。在基本满足工地摊铺、碾压温度要求的情况下,尽量降低拌和温度,合理安排机械设备,使其拌和、运输、摊铺及碾压能力相匹配,从而降低沥青氧化程度,严格控制普通沥青混合料的出厂温度在180℃以下。尽量缩短拌和料运输距离,使其不超过35km,从出料至摊铺完成不超过70min。

3.4 提高沥青混合料压实度

沥青路面铺筑后经过一段时间的风化,其中的沥青会缓慢持续地与空气中的氧气发生化学反应,提高沥青混合料的压实度,可在一定程度上阻止氧气穿过混合料与表面下的拌和料发生氧化反应进而降低沥青氧化速率与氧化程度提高沥青路面耐久性

为此,可采取以下措施:沥青上面层采用密实性沥青混凝土,设计空隙率3%～4%,压实后的空隙率不大于6%;在沥青混合料铺筑过程中配备数量足够且碾压效果较好的设备,确保碾压及时;由于马歇尔试件成型温度控制的变异性和随意性,建议采用最大理论密度来控制沥青混合料压实度,其控制标准应不小于马歇尔试件密实度的97%。

4 结语

沥青的耐久性主要受温度和氧的影响,选择优质沥青,严格控制施工过程中沥青的加热温度、沥青混合料的拌和温度及拌和时间,合理安排好运输、铺筑、碾压作业环节,减少沥青的氧化及针入度的损失,提高沥青耐久性,从而提高沥青路面的耐久性,提高社会效益。

参考文献

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[7]封义强.浅论如何提高高等级公路沥青路面的耐久性[J].北方交通,2008(20):17-18.

钢筋混凝土结构耐久性设计分析 篇9

【关键词】钢筋混凝土结构；耐久性设计；分析

前言

钢筋混凝土结构通过科学合理的利用钢筋优势与混凝土特点，提升建筑的刚度、强度、防火与耐久性，一直以来广为民用建筑、工业建筑工程等应用。在建筑设计中，通过考察实地环境，考虑建筑应承受的重量及相关构件应达到的状态，对钢筋混凝土结构做调整，尽管如此由于自然环境的不断变化，结构材料的老化及人为破坏等，建筑物的实际寿命不及预期，由于耐久性不足，很大程度上形成一定的资源浪费、追加成本等，随着新混凝土结构耐久性设计规范的出台，旧有的设计发生变化，这就要求我们更加重视钢筋混凝土结构耐久性的影响因素，通过分析以科学的手段提升耐久性，促进建筑长久为人们服务。

一、新旧混凝土结构耐久性设计规范阐述

2002年我国在《混凝土结构设计规范》中提到混凝土耐久性设计，2004年、2005年进行了新的修订，2007年中国工程建设标准化协会对混凝土结构耐久性做出了进一步评定标准，直到2008年《混凝土耐久性设计规范》正式出台，次年开始执行，至此完成了新旧规范的过度，在建筑设计中，新标准开始指导结构设计，建筑行业进入新阶段。

从混凝土最低强度等级角度看，旧规范中规定混凝土结构使用年限分别为50年、100年，而新规范针对混凝土最低强度等级中对结构做了三个等级划分，分别为30年、50年、100年。其中针对非冻融环境，新规范相对较高，除此之外，新规范不仅考虑到使用年限，还设计了改善抗冻性能等，更便于设计人员实际操作。

从混凝土裂缝宽度限值角度看，裂缝会对钢筋腐蚀造成影响，裂缝宽度越大越会加深腐蚀。依据旧规范来看，对裂缝的计算要大于国内外其他规范标准值，且对于裂缝宽度过分苛刻，新规范出台后，对裂缝宽度作出调整，相对旧规范标准值也相对宽松些。值得一提的是，提升混凝土保护厚度会提升裂缝宽度值，但相对抑制构件锈蚀较为有利，新规定中针对预应力A类根据相关规范标准自有计算裂缝宽度的方法，通常不考虑保护层厚度对裂缝宽度产生的影响。

从钢筋保护层厚度角度看，钢筋混凝土结构中结构耐久性设计会着重考虑保护层厚度，旧规范中提到混凝土保护层通常根据设计经验来判断，尽管有理论支持，但实际考量却很少。新规范中，比照了大量优劣工程现状及相关调查结果，加之建模核查，对于厚度的规定数值更高了，通过对使用年限的考量，对结构部件的调整，旧规范中的“壳”改成了面形结构，从几何的角度解析归类构建，更有利于实际操作。

