TB10005-2010 铁路混凝土结构耐久性设计规范.doc

前 言 本规范是根据铁道部2009年铁路工程建设标准编制计划 铁建设函〔2009〕34号的要求，在铁路混凝土结构耐久 性设计暂行规定基础上修订而成的。 本规范共分9章，主要内容包括总则、术语、基本规定、 环境、混凝土、裂缝、构造措施、防腐蚀强化措施和检查与维 修，另有3个附录。 本次修订的主要内容有 1. 细化了铁路混凝土结构耐久性设计应遵循的原则。 2. 补充了氯盐环境和磨蚀环境的条件特征；修改了化学侵 蚀环境的条件特征，并将盐类结晶破坏环境单独列为一类环境； 明确了环境水和环境土中侵蚀离子的检测方法。 3. 增加了评价氯盐环境下混凝土抗氯离子渗透性能的指标 要求；增加了评价盐类结晶破坏环境下混凝土抗硫酸盐结品破坏 性能的指标要求；增加了冻融破坏环境下混凝土含气量和气泡间 距系数的要求，细化了评价混凝土抗冻性的指标要求。 4. 增加了混凝土结构表面裂缝计算宽度限值要求。 5. 增加了桥涵、隧道、路基、无砟轨道和可更换小型构件 的构造措施。 本规范以黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。 在执行本规范过程中，希望各单位结合工程实践，认真总结 经验，积累资料。如发现需要修改和补充之处，请及时将意见和 有关资料寄交中国铁道科学研究院北京市海淀区大柳树路2 号，郎政编码100081,并抄送铁道部经济规划研究院北京 市海淀区羊坊店路甲8号，邮政编码100038,以供今后修订 3 时参考。 本规范由铁道部建设管理司负责解释。 本规范主编单位中国铁道科学研究院。 本规范参编单位清华大学、中铁第一勘察设计院集团有限 目 次 公司、中铁二院工程集团有限责任公司、铁道第三勘察设计院集 团有限公司、中铁第四勘察设计院集团有限公司、中铁十二局集 1 总 则 1 团有限公司。 2 术 语 3 本规范主要起草人员谢永江、李化建、李克非、覃维祖、 3 基本规定 5 廉慧珍、朱长华、仲新华、谭盐宾、易忠来、黄直久、吴少海、 4 环 境 6 魏永幸、王召祜、孙 立、周 成、郑长青、杜保军、冯仲伟、 4.1 一般规定 6 楼梁伟、王月华、刘 竞、翁智财、郑新国、曾 志、魏齐威。 4 . 2 类 别 6 本规范主要审查人员安国栋、苏全利、米 隆、吴明友、 4.3 作用等级 7 薛育秀、傅 锋、杨梦蛟、乔 健、江忠责、伍 林、倪光斌、 5 混凝土 11 薛吉岗、周诗广、刘 华、钱树青、李启棣、李承根、钱振地 5.1 原材料 11 宿 万 、唐南生。 5.2 配 合 比 20 5.3 抗压强度 25 5.4 耐久性 27 6 裂 缝 31 6.1 计算宽度限值 31 6.2 施工控制 32 7 构造措施 34 7.1 一般规定 34 7 . 2 桥 涵 34 7 . 3 隧 道 36 7 . 4 路 基 38 7.5 无砟轨道 40 7.6 可更换小型构件 40 8 防腐蚀强化措施 42 9 检查与维修 43 4 5 附录 A 水泥或胶凝材料抗硫酸盐侵蚀性能快速检测方法 44 附录 B 矿物掺和料及外加剂抑制碱-骨料反应有效性检测 方法 47 附录 C 硬化混凝土气泡间距系数检测方法直线导线法 51 本规范用词说明 54 铁路混凝土结构耐久性设计规范条文说明 55 6  1 总 则 1.0.1 为规范铁路混凝土结构耐久性设计，保证铁路混凝土结 构在设计使用年限内满足使用要求，制定本规范。 1.0.2 本规范适用于采用普通混凝土施工的铁路混凝土结构在 碳化环境、氯盐环境、化学侵蚀环境、盐类结晶破坏环境、冻融 破坏环境和磨蚀环境等常见环境作用下的耐久性设计。铁路混凝 土结构在其他特殊环境作用下的耐久性设计，应事先通过专门的 研究和论证。 1.0.3 本规范规定的耐久性设计要求是保证铁路混凝土结构达 到设计使用年限的基本要求。必要时，可根据工程的实际情况和 具体环境条件适当提高。 1.0.4 铁路混凝土结构耐久性设计应遵循的原则为 1 耐久性设计应以结构具有足够承载能力和良好的抗裂性 为前提。 2 耐久性设计应根据结构的设计使用年限、环境类别及作 用等级进行。 