浅谈混凝土结构耐久性及高性能混凝土的应用 李长城 (中铁十九局集团第五工程有限公司) 2-2提高混凝土保护层厚度这是提高海洋工程钢筋混凝土使 用寿命的最为直接、简单而且经济有效的方法。但是保护层厚度并不 能不受限制的任意增加,当混凝土保护层过薄时,易形成裂缝等缺陷 使保护层失去作用,钢筋过早锈蚀,降低结构强度和延性;当保护层 厚度过厚时,由于混凝土材料本身的脆性和收缩会导致混凝土保护 层出现裂缝反而削弱其对钢筋的保护作用。 2.3混凝土保护涂层完好的混凝土保护涂层具有阻绝腐蚀性 0引言 介质与混凝土接触粘结的特点,其于砼粘结力不小于1.5Mpa,并且 由于陈家贡湾特大桥处于海水环境,海水环境对于桥梁混凝土 与砼表面的强碱性相适应,延长混凝土和钢筋混凝土的使用寿命。然 结构具有强腐蚀性,按照一级公路桥梁结构1 O0年设计基准期和本 而大部分涂层本身会在环境的作用下老化,逐渐丧失其功效,一般寿 工程使用年限的要求进行结构耐久性设计,为保证陈家贡湾特大桥 命在5~10年,只能作辅助措施。 混凝土结构的耐久性,本工程采取了以高性能混凝土技术为核心的 2.4阻锈剂阻锈剂通过提高氯离子促使钢筋腐蚀的临界浓度 综合耐久性技术方案。然而我国目前尚没有大型海洋工程超长寿命 来稳定钢筋表面的氧化物保护膜,其品质对混凝土的主要物理性能、 服役的相关技术规范,高性能混凝土的设计、生产、施工技术在工程 力学性能无不利影响,从而延长钢筋混凝土的使用寿命。但由于其有 中的应用尚为空白,因此结合陈家贡湾特大桥工程的具体要求,研究 效用量较大,作为辅助措施较为适宜。 跨海大桥混凝土结构耐久性策略和高性能混凝土的应用技术极为迫 3加强陈家贡湾特大桥结构混凝土耐久性措施 切和重要。 改善混凝土和钢筋混凝土结构耐久性需采取的措施:①从材质 1陈家贡湾特大桥混凝土结构布置和耐久性设计 本身的性能出发,提高混凝土材料本身的耐久性能,例如采用高效减 1.1陈家贡湾特大桥混凝土结构布置陈家贡湾特大桥孔数一 水 ̄fJgu高效活性矿物掺合料。②找出破坏混凝土耐久性作用的内在 孔径(孔一米)为6O一30m,为装配式预应力混凝土连续T梁桥,桥 因素和外在因素,对主因和次因对症施治,并根据具体情况采取除高 梁上部结构:六孔一联、全桥共十联,行车道板与桥面铺装采用剪力 性能混凝土以外的补充措施,例如综合防腐措施。采用高性能混凝土 钢筋连接;桥梁下部结构:桥墩采用双悬臂预应力薄壁墩,墩柱为主 是在恶劣的海洋环境下提高结构耐久性的基本措施,然后根据不同 截面3×1.5米的带竖肋矩形截面,基础采用柱式台、桩基础或重力 构件和部位,尽可能提高钢筋保护层厚度(一般不小于50mm),某 台、扩大基础。混凝土设计强度根据不同部位在C35~C50之间。 些部位还可复合采用保护涂层或阻锈剂等辅助措施,形成以高性能 1.2陈家贡湾特大桥附近海域气象环境陈家贡湾特大桥地处 海工混凝土为基础的综合防护策略,有效提高陈家贡湾特大桥混凝 东亚季风比较发达的黄海之滨,受季风和海洋气候的影响,四季变化 土结构的使用寿命。 比较明显,属南温带湿润季风气候类型:夏季空气湿润,雨量充沛:冬 因此,陈家贡湾特大桥混凝土结构的耐久性基本方案是:首先, 季气候干燥,时长稍寒。多年年平均最低气温为9.1℃、最高气温为 混凝土结构耐久性基本措施是采用高性能混凝土,同时依据混凝土 1 5.9℃。