寒区除冰盐冻融环境下的混凝土桥梁耐久性研究

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1、寒区除冰盐冻融环境下的混凝土桥梁耐久性研究-->第1章绪论1.1项目背景及研究意义1.1.1项目研究背景2015年，全球近五十个国家加入由中国发起的亚洲基础设施投资银行，旨在通过各种融资投资进行亚洲及周边地区的基础设施开发建设，此举吸引了国际上众多人士的关注，这表明在未来的发展中我国以及整个亚洲乃至全世界对基础建设领域的重视，尽管在社会日益发达的今天，基础设施的需求量仍处于较高的水平。然而，在新兴产业诞生的同时，许多既有混凝土结构的耐久性能随服役时间日渐劣化，长时间疲劳损伤下致使结构可靠性降低，无法达到设计使用年限而提前失效[1

2、]，这在工程结构领域是一个难以解决的重要问题。桥梁工程作为道路交通的主要组成部分，具有造价高、易损坏、难维修等特点，无论是从前期勘察、设计、施工，还是后期的运营、维修、加固等方面考虑，都有着较高的经济与技术要求。随着工程技术不断成熟，桥梁形式也日渐更新，90年代初期，发达国家桥梁结构多以钢板梁桥和钢桁架梁桥为主，缘于使用的经济性和便利性，我国桥梁形式多以混凝土梁桥为主，其数量至今约多达桥梁总数的90%。然而，在混凝土结构造价低、施工便利的同时，其材料本身具有易老化性，再加上服役期间所承受重荷载及恶劣环境等因素的作用，致使结构随长

3、时间工作而逐渐出现不同程度的损伤以致失效。自上世纪全世界掀起基础建设热潮以来，桥梁产业如雨后春笋般出现，而仅在短短的几十年间，许多结构便提前进入了维修养护阶段，病害桥梁的数量与日俱增，许多结构远未达到预期使用寿命而提前损坏，甚至引发事故，造成了巨大的经济损失。据不完全统计，在科学技术比较发达的美国，1981年对全国514，000座公路桥梁的耐久性状况调查中，有20%的桥梁需要暂停运营进行维修，到1987年，不同程度耐久性损伤的桥梁数目多达253，000余座，在现有统计50余万座结构中，近乎一半存在性能缺陷。美国国会相关部门调查发

4、现，在1975年到1985年的十年间，因各种腐蚀而造成的损失增长了近2.5倍，带来了巨大的经济困扰，相关历史资料记录，1989年美国仅积压的待修桥梁维修费用便高达1550亿美元，此外，英国同样也面临巨大的结构腐蚀损伤问题，其每年造成的损失约占国民经济总产值的2%～4%。......1.2结构耐久性研究现状分析1.2.1耐久性损伤国内外研究现状结构耐久性是指结构性能随着服役时间增加不断劣化，在正常使用和维修条件下，能够继续保持其既有功能的能力[5]。结构耐久性损伤是一个随时间增长与多种环境作用而不断劣化的过程，随着服役时间的增长，

5、构件既有使用功能或超过其所能承受的极限状态，无法满足原有可靠度水平而失效。在工程结构中，由于材料本身具有易老化性，结构耐久性病害主要表现为基于环境作用下钢筋混凝土材料性能的劣化。由于地域差异，各地的环境条件在空间和时间上存在不均匀分布，结合国内外对混凝土材料的劣化机理及耐久性能主要环境影响因素的相关研究，可将结构的服役环境划分为五类[6]，如表1.2-1所示。结构服役环境的复杂多样性导致其耐久性损伤程度与形式不同，而其中大多是由多重环境因子耦合作用产生，并且具有反复交替性。目前国际上许多重大工程对于混凝土桥梁耐久性的研究，基本上

6、仅考虑到一般的大气环境条件或者其他单一的环境条件，而对于多种环境共同作用下混凝土结构耐久性的研究还比较欠缺，近年来，通过国内外学者大量工程试验与理论研究成果，认为寒区桥梁结构常遇的耐久性损伤主要包含砼碳化、冻融、钢筋锈蚀等方面，其中由于环境侵蚀引起的钢筋锈蚀最为严重[7]。一些文献[9],[10],[11]给出了α与混凝土水泥品种、水灰比、水泥含量的经验关系式，其中铁道科学院冯仲伟认为碳化深度随水灰比与含气量的增大而增大，且给出了一定的界限值[12]；一些文献[13],[14],[15]考虑不同的混凝土抗压强度，认为α与其倒数几

7、乎呈线性关系；清华大学邸小坛通过收集近年来对混凝土碳化的研究成果，给出了精确的混凝土碳化系数数学模型[16]；浙江大学基于碳化指数的不确定性概率分布模型，运用神经网络系统建立较符合实际工程情况的数学模型；同济大学做出了碳化对混凝土抗震不利和碳化对混凝土抗火不利的试验研究；此外，日本学者对不同湿度条件下的碳化速度做了相关研究[17]；Smolczyk认为碳化深度与抗压强度的二次方根成反比关系[18]；Meyer等人通过试验给出了不同水泥用量混凝土的碳化程度。......第2章桥梁结构耐久性劣化形式及机理分析2.1概述由于桥梁结构工

8、作性质与服役环境的特殊性，往往比其他工程结构更容易出现各种各样的耐久性损伤，导致结构未达到预期使用寿命而过早劣化失效。结构出现耐久性损伤究其原因主要是由于结构材料在外部恶劣环境条件下发生结构性腐蚀与损坏，若想提高结构耐久性以及合理预测结构耐久寿命，需对其损伤形式