3 耐久性设计应从方便施工和规避环境对结构的不利影响 角度，合理布置结构的构造。 4 耐久性设计应对处于严重腐蚀环境下的混凝土结构提出 可靠的防腐蚀强化措施。 5 耐久性设计应对结构在设计使用年限内的检查与维修提 前作出规划，明确跟踪检查内容。 6 耐久性设计应充分考虑混凝土的收缩和徐变对预应力混 凝土结构如预应力梁、轨道板、轨枕、接触网支柱等预应 力 度 的影响。 1 7 耐久性设计采用新材料、新工艺和新方法时，应按国家 和铁道部有关规定进行试验验证并经审定通过后方可使用。 1.0.5 铁路混凝土结构耐久性设计除应执行本规范的规定外， 尚应符合国家现行有关标准的规定。 2  2 术 语 2.0.1 混凝土结构的耐久性 durability of concrete structure 在预定的作用和预期的使用与维护条件下，混凝土结构及构 件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。 2.0.2 设计使用年限 design working life 设计人员用以作为结构耐久性设计依据并具有足够安全度或 保证率的目标使用年限。 2.0.3 胶凝材料 cementitious material,or binder 用于配制混凝土的水泥和矿物掺和料的总称。 2.0.4 水胶比 water to binder ratio 混凝土拌和物中总用水量与胶凝材料总量的质量比。 2.0.5 腐蚀 deterioration 材料与周围的环境因素发生物理、化学或电化学反应而受到 的渐进性损伤与破坏。对钢材则称为锈蚀 corrosion。 2.0.6 胶凝材料抗蚀系数 resistance coeficient to sulfate atack of binder 水泥或胶凝材料的胶砂试体浸泡在一定浓度硫酸钠溶液中的 抗折强度与浸泡在洁净水中同龄期胶砂试体的抗折强度之比，用 于评价水泥或胶凝材料抵抗硫酸盐化学侵蚀的能力。 2.0.7 电通量 passed electrie charge 在一定条件下通过混凝土规定截面积的电荷总量，用于评价 混凝土抵抗水或离子等介质向内渗透的能力。 2.0.8 氯离子扩散系数 chloride diffusion coefficient 描述混凝土孔隙水中氯离子从高浓度区向低浓度区扩散过程 的参数，用于评价混凝土抵抗氯离子侵蚀的能力。 3 2.0.9 抗冻等级 resistance class to freezing-thawing 用快冻法测得的最大冻融循环次数划分的混凝土抗冻性能的 级别，用于评价混凝土抵抗冻融循环破坏的能力。 2.0.10 气泡间距 air bubble spacing 硬化混凝土中相邻气泡边缘之间距离的平均值。 2.0.11 抗硫酸盐结晶破坏等级 resistance class to sulphate physical attack 用抗硫酸盐侵蚀试验方法测得的最大干湿循环次数划分的混 凝土抗腐蚀性能的级别，用于评价混凝土抵抗硫酸盐结晶破坏的 能力。 2.0.12 钢筋的混凝土保护层最小厚度 minimum concrete cover to reinforcement 在一定环境条件下，为保证混凝土结构的耐久性，混凝土结 构中从混凝土表面到最外层钢筋外缘所必需的最小距离。 2.0.13 防腐蚀强化措施 enhanced protective measures 在采取提高混凝土密实性和增加钢筋的混凝土保护层厚度等 常规措施仍不足以保证混凝土结构耐久性的前提下，需要进一步 采取的其他防腐蚀措施。 2.0.14 维修 maintenance 为维持结构或其他构件在设计使用年限内所需功能而采取的 各种经常性和周期性的技术与管理活动。  3 基 本 规 定 3.0.1 铁路混凝土结构耐久性设计应包括以下内容； 1 混凝土结构及构件的设计使用年限。 2 混凝土结构的环境类别及环境作用等级。 3 混凝土结构用材料的性能及耐久性指标要求。 4 混凝土结构裂缝控制措施。 5 混凝土结构构造措施。 