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工程建筑论文-东海大桥混凝土结构耐久性策略与高性能混凝土

在工程中的应用

摘要：XX为了建设全国乃至世界的物流中心和开发海洋自然资

源，海洋工程的发展十分迅速。XX深水港的建设已为世人瞩目，

对XX经济持续高速发展将起到十分重要的拉动作用。作为XX深

水港重要组成之一的东海大桥南起XX崎岖列岛小洋山岛的深水

港区，北至上XX汇芦潮港的海港新城，跨越XX湾北部海域，全

长31公里，是我国较为罕见的大型海洋工程【1】

关键词：桥梁混凝土耐久性

一、前言

由于东海大桥是连接港区和大陆的集装箱物流输送动脉，对

XX深水港的正常运转起到不可或缺的支撑保障作用，因此在国

内首次采用100年设计基准期，可谓世纪工程。为保证东海大桥

混凝土结构的耐久性，工程采取了以高性能混凝土技术为核心的

综合耐久性技术方案。然而我国目前大型海洋工程超长寿命服役

的相关技术规X，高性能混凝土的设计、生产、施工技术在工程

中的应用方面尚为空白，因此结合东海大桥工程的具体需要，研

究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

极为迫切和重要。

二、东海大桥混凝土结构布置和耐久性设计背景

1、东海大桥混凝土结构布置

东海大桥跨海段通航孔部分预应力连续梁、桥塔、墩柱和承

台均采用现浇混凝土；非通航孔部分以预制混凝土构件为主，其

中50～70m的预应力混凝土箱梁是重量超过1000吨的巨型构件；

陆上段梁、柱和承台亦采用现浇混凝土。混凝土的设计强度根据

不同部位在C30～C60之间。

2、东海大桥附近海域气象环境

东海大桥地处北亚热带南缘、东北季风盛行区，受季风影响

冬冷夏热，四季分明，降水充沛，气候变化复杂，多年平均气温

为15.8℃，海区全年盐度一般在10.00～32.00‰之间变化，属

强混合型海区，海洋环境特征明显。

3、东海大桥面临的耐久性问题

在海洋环境下结构混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、冻融循环、盐类侵蚀、

溶蚀、碱-集料反应和冲击磨损等【2、5、7、8、10】。

东海大桥位于典型的亚热带地区，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；这样钢筋锈蚀破环就成为

最主要的腐蚀荷载【1】。

混凝土中钢筋锈蚀可由两种因素诱发，一是海水中Cl-侵蚀，

二是大气中的CO2使混凝土中性化。国内外大量工程调查和科学

研究结果表明，海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀破坏的主

要因素是Cl-进入混凝土中，并在钢筋表面集聚，促使钢筋产生

电化学腐蚀。在东海大桥周边沿海码头调查中亦证实【1】，海

洋环境中混凝土的碳化速度远远低于Cl-渗透速度，中等质量的

混凝土自然碳化速度平均为3mm/10年。因此，影响东海大桥结

构混凝土耐久性的首要因素是混凝土的Cl-渗透速度。

三、提高海工混凝土耐久性的技术措施

国内外相关科研成果和长期工程实践调研显示，当前较为成

熟的提高海洋钢筋混凝土工程耐久性的主要技术措施有【2、3、

4、6、7】：

（1）高性能海工混凝土

其技术途径是采用优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水

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，低缺陷，高密实、高耐久的混凝土材料。高性能海工混

凝土较高的抗氯离子渗透性为特征,其优异的耐久性和性能价格

比已受到国际上研究和工程界的认同。

（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。

（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介质与混凝土接触

的特点，从而延长混凝土和钢筋混凝土的使用寿命。然而大部分

涂层本身会在环境的作用下老化，逐渐丧失其功效，一般寿命在

5～10年，只能作辅助措施。

（4）涂层钢筋

钢筋表面采用致密材料涂覆，如环氧涂层环氧涂层钢筋在欧

美也有一定的应用，其应用效果评价不一。主要不利方面是，环

氧涂层钢筋与混凝土的握裹力降低35％，使钢筋混凝土结构的

整体力学性能