最热出现在八月,月平均气温为25DC,最冷出现在一月,月 构件所处结构部位及使用环境条件,采用必要的补充防腐措施,如掺 平均气温为一4.5 ̄C。年平均相对湿度为72%,累年全年蒸发量平均 加钢筋阻锈剂、混凝土外涂保护层等。在保证施工质量和原材料品质 为1462.2毫米,其中全年以五月份为最高,累年平均达到18O.1毫 的前提下,混凝土结构的耐久性将可以达到设计要求。 米,一月最小,仅为54 8毫米,海区全年盐度一般在15 00~ 对于具体工程而言,耐久性方案的设计必须考虑当地的实际情 34.00%。之间变化,属强混合型海区,海洋环境特征明显。 况,如原材料的耐久性指标、工艺设备的可行性等,以及混凝土配合 1.3陈家贡湾特大桥面临的耐久性问题在海洋环境下结构混 比经济上的合理性。也就是说应该采取有针对性的,因地制宜的制定 凝土的腐蚀荷载主要由气候和环境介质侵蚀引起,主要表现形式有 钢筋锈蚀、盐类侵蚀、冻融循环、溶蚀、碱一集料反应和冲击磨损等。 防腐方案。根据设计院提出的陈家贡湾特大桥主要部位构件的强度等级要 陈家贡湾特大桥位于东亚季风比较发达的黄海之滨,因为天气较暖, 求、构件的施工工艺和环境条件,对各部位混凝土结构提出具体的耐 严重的冻融破环和浮冰的冲击磨损可不予考虑;镁盐、硫酸盐等盐类 久性方案。下表1为海上段部分混凝土结构的耐久性方案。 侵蚀和碱骨料反应破坏则可以通过控制混凝土组分来避免 这样钢 筋锈蚀破坏就成为最主要的腐蚀荷载。混凝土中钢筋 表1 陈家贡湾特大桥混凝土结构耐久性方案 锈蚀可由两种因素诱发.一是海水中C卜侵蚀,二是 结构部 最,l_净保护屡厚 设计混凝 最大 海洋环境分娄 土强度等 混凝土品种 水胶 最小胶凝村料 补充防护措施 大气中的CO 使混凝土碳化。国内外大量工程调查 位 匿 瑚】) 用量k21J 蹴 比 和科学研究结果表明:海洋环境下导致混凝土结构中 水下区 丈掺量掺旨 钢筋锈蚀破坏的主要因素是C卜进入混凝土中,并在 水下灌 C35 O40 j 50 料混凝土 钢筋表面集聚,促使钢筋产生电化学腐蚀。在陈家贡 注桩 水位变动区 高性能混凝 湾特大桥周边沿海地区调查中亦证实,海洋环境中混 承台 70 C40 0 35 39O 凝土的碳化速度远远低于Cf-渗透速度,混凝土自然 墩柱 位变动区、 自 高性能混凝 水位变动区、浪溅 碳化速度平均为3mm门0年。因此,影响陈家贡湾特 溅区60 C40 0 35 ; 大气区 匹海防腐蚀溶层 大桥结构混凝土耐久性的首要因素是混凝土的Cr 桥墩、盖 大气区 高性能渴凝 50 C40 O 35 j帅 渗透速度。 粱 摘要:青岛是我国目前海洋工程发展十分迅速的城市之一,无论是高速 公路建设还是海湾工程的建设已为世人所瞩目,作为目前青岛在建第二大海 湾工程陈家贡湾特大桥位于胶南市琅琊镇的陈家贡海湾,起于陈家贡村西 北,止于尹家圈村东北,属滨海地貌,地形比较平坦。全桥总长181 1 5米、孔 数一孔径为60—30m,为装配式预应力混凝土连续T梁桥。是我国目前在建 的较为罕见的大型海洋工程。 关键词:特大桥海工混凝土耐久性浅谈应用 、2提高海工混凝土耐久性的技术措施 提高海工耐久性混凝土的主要技术措施有: 2.1海工耐久性混凝土其技术途径是采用优质 混凝土矿物掺和料和聚羧酸高效减水剂复合,配以与 之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料,形成低水胶 比,高密实、高耐久的混凝土材料。 