关于城市混凝土桥梁结构抗冻耐久性后评估的研究

北京市市交通通工程程重点点实验验室关于城城市混混凝土土桥梁梁结构构抗冻冻耐耐久性性后评评估的的研究究张金喜喜2主要内内容4关于混混凝土土材料料耐久久性问问题1235混凝土土桥梁梁结构构抗冻冻性后后评估估的现现状与与问题题气泡间间隔系系数与与抗冻冻耐久久性指指数的的关系系研究究混凝土结构抗抗冻性后评估估的指导程序序与方法结论及建议31关于混凝土材材料耐久性问问题对于道路而言言，桥梁是不不可或缺的一一部分。特别是在高速速度、大容量量的城市快速速路和高速公公路中，桥梁梁结构的安全全性和耐久性性更是道路畅畅通的关键所所在。以北京为例，，城区立交桥桥数目已达到到200余座，已建成成的桥梁中，，90%以上的结构均均是混凝土结结构。4众多实例表明明，混凝土结结构过早破坏坏的事例已经经屡见不鲜，，混凝土结构构的破坏除强强度因素外，，混凝土材料耐耐久性不足是一个主要原原因，正面临临着严重的““耐久性危机”。混凝土的冻融破坏混凝土材料耐久性问题碱-骨料反应混凝土的碳化化学侵蚀混凝土中钢筋锈蚀混凝土的表面磨损盐冻破坏、冰冰冻破坏、钢钢筋锈蚀是我国混凝土土桥梁结构面面临的最为严严重的耐久性性问题！1关于混凝土材材料耐久性问问题5骨料露出析白1关于混凝土材材料耐久性问问题6冻害1关于混凝土材材料耐久性问问题7盐害1关于混凝土材材料耐久性问问题8碱骨料反应1关于混凝土材材料耐久性问问题9桥梁混凝土结结构自身特点点多为薄壁结构构，自身断面面小；同时遭受自然然环境和行车车荷载的双重重作用；冬季经常在桥桥面上撒除冰冰盐，盐和冻冻共同作用，，加速了混凝凝土的冻融破破坏。西直门匝道桥桥（1980年建成）悬臂臂大面积的混混凝土片状剥剥落，骨料外外露，是比较较明显的冻融融破坏现象。。盐冻破坏和冰冰冻破坏是桥梁混凝土结结构面临的最最重要的耐久性性问题之一。。1关于混凝土材材料耐久性问问题10在抗冻性方面面需要大力开开展的工作抗冻耐久性是是水泥混凝土土最重要的耐耐久性指标；；我国的基础础研究相对薄薄弱，急需针针对我国的情情况开展深入入研究；对在役混凝土土桥梁结构的的抗冻性能进进行科学的调调查、监测和和评估，从而而“对症下药”，是一项意义义重大的基础础性工作。新建工程中，，对抗冻耐久久性的快速检检测和判定，，保证工程进进度和工程质质量。1关于混凝土材材料耐久性问问题112混凝土结构抗抗冻性后评估估的现状与问问题混凝土冻融破破坏流程图压力太大！内部有较小的孔隙，水分没有冻结，舒服！122混凝土结构抗抗冻性后评估估的现状与问问题混凝土抗冻性性评价方法（（直接法和间间接法）直接评价方法法：进行冻融试验验，以抗冻次次数、抗冻标标号或抗冻耐耐久性指数DF值来评价混凝凝土抗冻性。。快冻法美国ASTMC666（A法：水中快冻冻水中融化；；B法：空气中冻冻结水中融化化）我国《水工混凝土试试验规程（DL5150-2001）》、《公路工程水泥泥及水泥混凝凝土试验规程程（JTGE30-2005）》、《普通混凝土长长期性能和耐耐久性能试验验方法（GBJ82——85）》均列入此方法法。快冻法适用于于以动弹性模模量、质量损损失率和相对对耐久性指数数作为指标评评定混凝土抗抗冻性的试验验。对耐久久性好能经受受数百次冻融融循环的混凝凝土，需要两两三个月的试试验时间，周周期长，能耗耗大，人力投投入大。