6 严重腐蚀环境下对混凝土结构采取的防腐蚀强化措施。 7 在设计使用年限内对混凝土结构采取的跟踪检查与维修 要求。 3.0.2 铁路混凝土结构的设计使用年限应符合表3.0.2的规定。 表3.0.2铁路混凝土结构设计使用年限 设计使用年限级别 设计使用年舰 适用范围示例 一 100年 桥梁、涵羽、随道等主体结构，路基支挡 及承载结构。无硅铁道道庆板、演腐折 二 60年 路基肋护结构，200 km/h及以上铁路路基 排水结构，接触网支柱等 三 30年 其他铁路路基排水结构，电缆沟槽、防护 砌块、栏杆等可更换小型构件 注1天举轨道轨道板、支承层设计使用年限至少为硬年基破上，研究试验 再创新实现与桥粱培构等寿命期。 2 有特殊要求的铁路混凝土结构的设计使用年限可结合实际情况确定。 3 铁路房屋建筑结构的设计使用年限按图家相关标难执行。 5 4 7 4 环 境 4.1 一 般 规 定 4.1.1 铁路混凝土结构耐久性设计前，应对铁路沿线气候、水 质、土质等环境条件进行勘察或调查，确定混凝土结构所处的环 境类别及作用等级。 4.1.2 铁路混凝土结构处于多种环境共同作用情况下，应对结 构所处的不同环境作用分别进行确定，所采取的耐久性技术措施 应同时满足每种环境作用的要求。 4.1.3 同一铁路混凝土结构的不同部位所处的环境作用不同时 应根据具体情况对不同部位所处的环境类别及作用等级分别进行 确定，并采取相应的耐久性技术措施。 4.2 类 别 4.2.1 铁路混凝土结构所处的常见环境按其对混凝土材料和钢 筋的腐蚀机理分为6类，并应按表4.2. 1确定 表4.2.1环境类别 环境类别 腐蚀机理 碳化环境 保护层遭餐土碳化导致铜筋锈蚀 氯盐环境 氯盐津人课瑟土内部导致钢筋锈蚀 化学侵蚀环境 硫骏盐等化学物质与水泥水化产物发生化学反皮异致混疑土提伤 盐类结品肢坏环境 硫融盐善化学物质在湘猛士孔中结品 燕导效捏凝土损伤 陈融破坏环境 成复流陋作陋异监露帮土摆伤 磨蚀环境 风法，河水，泥 或流水在狸概土表流高率流动导致混暴土表而提数 6  4.3 作 用 等 级 4.3.1 碳化环境的作用等级应按表4.3.1确定。 表4.3.1碳化环境的作用等级 环境作用等级 环境条件 TI 室内年平均相对湿度500 ng/L且≤5000 mg/L,并有干塑交替 土中氯离子故度750 mk且≤7500mwk,并有干湿空替 续表4.3.2 环境作用等级 环境条件 13 海水谐沙区和浪置区炎热地区 盐祯上地区露出地表的毛细吸附区 水中氧离子度5000m/L,并有十灌交替 十中氯惠子旅度7500me。并有十湿交替 注1 离子浓度的测定方法应符合职行牧路工程水质分析规料TB 10104 和铁路工程岩土化学分析规程TB 10103的规定。 2 炎热地区是指年平均气温离于20℃的地区。 4.3.3 化学侵蚀环境的作用等级应按表4.3.3确定 表4.3.3化学侵蚀环境的作用等级 环境 作用 等级 环境条件 水中 s0] mg/L 强透水性土 中S0”水 溶殖，m/kg 弱透水性土 中 S 0 水 溶值，/kg 酸性水 pH值 水中侵 蚀性co, mg/L 水中 Mg mg/L HI 200 ≤1000 ≥300 ≤1500 1500 ≤6000 ≤6.5 35.5 15 ≤40 ≥300 s1000 H2 1000 64000 I500 56000 6000 ≤15000 40 ≤100 1000 s3000 IB 4000 ≤10000 6000 ≤15000 15000 64.5 ≥4.0 100 3000 H4 10000 ≤20000 15000 630000 一 一 一 注1强透水性土品指碎石土和砂土，弱透水性土是指粉土和常性土。 2 当混艇土结构处干高磁酸盐含量水中S0 “含量大干2000m/L. 土 中 S⁰- 含 量 大 于 3 0 0m/ks 的环境时，其附久性技术措施应透行 专门研究和论证。 3 当环境中存在肢两时，按酸性水侵蚀考虑，但相应作用等级可降一级 4 水和土中侵性性离子浓度的湖定方法应符合选行行业标准铁路工程水 重外看规帽TB 19104和妹路工程岩土化学分楷规程TB 10103的 规定。 