118 曾帽、耳 背墙 大气压 JO 60 钢绞线) C4O 高性能混凝 0j 390 高性能混凝 C50 0 3 j9o T粱 大气医 2 防裂筋J 3O 护栏座 路缘石 丈气医 C40 高性能混凝 O 35 390 4陈家贡湾特大桥高性能混凝土原材料耐久性 4.1试验用原材料及其物理化学性能 4.1.1水泥试验中采用了P.1l 52.5,有关性能参数见下表。 抗折强度 密度 物理 细度 0 O8lIuIl筛 乩表面积 m2 kg) 凝结时间 IlⅢ1) 性能试验方法}GBJ80—85测定。 4.2.2抗压强度混凝土的抗压强度按《普通混凝土力学性能试 验方法}GBJ81—85测定。 抗压强度 4.2.3混凝土的抗冻性能试验参照《普通混凝土长期性能 M a 标准稠度 用 量 安定性 tMpa, 和耐久性能试验方法》(GBJ82—85)进行。 苟析 化孝 分析 I cll 干Iq 1 1 6 '. ̄120g j 4 iJ。 12 5 209 ’6 台格 3d 2gd 3d 2Sd 0 3 0 4 2o1 K ) (1 5 Na2i) (J 4 M 0 j n2 j14 3’0 化学成 I l01 Sl(J: 20 6 Fe20; j 1≮ C’aO 8 2l SO3 j 4。2.4混凝土的电通量和氯离子扩散系数快速试验 NEL—PER型混凝土电通量测定仪来评价混凝土抵抗氯离子渗 58 透能力的标准。试验仪器采用北京耐尔NEL—PER型混凝土电 通量测定仪。通过在 95 X 5Omm的混凝土试样两端施加60V L()SS 的直流电压,通过检测6hrs内流过的电量大小来评价混凝土的 2 09 渗透性。 4.1.2高炉磨细矿渣(S95) 高炉磨细矿渣(S95)的有关性能参数见表 物理分析 流动度比 比表面积c勃 氏睡)(nl2 ̄k'g ‘d活性指数 f0 1 28d活性指数 10lo 1密度!g,em31 试验结果 化孝琦析 10 40g 89 2 103 2 S6 化章组成(%, SiO2 AI2'i3 F ̄203 (’aO S,O3 MgO 试验结 34 0 lJ 1 9S 40 95 1 29 9 69 4.1.3硅粉 硅粉的有关性能参数见表 鞠理 析 试验结里 J m讳干l。 ) 比表面 (1I l活性指数f。 苗卞翠f%) 烧戋量 s“ 害量 92 4.1.4粗骨料 混凝土配制试验用石为5~25mm连续级配碎石。 4.1.5细骨料 表现密 堆静密度 主 项目 菱 用RCM—DH型氯离子扩散系数测定仪测定混凝土氯离子 扩散系数的试验方法,RCM法参照DuraCrete非静态电迁移原 理制定,定量评价混凝土抵抗氯离子扩散的能力,本方法适用于 骨料最大粒径不大于25mm的试验室制作的或者从实体结构 取芯获得的混凝土试件。将标;隹养护28天的混凝土试件浸泡于 质量浓度为3.O%的NaCI溶液中至指定龄期后,用混凝土切割 机将混凝土试件切割成直径=100-4-1mm,高=50±2mm的试 件。将试件放入电解槽的夹具中,注入1 L 0 2mol/L KOH正极 溶液与1 L含5%NaCI的0.2mol/L KOH负极溶液,用测试机 主机电源进行电迁移过程,劈开试件,用O.1mol/LAgNo3溶液测 定显色深度,最后用软件计算混凝士试件的氯离子扩散系数。 