从氯离子、三氧化硫、碱含量限值的角度看，以最大使用年限为50年的级别来看，旧规范二类A中氯离子含量要低于3%，碱低3%，二类B中氯离子要低于2%，碱低于3%，对最大使用年限为100年的规定相对模糊，只提到了采取有效措施，且没有对三氧化硫含量做规划。新规范中提到二类A中氯离子含量低于0.08%，三氧化硫最多低于胶凝材料的4%，不同的环境含量会有所不同，尤其针对碱含量，在骨料无活性干燥环境中，碱含量低于3.5%，湿润环境则小于3.0%，需要注意的是，骨料有活性的环境下，要严格控制碱含量，且要参杂些许矿物合料。

二、影响钢筋混凝土结构耐久性因素

1.钢筋锈蚀。引起钢筋锈蚀的元素有很多，如混凝土保护层厚度、保护层密实度、材料构成，相关矿物质含量等，当空气中的二氧化碳、氯离子等相关有害物质侵入混凝土内部，引起内部材料与碱性物质产生反应，形成中和反应，不断降低结构中的PH值，久而久之钢筋钝化膜遭到破坏，随着氧气与水参与反应，钢筋锈蚀开始。钢筋锈蚀后铁锈的体积不断膨胀甚至达到原来的4倍，压力大了，混凝土裂缝增大，导致更多的腐蚀物质侵入通道，形成恶性循环，混凝土结构逐渐被破坏。

2.冻融因素。外部环境对耐久性影响很大，当混凝土结构处于冰点环境下的时候，结构内部空隙中的水会冻成冰，体积逐渐膨胀，位置也会产生变化，形成更大的压力，当巨大的压力超过混凝土结构的抗拉强度底线时，结构势必开裂，耐久性遭到破坏。

3.化学因素。当环境发生变化时，一些化学变化会导致结构耐久性受到侵害。如混凝土碳化情况，这是一种常见现象，大气中的二氧化碳始终围绕着建筑物，混凝土中的氢氧化钙会与之结合发生化学反应，产生碳酸盐等物质，降低了水泥的强碱性，这形成了混凝土的碳化，至此混凝土开始收缩，裂缝宽度不断增大，损害建筑寿命；再如酸性腐蚀，当雨水冲刷溶解水泥时，形成了一些氢氧化铝等物质，水泥石孔会增大，混凝土强度会降低，水中一些酸性物质会加速混凝土侵蚀，结构耐久性遭到严重破坏；再如硫酸盐的破坏，盐溶液与水泥中的矿物质发生化学反应，生成硫铝酸钙及石膏等，体积增大，会不断瓦解混凝土。

三、提升混凝土结构耐久性措施

首先坚持耐久性设计原则。在做结构设计时，设计师要明确耐久目标，做好项目寿命预期，而且还要清楚相关结构失效的标准，按照新规范将机构设计使用年限划分四类。尽管目前没有对耐久性失效标准的统一规范，但根据经验与相关研究结果显示，耐久性遭损引起结构变形导致建筑无法正常使用这是标准之一，再有钢筋锈蚀，混凝土开裂也是标准之一，当结构承载能力到到极限，我们也会知道结构耐久性基本失效。

其次做好材料选择。在选择材料时要参考项目实际环境条件，要达到的使用年限及相关预期的耐久性等，原材料配比，不同强度的混凝土的应用相对重要；再有坚持按照要求达到钢筋保护层厚度标准；在氯离子含量过多的情况下，要做好混凝土中氯含量的控制；在选择钢筋时，选择抗腐蚀性强的很重要，且钢筋间距要易于振捣；最后还要考虑截面那就行，计量延缓角区钢筋腐蚀速度，提升保护层厚度，改变配筋形式。

再次做好劣化防范措施。在设计施工过程中，当人员作业出疏漏或使用环境越来越恶劣导致结构耐久性出现明显恶化时，应立刻采用补救措施，涂层是一种方法，即采用一些防护装饰涂料刷覆在结构面，还可以涂20mm的刷水泥砂浆，减少或组织空气中有害物质的侵入，减缓结构中的钢筋的锈蚀；还可以使用阴极防腐的方式，混凝土中的盐度差别，钢筋中存在电极差，钢筋会锈蚀，这时我们可以在混凝土表面增加一层导电涂料，也可以铺设导电材料，通过该方法将钢筋阴极与整流电源正极连接，这样新的电位差形成，进而钢筋的锈蚀得到控制。

四、结束语

钢筋混凝土的耐久性设计对建筑物的寿命至关重要，通过我们对新旧规范的对比分析，挖掘影响钢筋混凝土结构耐久性的因素，并提出相关策略建议，即坚持耐久性设计原则、做好材料选择、做好劣化防范措施等，通过分析研究拉动建筑行业发展进步，促进建筑寿命的提升，有质量更安全的为社会服务。

参考文献：

[1]冯涛华，田俊峰.探析钢筋混凝土结构的耐久性设计[J].工程建设与设计，2015.09.

[2]王强强，蒋建华.基于气候环境作用的混凝土材料与结构使用寿命预测方法[J].建筑科学与工程学报，2015.05.