金塘大桥海工砼耐久性施工技术规程.doc
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1、舟山大陆连岛工程金塘大桥专项技术规程 金塘大桥海工混凝土耐久性专项技术规程 2007.3.1 实施浙江省舟山连岛工程建设指挥部发布舟山大陆连岛工程金塘大桥专项技术规程金塘大桥海工混凝土耐久性专项技术规程编制单位:浙江省舟山连岛工程建设指挥部批准部门:浙江省交通厅实施日期:2007年3月1日(本页为交通厅文件)目 录前 言11总 则22 术语与符号32.1术语32.2主要符号63基本规定73.1结构类型与环境作用等级73.2耐久性设计基本要求84 海工耐久混凝土配制104.1 混凝土原材料优选104.2 海工耐久混凝土配合比设计要求134.3 混凝土的试配185结构措施和裂缝控制205.1一般规
2、定205.2混凝土保护层205.3施工缝216混凝土施工226.1耐久混凝土施工控制226.2材料的运输、存贮与检验226.3混凝土拌和236.4混凝土输送246.5混凝土浇筑246.6 混凝土振捣266.7 混凝土养护276.8 夏季施工286.9 冬季施工296.10混凝土耐久性评定30附录A:按耐久性设计海工高性能混凝土的原则和方法1附录B:混凝土氯离子扩散系数快速测定方法(NT BUILD 492)4附录C :钢筋阻锈剂性能试验方法9附录D:水泥基材料抗裂性能试验圆环试件11附录E:混凝土养护剂检验12附录F:混凝土的出机温度、浇筑温度的计算16附录G:氯离子侵入混凝土过程的Fick模
3、型及计算方法17参考文献21前 言金塘大桥起于定海金塘岛的小岭,终于宁波镇海庄俞路,由东向西横跨灰鳖洋18.27公里海面,是舟山大陆连岛工程中规模最大的跨海大桥,其结构设计基准期为100年。金塘大桥气候条件恶劣,水文、地形、地质情况复杂。冬季受欧亚大陆冷气团控制,寒冷、干燥、多季风;夏季受太平洋暖湿气流控制,高温湿润,台风频繁,年平均台风影响次数2.56个,极大风速大于40m/s;工程海域潮位为不正规半日潮,涨潮历时略大于落潮历时,平均高潮位1.14m,平均低潮位-0.75m;实测最大潮速3.02m/s,最大潮差3.54m;海水年平均温度17.3,年均含盐度2.56%,环境腐蚀类型为类海水氯化
4、物引起钢筋锈蚀的近海或海洋环境,作用等级从中等程度(C级)至极端严重程度(F级)。为提高氯盐侵蚀环境下混凝土结构的使用寿命,尤其是水位变化区混凝土结构在干湿循环、温度变化和氯盐侵蚀共同作用下的使用寿命,现行公路工程国内招标文件范本通用技术规范已不能完全满足本工程的需要,为此,在范本第400章的基础上,依据本桥专题研究,参考国内外相关行业技术规范、类似工程的实践经验,针对金塘大桥环境的侵蚀特性,制定严格的海工混凝土耐久性施工规定,强化与耐久性有关的技术条款,切实提高混凝土的耐久性,浙江省舟山连岛工程建设指挥部专题编制了金塘大桥海工混凝土耐久性专项技术规程,以期配合范本,规范施工。本规程由浙江省舟
5、山连岛工程建设指挥部牵头编制,参加编制的单位有武汉港湾工程设计研究院、中交集团桥隧重点实验室,由张国志、屠柳青执笔,沈旺、张胜利、王昌将、许宏亮、王辉平、甘新平审定。浙江省舟山连岛工程建设指挥部 2006年12月1总 则1.0.1金塘大桥处于氯盐侵蚀的海洋环境,桥梁结构的耐久性很大程度上取决于混凝土材料本身的特性以及施工过程中的质量控制。为统一建桥各方思想(业主、监理和施工单位),贯彻混凝土耐久性设计与施工理念,从根本和源头上确保金塘大桥混凝土结构的耐久性,特制定金塘大桥海工混凝土耐久性专项技术规程(以下简称规程)。1.0.2本规程主要考虑环境作用对混凝土结构耐久性的影响。金塘大桥环境对混凝土