4.3混凝土配合比设计试验主要研究C40和C50高性能 海工混凝土的性能,混凝土配合比见下表 混凝土配合比 台 屁 4 襄计筛余l 。0 l18 0 6 (} 0 细度模数lPbw一01 一02 4.C40 0 34 180 .32 1 270 778 1039 1 5 .98 fk _l1l 障 试验 结果 26{ 化学 lkgms) 军 oj 量fo l‘ j2 1j O 比学组成 一 4l 8 63 E S6 9 4高性能混凝土性能试验结果及分析混凝土的物理力 学性能试验结果如下表所示,常规耐久性能试验结果如下表 高性能海工混凝土的氯离子扩散系数和抗冻性能 混凝土 坚固性 l’ 持析 试验 醢比 硫配盐 、 轻蜘资占量{。。) 氟比物言 置fo。I 云母宫量 结果 O12 (10’ 0 4 O 6 28天龄期的氯离子扩散 抗冻(冻融循环 次) 系数 1。。 质量变化(%) 强度变化(%) 1 1 — 11 —1 试验采用 表7。 一聚羧酸高性能混凝土减水剂,其性能指标见 表7混凝土高效减水剂掺入混凝土中的性能试验结果 ‘植验项目 n.1997高教琏’ } 定值 音格品 试 结果 等品 咸水罩 。。卜于 革 、 十于 百气量 凝结 :差 帅 ≤ ≤0 2 0 萎海 J r1 ;‘l l30 l 0 190 抗压强匿 j u柙i右辜比不 于 l 1 i 对铜菥锈t 作用 .无辟蚀 1_7拌和用水 采用低温蒸养的方式。 4-2试验方案和主要试验方法从高性能海工混凝土的基本要 制场地的限制和施工进度要求,对于现浇混凝土,混凝土成型抹面结硬后立即覆盖土工布,砼初 求出发,在原材料的优选试验中,以混凝土的坍落度和扩展度评价混 记录每天的温度和风 凝土的工作性,以抗压强度等评价混凝土的物理力学性能,以混凝土 凝后立即进行浇水养护,养护用水为外运淡水,避免混凝土干湿交替,拆模前12小时拧松加固螺栓,让水从侧 的电通量和氯离子扩散系数(自然扩散法)试验结果评价混凝土的抗 向,面自然流下养护,侧面拆模不小于48小时。 氯离子渗透性能,并以耐久性能为首要要求。 6结语 试验中所采用的主要试验方法有: 根据现场工程环境条件分析,影响陈家贡湾特大桥混凝土结构 1坍藩度、扩展度混凝土的坍落度、扩展度按《新拌混凝土 ..饮用水。 性能、相近的物理力学性能和优异的耐久性能,尤其是其耐海水 腐蚀性能,混凝土氯离子扩散系数可小于.~1. 5海工耐久性混凝土的质量保证措施 5.1影响海工耐久性混凝土质量的因素高性能海工耐久 性混凝土一般通常具有较高的胶凝材料用量、低水胶比与掺入 大量活性掺合料等配制特点,致使高性能混凝土的硬化特点与 内部结构同传统的普通混凝土相比具有很大的差异,随之带来 了它的早期体积稳定性差、容易开裂等问题。而混凝土的裂缝正 是在使用阶段环境侵蚀性介质侵入的通道,进而削弱其耐久性。 5_2提高海工耐久性混凝土质量措施在试验过程中发现, 浇筑的混凝土由于阳光直射温度较高产生温差过大的现象,同 时由于海湾地区海风比较强烈也容易造成混凝土表面失水过 快,混凝土表面收缩较大而导致混凝土开裂。因此,在实际浇筑 混凝土过程中,T梁或其它结构的混凝土浇注完毕后应立即在 顶面和四周采取保温保湿措施。