介紹提綱：

　　1、工程概況

　　2、混凝土結構耐久性總體方案

　　3、混凝土結構耐久性基本措施

　　4、混凝土結構耐久性附加措施

　　5、混凝土結構耐久性監(jiān)測措施

　　6、混凝土結構耐久性驗證措施

　　7、幾點體會

　　一、工程概況

　　1.1  地理位置

　　杭州灣跨海大橋是國道主干線－沈海高速跨越杭州灣的便捷通道。大橋北起嘉興市海鹽鄭家埭，跨越寬闊的杭州灣海域后止于寧波市慈溪水路灣，全長36km。大橋建成后縮短寧波至上海間的陸路距離約 120km。

　　1.2  設計概況

　　采用雙向六車道高速公路標準，設計時速100Km/h。

　　主體工程包括：北引線、北引橋、北航道橋、中引橋、南航道橋、南引橋、南引線七大部分；其中通航孔橋長1486m，非通航孔橋長34187m，所占比例超過95%。

　　1.3  工程規(guī)模

　　全橋主要工程數(shù)量

70m預制箱梁540片

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　　1.4  建設條件

　　杭州灣地處世界三大強潮海灣之一，建橋條件受氣象、水文、地質、沖刷及淺層氣等多種自然條件的影響, 施工條件惡劣，主要具有以下特點：

　　臺風多

　　2004年~2007年施工期間影響杭州灣地區(qū)的臺風多達19個。

　　潮差大

　　最大潮差7.57m，平均潮差4.65m。

　　流潮急

　　平均流速2.39m／s，實測最大流速5.16 m／s。

　　沖刷深

　　呈現(xiàn)冬沖夏淤的演變規(guī)律，施工期，南岸灘涂最大沖刷為15.5米。

　　腐蝕強

　　海水實測氯離子含量在5.54 g/L ～15.91 g/L之間，對結構具有比較強的腐蝕作用。

　　淺層氣

　　南岸灘涂區(qū)富含淺層氣。

　　二、混凝土結構耐久性總體方案

　　浙東沿?；炷两Y構工程調查

　　二次調查：1994年、2000年

　　調查結果：80%以上都發(fā)生了嚴重或較嚴重鋼筋銹蝕破壞，出現(xiàn)銹蝕破壞的時間有的不到10年。

　　分析顯示，混凝土中性化、堿骨料反應、硫酸鹽侵蝕、海洋生物及海流沖刷等并不是混凝土結構劣化的主要原因，影響混凝土結構耐久性的主導因素是Cl-的侵蝕。

　　為保障大橋滿足百年設計使用壽命要求，由杭州灣大橋工程指揮部牽頭組織有關高校及大橋主體設計單位進行聯(lián)合攻關，前后歷時五年，從混凝土結構腐蝕機理、混凝土原材料指標、混凝土配合比設計原則、耐久性設計措施及施工技術規(guī)程制訂、耐久性監(jiān)測評估及驗證等方面進行研究，集成交通部重點科技項目、浙江省交通科技計劃項目、國家高科技研究發(fā)展計劃（863計劃）、浙江省自然科學基金等項目研究成果，形成成套耐久性技術，并直接應用于大橋的混凝土結構設計與施工實踐。

　　按照離子擴散理論FICK第二定律，混凝土結構的耐久性與混凝土本身的氯離子擴散系數(shù)和鋼筋保護層厚度密切相關?；炷谅入x子擴散系數(shù)越小，結構的鋼筋保護層厚度越大，混凝土結構的使用年限也越長。

　　因此，必須根據(jù)結構所處的位置和腐蝕環(huán)境，區(qū)分不同侵蝕作用等級，制定不同層次的混凝土結構耐久性措施。

　　3.基本措施

　　采用海工耐久混凝土和設置合理的鋼筋保護層厚度，作為保證大橋混凝土結構100年設計使用年限的基本措施。

　　采用的海工耐久混凝土，主要以氯離子擴散系數(shù)為控制參數(shù)，在原材料遴選方面，主要考慮使混凝土具備高抗氯離子擴散能力、高抗裂性能、高工作性能。

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　　二、附加措施

　　根據(jù)不同的情況和環(huán)境采用混凝土結構表面防腐涂裝、預應力筋保護、滲透性控制模板、局部使用環(huán)氧鋼筋和阻銹劑以及外加電流陰極防護等附加措施。

　　三、監(jiān)測措施

　　設置預埋式耐久性監(jiān)測系統(tǒng)，用于長期動態(tài)獲取耐久性參數(shù),制定本工程相應的耐久性預案。

　　四、驗證措施

　　建立耐久性暴露試驗站，對上述措施進行驗證和參數(shù)校核，主要為后續(xù)工程提供經驗，也為國家規(guī)范的修訂提供第一手資料。

　　三、混凝土結構耐久性基本措施

　　3.1海工耐久混凝土

　　海工耐久混凝土是指采用常規(guī)原材料、常規(guī)工藝、摻加礦物摻合料及化學外加劑，經配合比優(yōu)化而制作的，在海洋環(huán)境中具有高耐久性、高穩(wěn)定性和良好工作性的高性能結構混凝土，它以氯離子擴散系數(shù)為核心控制指標，采用大比例摻入礦物摻合料和低水膠比降低氯離子擴散系數(shù)。