132混凝土结构抗抗冻性后评估估的现状与问问题快冻试验使用用的冻融试验验机和动弹性性模量测定仪仪冻融试验机动弹性模量测测定仪142混凝土结构抗抗冻性后评估估的现状与问问题直接评价方法法：慢冻法前苏联和东欧欧国家采用慢慢冻法，我国国《水工混凝土试试验规程（SD105-82）》，《普通混凝土长长期性能和耐耐久性能试验验方法（GBJ82——85）》中也列入慢冻冻法。慢冻法适用于于以抗压强度度作为评定指指标的混凝土土抗冻性试验验。以强度损损失率不超过过25%的冻融循环次次数划分混凝凝土的抗冻标标号。慢冻法的冻结结状态模拟实实际环境，在在空气中冻结结。但存在试验周周期更长、工工作量大、试试验误差大等等缺点，目前前国内各行业业规范正逐步步取消慢冻法法，改用快冻冻法。152混凝土结构抗抗冻性后评估估的现状与问问题间接评价方法法：通过进行混凝凝土内部孔隙隙结构（气泡泡特征参数））分析，进行行间接评定。。美国ASTMC457-71气泡特征参数数法我国《水工混凝土试试验规程》中列出了气泡泡特征参数的的人工显微镜镜测定方法。。气泡特征参数数法与“快冻冻试验”相比比具有周期短短、能耗低等等优点，特别别是基于图像像识别的硬化化混凝土气泡泡特征参数自自动测试技术术的出现，使使其具有相当当广阔的前景景。162混凝土结构抗抗冻性后评估估的现状与问问题硬化混凝土的的气泡体系特特征参数对混混凝土抗冻性性有着显著的的本质影响，，表征硬化混混凝土气泡体体系特征的参参数主要有三三个，即含气气量、气泡比比表面积（或或平均气泡直直径）和气泡泡间隔系数，，其中气泡间间隔系数最为为重要，气泡泡间隔系数值值就越小，则则混凝土抗冻冻性能越好。。气泡特征参数数是研究混凝凝土抗冻性的的有效途径和和方法。172混凝土结构抗抗冻性后评估估的现状与问问题《水工混凝土试试验规程》中有关于气泡泡特征参数的的测试和计算算方法，但主主要是采用光光学显微镜人人工测试，非非常繁复、费费时、测试误误差较大。受测试手段等等因素的局限限，国内关于于硬化混凝土土气泡特征参参数方面的研研究还很不系系统，数据很很少，或仅来来源于国外文文献。“混凝土结构构耐久性设计计与施工指南南”（CCES01-2004）规定：冻融融环境下的引引气混凝土，，其气泡间距距系数（平均均值）在高度度饱水、中度度饱水和盐冻冻条件下宜不不大于250、300和200μm。规范中虽然提提出了硬化混混凝土气泡间间隔系数指标标要求，但显显然还过于简简单和笼统，，远不能满足足混凝土实体体抗冻性后评评估工作的实实际需要。182混凝土结构抗抗冻性后评估估的现状与问问题对新竣工的混混凝土工程进进行抗冻质量量验收，以及及对在役混凝凝土建筑物抗抗冻耐久性进进行调查、监监测，均属于于抗冻性后评评估的范畴。。新开工混凝土土设施可以同同时制备抗冻冻性试样，进进行抗冻性实实验。但是时时间长，实验验需要3个月，试验结结果出来后混混凝土施工已已经完成，不不能起到质量量控制作用。。对于在用混凝凝土设施，通通过取芯采取取混凝土抗冻冻实验的试样样进行抗冻性性实验，但试试验结果缺乏乏准确性。