对于T梁等大型预制构件,由于预 1 浅析高层建筑空间构造及其施工协调 汪鑫炎 蒋运来 (浙江时进建设有限公司) 摘要:本文结合作者多年工作经验,简述了高层建筑空间构成和对其的 施工。仅工读者参考。 关键词:高层建筑空间构造施工技协调 2.1内部协调与配合 怎样搞好内部协调与配合,实际上是一个怎样处理好内部各专 业之间的矛盾,以及各专业与总体要求之间的矛盾。现从两个方面加 O引言 以阐述: 近些年来我国的高层建筑建设可谓突飞猛进,其建设速度和建 2.1.1技术方面 造数量在世界建筑史上都是少有的。其空间构成模式也发生了很大 首先,应从书面资料入手,对本专业图纸、会审纪要、工艺标准、 的变化。对于任何一个建筑工程施工来讲,搞好各专业、各部门之间 质量要求等加以熟悉,做到心中有数。在此基础上,还需对其他专业 的协调与配合都是至关重要的。我国的理论研究多偏重于介绍国外 图纸、资料进行了解,尤其对与本专业相关且交叉密集工种的施工对 的思潮流派,或是探讨文化、艺术、美学等与外在形式相关的东西,而 象布局、工艺等应有所了解。其次,从技术方面讲,搞好各专业协调配 对于功能组织和空间构成模式的研究却较少有人问津。然而,当今的 合,一定要把好熟悉图纸、认真会审、内部会审、内部技术协调的关 建筑学早已超越了工程和艺术范畴,需要我们从更多方面对其进行 口,务必保持解决问题的渠道畅通无阻。前者主要是解决各专业内部 的研究。建筑产品的施工是由多工种、多系统互相渗透、密切配合、综 问题,而后者则是解决各专业交叉配合的问题。相互比较而言,搞好 合而成的有机整体。建筑产品的这种系统的密集性、交叉性及最终的 内部协调配合更为重要。 整体性,最主要的表现在高层建筑上。高层建筑的显著特性是“高“, 2.1_2进度配合方面 由于其”高“而引发出诸多不同于其它建筑的特点来。 高层建筑楼高、层数多、场地窄、专业交叉施工密度大,与工业建 1高层建筑空间构成模式演化 筑、一般民用建筑相比,其作业面尤为狭窄,难以满足在有限的作业 1.1内核的形成 面内各专业施工同步展开。要达到施工的进度要求,必须根据工程的 高层建筑与其它建筑之间的最大区别,就在于它有一个垂直交 阶段特性,合理、有序地安排各专业进入作业面施工,即一定要注意 通和管道设备集中在一起的、在结构体系中又起着重要作用的“核” 专业特性与工程的阶段特性相结合、局部作业面的施工特性与整体 (Core)。而这个“核”也恰恰在形态构成上举足轻重,决定着高层建筑 施工特性相结合。 的空间构成模式。 2.2外部协调与配合外部协调与配合主要指土建单位、装修单 在建筑的中央部分,有意识地利用那些功能较为固定的服务用 位的专业之间的协调配合。 房的围护结构,形成中央核心筒,而简体处于几何位置中心,还可以 2.2.1技术方面就高层建筑整体而言,土建和安装构成了躯干 使建筑的质量重心、刚度中心和型体核心三心重合,更加有利于结构 和内脏;装修则是为其着装打扮。根据高层建筑的特点,土建、装修施 受力和抗震。 工阶段划分为:①砼结构施工:②砌体建筑施工;③初级装修施工;④ 1.2核的分散与分离 二次装修施工。 然而,随着时代的发展、技术的进步,人们对建筑需求的变化和 无论从整体还是从局部来看土建、装修、安装各专业都有着密切 设计侧重点的不同,以中央核心筒为主流的高层建筑“内核”空间构 的联系。