6、结构材料的作用因素,主要涉及温度、风、湿度及其变化(干湿交替)和环境中氯盐对钢筋的腐蚀。1.0.3本规程以提高混凝土耐久性为核心,提出了抗渗性与抗裂性并重的耐久性设计理念,并以混凝土各项性能的均衡发展为目标。1.0.4 金塘大桥海工混凝土的配制与施工除应符合本规程外,尚应符合国家及行业现行的有关强制性标准的规定。凡规程未提及的内容应遵守有关现行标准的规定。1.0.5混凝土结构的耐久性与许多因素有关,如有基于工程现场经验类比或基于材料性能劣化模型计算结果的可靠依据,并通过专门的论证,可以修正或取代本规程的个别规定或要求。2 术语与符号2.1术语2.1.1 环境作用能引起结构材料性能劣化或腐蚀的环
7、境因素,如刮风,温、湿度循环变化及各种有害介质等施加于结构上的作用。2.1.2腐蚀材料与周围的环境因素发生物理、化学或电化学作用而引起的渐进性损伤与破坏。对钢材常称为锈蚀。2.1.3结构使用年限 结构建成后,在预定的使用与维护条件下,结构所有性能均能满足原定要求的实际年限。2.1.4高性能混凝土(HPC)以耐久性为基本要求,并满足工程其它的特殊性能且匀质性良好,以常规材料和工艺制造的水泥基混凝土。组分上的特点是掺加优质的矿物掺和料和高效减水剂,选用较低的水胶比和较少的水泥用量,在制作上通过严格的质量控制和相配套的技术措施,从而达到良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳定性。2.1.5大体积混凝土
8、任意体量的混凝土,其尺寸足以要求必须采取措施,控制由于体积变形(温度及收缩作用)引起的裂缝者均称为大体积混凝土。其通常具有以下特征:不采取温控技术措施,水化热引起的内外温差超过25;结构构件最小断面尺寸1.0m;构件边界条件约束较大。2.1.6 混凝土早期热开裂混凝土由于水化热温升在早期易产生温度开裂,是由于当温度开始上升时混凝土的弹性模量还非常小,因此只有很小部分热膨胀转化为压应力;而随后的冷却过程中,弹性模量增大和松弛作用减小,在约束作用下产生大得多的拉应力,而此时混凝土的抗拉强度还很低,因此导致早期(7d前)热裂缝的出现。2.1.7海工耐久混凝土用常规原材料、常规工艺、掺加矿物掺和料及化
9、学外加剂,经配比优化和严格的施工控制而生产的,在海洋环境中具有高耐久性、高尺寸稳定性和良好工作性的高性能混凝土。2.1.8混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值fcu,k 确定,fcu,k即为150mm标准立方体试件,在温度202、RH大于95%的潮湿环境中养护28d,按照标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度,单位:MPa,混凝土强度等级用符号C表示。2.1.9 氯离子在混凝土中的扩散系数表示氯离子在混凝土中扩散性能的一个参数。氯离子在混凝土中的扩散是溶于混凝土孔隙水中的氯离子从高浓度向低浓度区的传输。2.1.10胶凝材料用于配制混凝土的硅酸盐水泥与粉煤灰、磨细矿粉和硅灰等火山灰质或潜在
10、水硬性矿物掺和料的总称。矿物掺和料在混凝土中的用量,以其占胶凝材料总量的百分比(重量比)表示。2.1.11水胶比 混凝土的用水量与胶凝材料(水泥+矿物掺和料)总量之比。当使用液体外加剂(如减水剂和阻锈剂)时,混凝土实际用水量的计算应考虑外加剂的含水量。在耐久混凝土的配合比中,常以胶凝材料用量的概念取代传统的水泥用量,以水胶比取代水灰比,作为判断混凝土密实性或耐久性的一个宏观指标。2.1.12大掺量矿物掺和料混凝土在配合比中单掺粉煤灰时的掺量不小于胶凝材料总量的30%;单掺磨细矿粉时的掺量不小于胶凝材料总量的50%;复合两种或以上矿物掺和料时,粉煤灰掺量不小于胶凝材料总量的30%,或各种矿物掺和
11、料之和不小于胶凝材料总量的50%的混凝土。2.1.13碱集料反应(AAR)混凝土中的碱(Na+和K+)与砂、石集料中某些含有活性硅的成分起反应,引起混凝土膨胀、开裂,称为碱集料反应。发生碱集料反应的条件是:混凝土碱含量较高,集料有活性成份以及水分的参与。2.1.14延迟性钙矾石生成(DEF) 钙矾石是水泥中的石膏等硫酸盐和铝酸三钙(C3A)等铝酸盐与水接触起反应的水化产物,正常情况下应在水泥水化初期形成。如在硬化后的混凝土中剩有较多的早期未起反应的硫酸盐和C3A,则在混凝土以后的使用过程中如有水渗入时,就会发生化学反应,生成延迟性钙矾石,体积膨胀导致已硬化的混凝土开裂。 2.1.15 引气混凝