　　海工耐久混凝土配制原則

　　1.選用低水化熱和較低含堿量的水泥

　　2.選用高效減水劑（泵送劑），取用偏低的拌合水量

　　3.限制混凝土中膠凝材料的最低和最高用量，并盡可能降低膠凝材料中的硅酸鹽水泥用量

　　4.必須摻用粉煤灰、磨細礦渣等礦物摻和料

　　5.潮差區(qū)（E級）和浪濺區(qū)（F級）侵蝕環(huán)境的混凝土構件應適量加入摻入型鋼筋阻銹劑

　　6.通過適當引氣來提高混凝土的耐久性

　　7.對混凝土拌和物中各種原材料引入的氯離子總質量進行控制

　　8.嚴格控制混凝土澆筑入模時的坍落度等

　　混凝土抗氯離子滲透性

　　測試方法：RCM法

　　擴散系數(shù)：

　　海工耐久混凝土典型配合比

　　海工耐久混凝土實測性能

　　實際的混凝土配合比設計嚴格按照制定的海工耐久混凝土配制原則進行，摻合料的用量均達到膠凝材料用量的50%以上；混凝土的基本性能和耐久性性能均達到了預期的目的，其中決定混凝土耐久性的關鍵指標，氯離子在混凝土中的擴散系數(shù)DRCM也很理想。

　　另外，從試驗的測試結果和實際應用來看，海工耐久混凝土的早期抗裂性能優(yōu)于普通混凝土。

　　3.2合理的鋼筋保護層厚度

　　理論上，結構的保護層越厚，氯離子擴散到鋼筋表面的路徑越長，鋼筋表面氯離子積累到臨界濃度時間也越久。但是，保護層過厚會限制構件力學性能的發(fā)揮，并且不利于對裂縫寬度進行控制，因此，需要根據(jù)結構部位和受力特點，設置合理的鋼筋保護層厚度。

　　杭州灣跨海大橋混凝土構件鋼筋保護層厚度

　　四、混凝土結構耐久性附加措施

　　塑料波紋管與真空輔助壓漿

　　對于預應力混凝土結構，孔道的不密實極易造成高應力狀態(tài)下預應力筋的銹蝕。為增強預應力孔道壓漿的密實性，提高預應力體系的耐久性，大橋預應力混凝土箱梁采用耐腐蝕、密封性能好的塑料波紋管，配合真空輔助壓漿技術，作為預應力混凝土結構的耐久性措施之一。

　　斜管試驗和足尺模擬試驗：

　　采用高性能真空輔助壓漿助劑配制的漿體和配套的壓漿工藝進行真空壓漿，孔道漿體飽滿、密實，可有效提高預應力系統(tǒng)的耐久性。

　　環(huán)氧涂層鋼筋

　　美國試驗與材料學會調查顯示：

　　采用環(huán)氧涂層鋼筋可延長結構使用壽命20年左右。杭州灣跨海大橋在腐蝕最為嚴重的浪濺區(qū)現(xiàn)澆墩身中采用環(huán)氧涂層鋼筋。

　　實踐表明：環(huán)氧鋼筋在運輸和施工過程中極易損傷涂層，易導致鋼筋的點腐蝕，加速結構耐久性下降，保證膜層完整性是環(huán)氧鋼筋有效性的關鍵。

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　　4.3  鋼筋阻銹劑

　　與普通混凝土相比，海工耐久混凝土：

　　1.使腐蝕介質（Cl-）達到鋼筋表面的量減少；

　　2.密實的混凝土又能長期有效地保持鋼筋阻銹劑的高濃度，使阻銹劑得以長期地發(fā)揮抑制或延緩鋼筋電化學腐蝕的性能。

　　本工程水位變動區(qū)的承臺和浪濺區(qū)的墩身使用了摻入型阻銹劑。

　　4.4  外加電流陰極防護

　　外加電流陰極保護原理：

　　通過外加電流，把電源正極連接在難溶性輔助陽極上強制形成陽極區(qū)；把電源負極連接在受保護的鋼筋上，強制形成陰極區(qū)。陽極與被保護的鋼筋處于連續(xù)的電介質中，使被保護的鋼筋接觸電介質的全部表面都充分而且均勻地接受自由電子，從而受到陰極保護。

　　外加電流陰極保護系統(tǒng)組成：

　　鈦網、參比電極、連接裝置、供電裝置、計算機控制、遙控監(jiān)控管理系統(tǒng)等。大橋南、北航道橋承臺、塔座及下塔柱采用了該項技術。

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　　4.5  滲透性控制模板

　　滲透性控制模板：

　　可以把剛入模的混凝土表面多余的空氣和水排出，大大降低混凝土表面水膠比，同時可確?；炷猎陴B(yǎng)護期間保持高濕度，將裂縫風險減到最低，從而可大幅提高混凝土表面的密實度和強度。