建设部《混凝土结构耐耐久性设计规规范（征求意意见稿）》中明确提出““从现场的硬硬化混凝土可可取芯测定气气泡间隔系数数，但不能用用于抗冻耐久久性指数DF值的测定”192混凝土结构抗抗冻性后评估估的现状与问问题气泡特征参数数测试手段落落后缺少标准的评评估程序和方方法关于混凝土气气泡特征参数数与抗冻耐久性的基基础性研究不不足混凝土实体抗抗冻性后评估估在我国的开开展并不广泛泛；在桥梁混凝土土结构上的应应用更是鲜有有所闻。本文通过试验验对有关问题题进行了研究究和探讨，以以期对混凝土土实体抗冻性性后评估的开开展有所裨益益。冻融法不能用用于抗冻性后后评估203气泡间隔系数数与抗冻耐久久性指数的关关系研究原材料水泥：北水京都42.5级普硅水泥。。粗集料：5～25mm连续级配碎石石，石粉含量量0.4%，压碎指标5.5%。细集料：细砂，细度模模数1.0，属特细砂；；机制砂，细细度模数3.5，属Ⅰ区粗砂。粉煤灰：山东德州华能能Ⅰ级低钙粉煤灰灰。减水剂：SHP-1缓凝型减水剂剂。引气剂：选用国内常用用的三种品牌牌引气剂A：皂素类引气气剂，非离子子型表面活性性剂，主要成成份三萜皂甙甙，褐色粉剂剂；B：松香类引气气剂，阴离子子表面活性剂剂，主要成份份改性松香酸酸盐，棕色液液体；C：松香类引气气剂，阴离子子表面活性剂剂，主要成份份松香热聚物物，液体。213气泡间隔系数数与抗冻耐久久性指数的关关系研究引气混凝土配配合比水胶比砂率/%材料用量/（Kg/m3）减水剂/%水水泥粉煤灰机制砂细砂碎石0.60461802406034852110211.00.50451752807042242210311.00.40411703408537437410771.0试验方案与试试验方法对水胶比为0.60、0.50和0.40的27组引气混凝土土及11组非引气混凝凝土进行了新新拌混凝土含含气量、抗冻冻耐久性指数数及硬化混凝凝土气泡特征征参数的测定定。试件采取取统一成型制制度（低频振振动台15~20s），设计含气气量为0~2%（基准，非引引气混凝土））、3~4%、4~5%、5~6%四个等级。223气泡间隔系数数与抗冻耐久久性指数的关关系研究含气量及抗冻冻性试验混凝土抗冻性性试验混凝土拌合物物含气量试验验按照《公路工程水泥泥及水泥混凝凝土试验规程程(JTGE30-2005)》的相关规定进进行233气泡间隔系数数与抗冻耐久久性指数的关关系研究硬化混凝土气气泡特征参数数试验混凝土试样的的测试范围为为60mm×60mm，圆形度值取取0.6，像素删除标标准取10个像素，二值值化阈值根据据具体情况取取200左右。MIC-840-01型硬化混凝土孔隙结构分析仪硬化混凝土气泡分布的数字图像气泡特征参数测试过程24气泡间隔系数数自动测试设设备253气泡间隔系数数与抗冻耐久久性指数的关关系研究混凝土抗冻耐耐久性指数DF值随气泡间隔隔系数的增大大而迅速减小小，抗冻耐久久性指数与气气泡间隔系数数呈指数分布布的关系。。相关系数R=0.97，n=38263气泡间隔系数数与抗冻耐久久性指数的关关系研究273气泡间隔系数数与抗冻耐久久性指数的关关系研究对引气混凝土土而言，当气气泡间隔系数数小于250μm时，耐久性指指数DF值均可大于60%（其中，水胶胶比为0.40的混凝土耐久久性指数DF值大于80%），属于抗冻冻合格混凝土土的范围；当气泡间隔系系数落在250μm～350μm之间时，是一一个模糊区域域，耐久性指指数DF值大致在40%～80%范围内偏移；；当气泡间隔系系数大于350μm时，耐久性指指数DF值均小于40%，属于抗冻不不合格混凝土土的范围。