寒區(qū)除冰鹽凍融環(huán)境下的混凝土橋梁耐久性研究

《寒區(qū)除冰鹽凍融環(huán)境下的混凝土橋梁耐久性研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、寒區(qū)除冰鹽凍融環(huán)境下的混凝土橋梁耐久性研究-->第1章緒論1.1項目背景及研究意義1.1.1項目研究背景2015年，全球近五十個國家加入由中國發(fā)起的亞洲基礎(chǔ)設(shè)施投資銀行，旨在通過各種融資投資進(jìn)行亞洲及周邊地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)建設(shè)，此舉吸引了國際上眾多人士的關(guān)注，這表明在未來的發(fā)展中我國以及整個亞洲乃至全世界對基礎(chǔ)建設(shè)領(lǐng)域的重視，盡管在社會日益發(fā)達(dá)的今天，基礎(chǔ)設(shè)施的需求量仍處于較高的水平。然而，在新興產(chǎn)業(yè)誕生的同時，許多既有混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能隨服役時間日漸劣化，長時間疲勞損傷下致使結(jié)構(gòu)可靠性降低，無法達(dá)到設(shè)計使用年限而提前失效[1

2、]，這在工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域是一個難以解決的重要問題。橋梁工程作為道路交通的主要組成部分，具有造價高、易損壞、難維修等特點(diǎn)，無論是從前期勘察、設(shè)計、施工，還是后期的運(yùn)營、維修、加固等方面考慮，都有著較高的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)要求。隨著工程技術(shù)不斷成熟，橋梁形式也日漸更新，90年代初期，發(fā)達(dá)國家橋梁結(jié)構(gòu)多以鋼板梁橋和鋼桁架梁橋為主，緣于使用的經(jīng)濟(jì)性和便利性，我國橋梁形式多以混凝土梁橋為主，其數(shù)量至今約多達(dá)橋梁總數(shù)的90%。然而，在混凝土結(jié)構(gòu)造價低、施工便利的同時，其材料本身具有易老化性，再加上服役期間所承受重荷載及惡劣環(huán)境等因素的作用，致使結(jié)構(gòu)隨長

3、時間工作而逐漸出現(xiàn)不同程度的損傷以致失效。自上世紀(jì)全世界掀起基礎(chǔ)建設(shè)熱潮以來，橋梁產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般出現(xiàn)，而僅在短短的幾十年間，許多結(jié)構(gòu)便提前進(jìn)入了維修養(yǎng)護(hù)階段，病害橋梁的數(shù)量與日俱增，許多結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期使用壽命而提前損壞，甚至引發(fā)事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)不完全統(tǒng)計，在科學(xué)技術(shù)比較發(fā)達(dá)的美國，1981年對全國514，000座公路橋梁的耐久性狀況調(diào)查中，有20%的橋梁需要暫停運(yùn)營進(jìn)行維修，到1987年，不同程度耐久性損傷的橋梁數(shù)目多達(dá)253，000余座，在現(xiàn)有統(tǒng)計50余萬座結(jié)構(gòu)中，近乎一半存在性能缺陷。美國國會相關(guān)部門調(diào)查發(fā)

4、現(xiàn)，在1975年到1985年的十年間，因各種腐蝕而造成的損失增長了近2.5倍，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)困擾，相關(guān)歷史資料記錄，1989年美國僅積壓的待修橋梁維修費(fèi)用便高達(dá)1550億美元，此外，英國同樣也面臨巨大的結(jié)構(gòu)腐蝕損傷問題，其每年造成的損失約占國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的2%～4%。......1.2結(jié)構(gòu)耐久性研究現(xiàn)狀分析1.2.1耐久性損傷國內(nèi)外研究現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)耐久性是指結(jié)構(gòu)性能隨著服役時間增加不斷劣化，在正常使用和維修條件下，能夠繼續(xù)保持其既有功能的能力[5]。結(jié)構(gòu)耐久性損傷是一個隨時間增長與多種環(huán)境作用而不斷劣化的過程，隨著服役時間的增長，

5、構(gòu)件既有使用功能或超過其所能承受的極限狀態(tài)，無法滿足原有可靠度水平而失效。在工程結(jié)構(gòu)中，由于材料本身具有易老化性，結(jié)構(gòu)耐久性病害主要表現(xiàn)為基于環(huán)境作用下鋼筋混凝土材料性能的劣化。由于地域差異，各地的環(huán)境條件在空間和時間上存在不均勻分布，結(jié)合國內(nèi)外對混凝土材料的劣化機(jī)理及耐久性能主要環(huán)境影響因素的相關(guān)研究，可將結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境劃分為五類[6]，如表1.2-1所示。結(jié)構(gòu)服役環(huán)境的復(fù)雜多樣性導(dǎo)致其耐久性損傷程度與形式不同，而其中大多是由多重環(huán)境因子耦合作用產(chǎn)生，并且具有反復(fù)交替性。目前國際上許多重大工程對于混凝土橋梁耐久性的研究，基本上

6、僅考慮到一般的大氣環(huán)境條件或者其他單一的環(huán)境條件，而對于多種環(huán)境共同作用下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究還比較欠缺，近年來，通過國內(nèi)外學(xué)者大量工程試驗與理論研究成果，認(rèn)為寒區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)常遇的耐久性損傷主要包含砼碳化、凍融、鋼筋銹蝕等方面，其中由于環(huán)境侵蝕引起的鋼筋銹蝕最為嚴(yán)重[7]。一些文獻(xiàn)[9],[10],[11]給出了α與混凝土水泥品種、水灰比、水泥含量的經(jīng)驗關(guān)系式，其中鐵道科學(xué)院馮仲偉認(rèn)為碳化深度隨水灰比與含氣量的增大而增大，且給出了一定的界限值[12]；一些文獻(xiàn)[13],[14],[15]考慮不同的混凝土抗壓強(qiáng)度，認(rèn)為α與其倒數(shù)幾

7、乎呈線性關(guān)系；清華大學(xué)邸小壇通過收集近年來對混凝土碳化的研究成果，給出了精確的混凝土碳化系數(shù)數(shù)學(xué)模型[16]；浙江大學(xué)基于碳化指數(shù)的不確定性概率分布模型，運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建立較符合實際工程情況的數(shù)學(xué)模型；同濟(jì)大學(xué)做出了碳化對混凝土抗震不利和碳化對混凝土抗火不利的試驗研究；此外，日本學(xué)者對不同濕度條件下的碳化速度做了相關(guān)研究[17]；Smolczyk認(rèn)為碳化深度與抗壓強(qiáng)度的二次方根成反比關(guān)系[18]；Meyer等人通過試驗給出了不同水泥用量混凝土的碳化程度。......第2章橋梁結(jié)構(gòu)耐久性劣化形式及機(jī)理分析2.1概述由于橋梁結(jié)構(gòu)工

8、作性質(zhì)與服役環(huán)境的特殊性，往往比其他工程結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)各種各樣的耐久性損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)未達(dá)到預(yù)期使用壽命而過早劣化失效。結(jié)構(gòu)出現(xiàn)耐久性損傷究其原因主要是由于結(jié)構(gòu)材料在外部惡劣環(huán)境條件下發(fā)生結(jié)構(gòu)性腐蝕與損壞，若想提高結(jié)構(gòu)耐久性以及合理預(yù)測結(jié)構(gòu)耐久壽命，需對其損傷形式