12、土优质引气剂在混凝土中引入大量的球形微孔(孔径多小于200m)。这些均匀的微小封闭气孔可阻断混凝土中连通的毛细孔隙通路,降低毛细水的渗透作用,改善混凝土施工性能,减小泌水;并可以吸收、缓冲混凝土变形受约束产生的内应力,降低开裂风险。2.1.16防腐蚀附加措施在通过改善混凝土的密实性和增加保护层厚度等常规手段来提高混凝土结构耐久性的基础上所采取的其他特殊措施。如混凝土表面涂层、环氧涂层钢筋、控制渗透性模板、阴极保护等。2.1.17 钢筋阻锈剂能抑制混凝土中的钢筋发生电化学腐蚀反应的化学物质。掺入型阻锈剂为掺加到新拌混凝土中的化学外加剂,主要用于新建工程;渗透型阻锈剂涂于混凝土表面并渗透到混凝土中
13、,主要用于既有工程的修复。2.1.18环氧涂层钢筋将填料、热固性环氧树脂与交联剂等外加剂制成的粉末,在严格控制的工厂流水线上,采用静电喷涂工艺喷涂于表面处理过的预热钢筋上,形成一层坚韧、抗渗透、连续的绝缘涂层的钢筋。2.1.19混凝土表面硅烷涂层涂于混凝土表面,使其具有低吸水率、低氯离子扩散速率的防腐蚀措施。2.1.20控制渗透性模板模板内侧的一层专用织物,可以排出新拌混凝土表面的多余水分和裹入的气泡并保湿,能有效提高表层或保护层混凝土的密实性和抗渗性。2.1.21净保护层厚度在耐久性设计中为控制钢筋锈蚀所必需的混凝土保护层厚度。净保护层厚度指从混凝土表面到最外侧钢筋的外缘,通常为箍筋或外侧分
14、布筋而不是主筋。2.2主要符号2.2.1 -E 表示环境类别和环境作用等级。代表海水氯盐引起钢筋锈蚀的近海或海洋环境。后面大写英文字符表示环境作用的严重程度,从A到F依次递增。非炎热地区的潮汐区和浪溅区为E,炎热地区的潮汐区和浪溅区为F,如桥墩。2.2.2 D氯离子扩散系数;Dnssm非稳态氯离子电迁移系数,指在外加电场作用下氯离子在混凝土中快速迁移测得的扩散系数。Da从暴露于现场氯盐环境的混凝土构件中取样检测,并经过拟合计算的氯离子扩散系数。2.2.3 Ccr 氯离子临界浓度:混凝土内钢筋表面的氯离子增加到能使钢筋脱钝并开始锈蚀的浓度。2.2.4 Cs氯离子表面浓度:与氯盐环境接触处的混凝土
15、表面的氯离子浓度。2.2.5 P-硅酸盐水泥;P-混合材料5%的硅酸盐水泥;PO-掺混合材615%的普通硅酸盐水泥。2.2.6 硅酸盐水泥熟料成份有C3S(硅酸三钙)、C2S(硅酸二钙)、C3A(铝酸三钙)、C4AF(铁铝酸四钙)等。C3S是水泥早期强度的主要来源,水化速度较快,水化发热量较大。C2S是水泥后期强度的主要来源,水化速度较慢,水化发热量最小。C3A水化最快,水化热和收缩最大,易开裂和受硫酸盐腐蚀。2.2.7 F-粉煤灰;S-矿粉;SF-硅灰。3基本规定3.1结构类型与环境作用等级3.1.1 混凝土结构类型 混凝土结构设计强度等级 表3.1.1项目金塘侧引桥东通航孔桥主通航孔以东非
16、通桥主通航孔桥主通航孔以西非通桥西通航孔桥镇海侧引桥上部结构C50梁(现浇)C55主梁(现浇)C50箱梁 钢箱梁C50主梁C50主梁(现浇)C50箱梁墩身C30、C35(现浇)C55主墩C35过渡墩C40 (预制)C35(现浇)C50索塔、塔座C35过渡墩C40(预制)C40(现浇)C40(现浇)C35、C40承台C30、C40C40(垫石)C40C40(垫石)C40C40(垫石)C35、C40C40(垫石)C40(墩座)C40(承台)C40C40(垫石)C35、C40C40(垫石)桩C30、C35(钻孔桩)C35(钻孔桩)C35(钻孔桩)C35(填芯)C35(钻孔桩)C35(填芯)C35(钻
17、孔桩)C30、C35(钻孔桩)注:以上数据以施工图为准。3.1.2 环境类型及环境作用等级 环境类型及环境作用等级 表3.1.2环境类别环 境 分 区等级工 程 部 位近海或海洋环境(类)水下区浸没于海水的水下区、泥中区-C基桩、引桥承台大气区轻度盐雾区平均水位15m以上的海上大气区,涨潮线100m300m陆上室外环境-D桥梁上部结构、靠海的陆上室外构件重度盐雾区平均水位15m以内的海上大气区,涨潮岸线100m内的陆上室外环境-E桥墩、索塔、箱梁、其他梁板结构浪溅区潮汐区和浪溅区-E基桩-F承台、墩座、桥墩注:环境分类与环境作用等级具体参考中国土木工程学会标准混凝土结构耐久性设计与施工规程(C