非引气混凝土土的气泡间隔隔系数基本在在500μm以上，耐久性性指数DF值小于20%。28抗冻耐久性指指数不仅取决决于混凝土的的气泡间距，，还直接取决决于水灰比。。水灰比降低低，则混凝土土内部可冻水水的含量减少少，抗压强度度增大，有利利于抵抗冻融融破坏产生的的压力，提高高混凝土的抗抗冻性。Okada的研究表明，，水灰比小于于0.35和抗压强度大大于80MPa的混凝土，都都可认为是抗抗冻的，甚至至可以不引气气，尽管其气气泡间隔系数数可能远高于于混凝土的公公认值。293气泡间隔系数数与抗冻耐久久性指数的关关系研究对于模糊区，，其抗冻耐久久性指数可进进一步通过水水灰比来划分分;本论文仅对水水灰比大于0.40的混凝土气泡泡间隔系数与与抗冻耐久性性指数的关系系进行了研究究，其规律并并不适用于强强度大于80Mpa的高强混凝土土。303气泡间隔系数数与抗冻耐久久性指数的关关系研究此划分仅适用用于水灰比在在0.40以上的普通混混凝土，对于于水灰比小于于0.40或强度大于80MPa的高强混凝土土还需进一步步研究。更加科学和完完善，还需要要大量数据的的积累。314混凝土结构抗抗冻性后评估估的指导方法法目的的及及适适用用范范围围从混混凝凝土土桥桥梁梁结结构构上上钻钻取取芯芯样样，，制制备备试试件件测测定定气气泡泡特特征征参参数数，，用用于于对对新新竣竣工工的的混混凝凝土土桥桥梁梁工工程程进进行行抗抗冻冻质质量量的的核核查查和和验验收收，，或或对对在在役役的的混混凝凝土土桥桥梁梁结结构构进进行行抗抗冻冻性性检检查查、、监监测测和和评评价价。。仪器器设设备备（1）取取芯芯机机：：宜宜采采用用轻轻便便型型混混凝凝土土取取芯芯机机；；（2）取取芯芯钻钻头头：：宜宜选选用用人人造造金金刚刚石石薄薄壁壁钻钻头头；；（3）切切割割机机：：可可选选用用岩岩石石切切割割机机，，宜宜采采用用自自动动型型；；（4）台台式式研研磨磨机机；；（5）手手提提紫紫光光检检测测灯灯；；（6）硬硬化化混混凝凝土土孔孔隙隙结结构构自自动动测测定定仪仪。。324混凝凝土土结结构构抗抗冻冻性性后后评评估估的的指指导导方方法法收集集资资料料在对对混混凝凝土土桥桥梁梁结结构构进进行行抗抗冻冻性性后后评评估估前前，，首首先先应应收收集集该该工工程程的的设设计计、、施施工工及及材材料料等等方方面面的的资资料料。。包包括括混混凝凝土土原原材材料料的的技技术术指指标标、、混混凝凝土土配配合合比比、、引引气气剂剂品品种种与与掺掺量量，，施施工工振振捣捣工工艺艺，，施施工工现现场场检检测测试试验验数数据据等等，，资资料料要要尽尽可可能能要要详详实实、、完完整整。。334混凝凝土土结结构构抗抗冻冻性性后后评评估估的的指指导导方方法法钻取取芯芯样样（1）从从混混凝凝土土桥桥梁梁结结构构上上钻钻取取芯芯样样，，宜宜采采用用轻轻便便型型混混凝凝土土取取芯芯机机，，取取芯芯钻钻头头宜宜选选用用人人造造金金刚刚石石薄薄壁壁钻钻头头。。（2）在在混混凝凝土土桥桥梁梁结结构构上上钻钻取取芯芯样样后后，，要要用用水水泥泥砂砂浆浆填填充充钻钻芯芯留留下下的的孔孔洞洞。。（3）钻钻取取的的芯芯样样直直径径不不宜宜小小于于100mm，但但也也不不宜宜大大于于150mm，芯芯样样的的长长径径比比不不宜宜小小于于2。