　　實踐表明：

　　使用滲透性控制模板可大大改善混凝土外觀質量，提高混凝土表面的抗裂性、抗?jié)B性和耐久性。

　　4.6  混凝土表面涂層

　　大橋承臺以上混凝土結構均采用封閉型涂裝體系進行表面涂裝，涂層設計使用年限為20年。承臺為表濕區(qū)，采用具有濕固化和快固結性能的涂料。梁部結構和墩身為表干區(qū)，采用耐候性、保光和保色性能良好的涂料。

　　五、混凝土結構耐久性監(jiān)測措施

　　5.1  設置耐久性監(jiān)測措施的目的

　　根據(jù)國際上通用的耐久性預測模型和實測的參數(shù)，上述耐久性措施已經可以保證大橋混凝土結構至少百年的使用年限。

　　然而海洋環(huán)境混凝土結構的耐久性預測的準確性問題在國際國內尚無定論，為了掌握大橋混凝土結構脫鈍前鋒面的發(fā)展進程，確認混凝土結構耐久性防護措施的有效性，對大橋的使用性能和壽命進行可靠的預測和評估，設置了預埋式耐久性監(jiān)測系統(tǒng)。

　　5.2  預埋式耐久性監(jiān)測系統(tǒng)

　　采用梯形陽極混凝土結構預埋式耐久性無損監(jiān)測系統(tǒng)。

　　1.使用同種原材料，模擬實際環(huán)境，利用試驗室測試數(shù)據(jù)，建立可靠的考慮應力、溫度、濕度影響的鋼筋腐蝕電化學參數(shù)和輸出光功率變化的脫鈍判據(jù)。

　　2.海洋環(huán)境鋼筋脫鈍對比傳感器和電極的集成、率定和調試。

　　3.編制測量數(shù)據(jù)管理、鋼筋腐蝕風險評估和結構使用年限推算程序。

　　通過建立鋼筋脫鈍前鋒面發(fā)展進程的數(shù)學模型，而且這個模型能夠不斷得到新反饋信號的校正。然后通過擬合得到鋼筋開始生銹時間（t1 ），如果t1小于設計使用年限，就可以對結構進行耐久性再設計，及時啟動腐蝕保護預案，并繼續(xù)對前鋒面的進展進行監(jiān)測，以確認腐蝕保護措施的效果；如果采取措施后的t1仍小于設計使用年限，那么在工程進入腐蝕階段前仍有機會采取經濟的補救措施。

　　六、混凝土結構耐久性驗證措施

　　6.1  建立暴露試驗站的目的

　　獲取大橋實際混凝土結構在海洋環(huán)境作用下的耐久性實際參數(shù)，驗證各種耐久性防護措施的有效性和局限性，為其它類似后續(xù)工程提供經驗，為國家規(guī)范的下一步修訂提供第一手資料。

　　通過暴露站實際使用環(huán)境和人工模擬環(huán)境中混凝土試件的對比分析，建立兩者聯(lián)系，從而實現(xiàn)利用人工模擬快速試驗的結果推測大橋實際使用性能和壽命。

　　6.2  暴露試驗研究內容

　　分析現(xiàn)有混凝土結構壽命預測模型，選擇適用于杭州灣跨海大橋的模型并進行壽命預測。

　　暴露試驗場混凝土結構的耐久性試驗研究與分析。從現(xiàn)場暴露試驗結構中取樣，進行材料和結構的耐久性參數(shù)檢測。預埋大橋使用的梯形陽極系統(tǒng)，驗證混凝土結構耐久性監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。

　　檢測混凝土中的氯離子分布，實測混凝土抵抗氯離子擴散的能力，實測實際環(huán)境下鋼筋銹蝕的臨界氯離子含量和鋼筋銹蝕速度。

　　七、幾點體會

　　影響海洋環(huán)境下混凝土結構耐久性最主要因素是氯離子滲透引發(fā)的鋼筋腐蝕。提高混凝土本身抗氯離子滲透的能力和設置合理的鋼筋保護層厚度是提高耐久性的基本措施，經濟可行。

　　為滿足結構使用年限的要求，在盡量降低工程造價的前提下，對腐蝕條件惡劣和結構構造存在隱患的部位采用相應的耐久性補充措施是提高混凝土結構耐久性的有效途徑。

　　建立耐久性動態(tài)無損監(jiān)測和評估系統(tǒng)，對混凝土結構的耐久性狀態(tài)進行跟蹤，必要時可采取相應的措施對結構進行耐久性再設計，以確保其設計使用年限；根據(jù)測評結果，驗證和修正耐久性預測理論，為理論的進一步完善提供必要的參考。

　　適當?shù)氖┕すに嚭蛧栏竦馁|量控制是保證混凝土結構耐久性，實現(xiàn)設計意圖和轉化科研成果的基本前提和保證。