有联系难免有矛盾,所以对于安装施工必须了解土建、装修 成模式开始受到了挑战。对于结构专业来说,加强建筑周边的刚度也 专业图纸,从中了解整个建筑构造特点及建筑装饰特点’钻合本专业 会有效地抵抗地震对高层建筑的破坏,所以如果将垂直交通和设备 的情况,找出问题所在。从技术角度讲,土建、装修专业对安装专业形 用房等分散地布置在周边,则无疑也会对结构抗震有利。 成了空间限制,各专业必须准确地知道自身专业所处建筑位置及范 1.3中庭空间的出现 围,并清楚各种专业井洞尺寸、轴线、标高、层高,乃至砌体厚度、楼板 受高层旅馆的影响,一些办公大楼为了追求气派和空间变化,便 厚度、梁的大小等,在施工前和施工过程中,及时准确地发现和解决 在入口处附设一个中庭,实际上,核心筒的分散和分离,中庭空间的 各专业之间的问题。 介入,已使高层建筑的空间构成模式彻底发生了变化。新~代的高层 2.2.2进度方面 建筑空间组织更为灵活多样,由于空间设计的侧重点已由追求经济 既然土建、装修、安装均作为高层建筑的有机组成部分,故其彼 效率向营造宽松舒适的生活环境转变,所以许多新建的高层建筑都 此问必然存在着密切的联系,实际是相辅相成、缺一不可的关系。但 以“景观空间”的概念,将共享空间与功能空间相结合,把核分散向四 作为一个独立项目,又有各自的运行规律,只有掌握了这些规律,并 周,垂直交通采用玻璃电梯,直接采光,给人们以开敞明亮、将动线视 了解其间的内在联系,才能有理、有序、有效地搞好各项目之间的协 觉化的空间感受。空间构成模式也由封闭的“积层式”,变为上下贯通 调与配合。 的“动态流动空间”。 2.3前、后方协调与配合前、后方协调与配合实际上是人、财、 1.4底部空间的变化 物、机各生产要素的优化组合问题。它对于各类建筑施工是一个带有 早期的高层建筑多直接面对街道,从街道进入门厅,再由门厅进 共性的问题,这个共性问题的关键所在是诸生产要素的优化组合决 入电梯厅,垂座电梯至各楼层,这是高层建筑中最为普遍的空间流线 定权是在前方,还是在后方7是在项目上,还是在大本营里7”项目法 组织方式。建筑空间与城市空间之间缺乏过渡,没有“中间领域”的概 施工”运用动态管理原理很好地回答和解决了这个问题,使长期以来 念,在人流集散的高峰期,对城市交通环境的影响也较大。尽管许多 的前方与后方难以协调与配合的局面得到了根本转变。 高层建筑都在门厅的艺术处理上颇费心机,设计得非常富丽;l士观,但 高层建筑安装施工的协调与配合涉及面十分广泛,可以说,它本 是由于空间组织方面的缺陷,门厅内往往留不住人,形不成公共活动 身就是一项系统工程。要搞好这项工程,必须通过了解工程对象,掌 空间,而人口处也常出现人流拥塞的现象。 握工程特点,从而采取相应措施,保证内外工种相互协调与配合,确 2高层建筑安装施工的协调与配合 保质量与进度,全面完成工程任务。 (上接第119页) 耐久性的首要因素是混凝土的CI一渗透速度和混凝土中的碱含量。 家贡湾特大桥工程采取以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性施 针对这一具体情况,并考虑当地的实际情况一如原材料中的氯离子工理念,通过符合工程实际情况和技术水平的施工措施和质量控制 和碱含量以及施工工序的可行性等,混凝土配合比经济上合理性。陈措施,确保了高性能混凝土结构耐久性设计的要求。 120