（4）钻钻芯芯后后立立即即将将芯芯样样贴贴上上标标签签，，标标签签内内容容包包括括取取芯芯位位置置、、芯芯样样编编号号，，取取芯芯时时间间等等。。344混凝凝土土结结构构抗抗冻冻性性后后评评估估的的指指导导方方法法制备备试试样样（1）将将钻钻取取的的混混凝凝土土芯芯样样切切割割成成厚厚度度为为1cm左右右的的圆圆柱柱体体试试件件，，应应在在同同一一芯芯样样上上制制备备三三个个测测试试试试件件，，宜宜选选用用自自动动型型的的岩岩石石切切割割机机切切割割芯芯样样。。（2）采采用用转转速速较较低低的的台台式式研研磨磨机机对对试试件件的的一一个个表表面面进进行行研研磨磨，，配配合合使使用用100#，180#金刚刚砂砂，，使使试试件件表表面面基基本本被被磨磨平平。。（3）将将研研磨磨机机处处理理完完毕毕的的试试件件表表面面，，用用手手工工在在玻玻璃璃板板上上继继续续进进行行磨磨光光，，研研磨磨中中应应保保持持表表面面的的绝绝对对平平整整，，并并配配合合使使用用240#和320#的金金刚刚砂砂，，最最终终使使试试件件表表面面平平整整光光滑滑，，不不允允许许出出现现划划痕痕。。（注：：金金刚刚砂砂研研磨磨剂剂为为推推荐荐型型号号，，也也可可根根据据需需要要做做出出调调整整）354混凝凝土土结结构构抗抗冻冻性性后后评评估估的的指指导导方方法法（4）仔仔细细清清洗洗磨磨光光后后的的试试件件表表面面，，先先使使用用毛毛刷刷刷刷洗洗，，然然后后使使用用超超声声波波清清洗洗机机，，清清洗洗时时试试件件的的磨磨光光面面朝朝下下放放置置，，清清洗洗5min左右。（5）将清洗完完毕的试件件在空气中中风干12小时，或放放在烘箱中中温度由低低到高逐级级烘干。（6）用小毛刷刷（牙刷亦亦可）在干干燥的试件件磨光面上上涂刷荧光光剂，要求求涂刷均匀匀、涂刷厚厚度一致、、药液充分分渗入到混混凝土的孔孔隙中。（7）荧光剂涂涂刷完毕后后在空气中中风干4~6小时，使药药液充分固固化。应注注意通风，，避免引起起实验人员员不适。364混凝土结构构抗冻性后后评估的指指导方法（8）重复3~4的实验程序序。在玻璃璃板上采用用手工研磨磨，用力要要均匀，不不能过猛。。研磨的过过程中，要要不断检查查试件表面面，要求将将混凝土表表面的荧光光剂研磨掉掉，而使气气孔中的荧荧光剂完全全保留，同同时不能磨磨出新的气气孔。宜在在手提紫光光检测灯照照射下检查查试件表面面，直至试试件表面的的荧光剂随随气孔呈星星点状分布布，除骨料料边隙外没没有呈片状状或线状分分布的情况况，停止研研磨。（9）使用超声声波清洗机机清洗试件件，要求试试件涂有荧荧光剂的一一面朝下放放置，清洗洗3min左右。374混凝土结构构抗冻性后后评估的指指导方法（10）再次在手手提紫光检检测灯照射射下检查试试件表面，，如观察到到表面磨出出了新的气气孔或气孔孔中的荧光光剂已被研研磨掉，则则应重复5~9的实验步骤骤，重新准准备试件。。（11）试件达到到标准要求求后，则在在空气中自自然风干后后用于测试试硬化混凝凝土的气泡泡特征参数数。384混凝土结构构抗冻性后后评估的指指导方法抗冻耐久性性评价对同一芯样样上切割的的三个试件件的气泡间间隔系数值值取平均作作为最后结结果，若测测定的气泡泡间隔系