18、CES01-2004修订版)。3.1.3 本桥除受到海水中氯盐引起的钢筋锈蚀外,在长期潮湿和有水长期作用的环境下,必须高度重视混凝土硫酸盐侵蚀、碱集料反应和延迟钙矾石反应的发生,并在设计、施工中采取相应的对策。3.2耐久性设计基本要求3.2.1 海工混凝土的耐久性,应根据不同的设计使用年限和不同的环境类别及其作用等级进行设计。同一结构中的不同构件或同一构件中的不同部位由于所处的局部环境条件有异,应予以分别对待。3.2.2 混凝土结构的耐久性设计内容1. 耐久混凝土的技术要求海工耐久混凝土设计,包括混凝土原材料的选用和配合比优化设计原则,除满足强度等级、水胶比、水泥用量、含气量、工作度等要求外,
19、尚应满足混凝土抗裂性和抗氯离子渗透性能等要求。当环境作用等级为-C级或以上时,构件所需的混凝土强度常取决于耐久性要求。2. 与耐久性有关的结构构造措施根据结构所处的环境作用等级与设计使用年限,确定钢筋的保护层厚度,提出裂缝控制措施。3. 与耐久性有关的施工质量要求重点是混凝土养护(温度、湿度控制与湿养护期限与方法)、保护层质量控制、混凝土匀质性控制、裂缝控制。4. 结构使用阶段的检测与维修本工程环境作用等级为-C至-F,须对结构进行定期检测,根据检测结果进行耐久性评估。除目测外,检测的重点在确定表层混凝土劣化现状,如混凝土开裂情况、碳化深度、混凝土表层内不同深度的氯离子浓度分布,钢筋的锈蚀或锈
20、蚀倾向等。定期检测的间隔时间视劣化速率而定。结构及其构件的使用年限可以通过维修延长。5. 防腐蚀附加措施在通过改善混凝土的密实性和增加保护层厚度等常规手段来提高混凝土结构耐久性的基础上所采取的其他特殊措施。本工程的防腐蚀附加措施包括混凝土表面涂层、环氧涂层钢筋、钢筋阻锈剂、锌加防腐钢筋、阴极保护等。6. 对于氯盐侵蚀环境下的重要混凝土工程,应根据具体环境条件和材料劣化模型,进行结构使用年限的验算。3.2.3 提高混凝土结构耐久性应遵循的一般原则1. 采用尽可能有利于阻挡或减轻环境对结构的侵蚀作用、便于施工并有利于保证施工质量的结构类型、结构布置和结构构造。2. 提高混凝土材料本身的耐久性。选用
21、质量稳定并有利于改善混凝土抗裂性能的原材料,降低每方混凝土用水量并正确使用矿物掺和料,明确耐久混凝土的施工要求,保证混凝土有良好的匀质性、密实性、工作性和抗裂性。3. 海洋环境下应特别延长混凝土的保温、保湿养护时间,并尽量延迟新浇混凝土开始与海水接触的时间。 4. 使用定制保护层定位夹(块),以确保钢筋保护层厚度。5. 综合采用多种防护措施。 4 海工耐久混凝土配制4.1 混凝土原材料优选4.1.1水泥1. 本工程要求采用强度等级为42.5的质量符合国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥(GB 175)的II型硅酸盐水泥(PII)。2. 为改善混凝土的体积稳定性和抗裂性,配制海工耐久混凝土不得使用
22、立窑水泥,不宜使用早强、水化热较高和高C3A含量的水泥。硅酸盐水泥的细度(比表面积)宜小于350m2/kg,不得超过400m2/kg。C3A含量宜控制在6%10%。大体积混凝土宜采用C2S含量相对较高的水泥。3. 为防止碱集料反应的发生,采用低碱水泥,水泥的碱含量(按Na2O当量计)低于0.6%,且混凝土内的总含碱量(包括所有原材料)不超过3.0kg/m3。 4. 水泥质量应稳定,实际强度应与其强度等级相匹配。定期对分批进场的水泥进行胶砂强度的评定,标准差宜控制在3.0MPa以内。5. 水泥的氯离子含量应低于0.03%。6.水泥进场清单应包括生产厂商名称、水泥种类、数量以及厂商的质量保证书,以
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