8  4.3.4 盐类结晶破坏环境的作用等级应按表4.3.4确定。 表4.3.4盐类结晶破坏环境的作用等级 环境作用等级 环境条件 水中50-mg/L 土中50}水溶值，mg/kg YI 200,≤500 300,≤750 Y2 500,2000 750. ≤3000 Y3 2000,≤5000 3000,≤7500 Y4 5000,10000 7500,≤15000 注1对于盐清土地区的湖狠土结构，埋人土中的招凝土按通受化学侵蚀环境 作用考虑；当大气环境多风干燥时，露出地表的毛细吸附区内的混凝土 按遭受盐类结品破坏环境作用考虑。 2 对手-一面接触含盐环境水或土而另一面临空且处于大气干燥或多风 环境中的薄壁混凝土结构如隧道衬助,接触含盐环境水或土的 混凝土按遭受化学慢蚀环境作用考虑，临空面的混凝土按遭受盐类结品 破坏环境作用考虑。 3 当混凝土结构处干高硫酸盐含量环境水中50”含量大于10000m/L 或环境土中808”含量大于15000mg/ke 的地区，其耐久性技术措施 应进行专门研究和论证。 4 水和土中硫酸盐离子旅度的测定方法应符合现行行业标准铁路工程水 质分析规程TB 10104 和铁路工程岩土化学分析规程TB 10103的 规定。 4.3.5 冻融破坏环境的作用等级应按表4.3.5确定。 表4.3.5冻融破坏环境的作用等级 环境怍用等圾 环境条件 DI 微冻条件，且混鬃土频繁接触水 D2 微冻条件，且混凝土处于水位变动区 严寒和寒冷条件，且混凝土频聚接触水 微冻条件，且混凝土频繁接触含氯盐水体 9 续表4.3.5 环境作用等级 环境条件 D3 严塞种寒冷备件，且混暴土处于水位变动区 微杰条作，且湖凝士手昔氯盐水体的电位掌动区 严塞和寒冷条件，用湿报土轨繁按驰含氯盐水体 D4 严常和寒检条件。且湖凝土学于含氢盐水体的水位坐动区 注1严寒条件、寒冷条件和做冻条件下年最冷月的平均气满4分别为1 -8℃,-8℃16-3℃和3℃ 2.5℃ 2 食氯盐水体包括海水、含有氧盐的地下水或盐潮水等 4.3.6 磨蚀环境的作用等级应按表4.3.6确定。 表4.3.6磨蚀环境的作用等级 环境作用等级 环境条件 M1 风力等级≥7级，且年累计刮风天数大于904的风沙地区 M2 风力警缓9圾，几年累计刮风天数大手90d的风沙姓区 有详酷流冰撞击的河填冰屋水位线下0.5m-冰摆水位线上1.0m 佩期含砂量为200-1000 kg/m的河道 M3 国力等切≥1l级，且年累计刮风天数大于 d的国沙地区 汛期含砂量1000 kg/m的河道 西北复壁神漠区は水期间夹杂大量粗额粒砂石的可进 4.3.7作用等级为L3、H4、Y4、D4和M3级的环境为严重腐 蚀环境。 10  5 混 凝 土 5.1 原 材 料 5.1.1 非预应力钢筋带肋、光圆钢筋及盘条的性能应符合 设计要求和现行国家标准钢筋混凝土用钢GB1499、钢筋混 凝土用热轧光圆钢筋GB 13013和低碳钢热轧圆盘条GB/T 701的规定。 5.1.2 预应力钢绞线的性能应符合现行国家标准预应力混凝 土用钢绞线GB/T 5224的规定，预应力筋的性能应符合现行国 家标准预应力混凝土用钢丝GB/T 5223、混凝土预应力钢 棒GB/T5223.3 的规定。冷加工钢筋不宜作为预应力筋使用。 5.1.3 水泥宜为硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，不宜使用旱强 水 泥 。C30 以下混凝土可采用粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水 泥和复合硅酸盐水泥。硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的性能除应 符合现行国家标准通用硅酸盐水泥GB 175的规定外，还应符 合表5.1.3的规定。其他水泥的性能应符合现行通用硅酸盐水 泥GB 175的规定。 表5.1.3硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的性能 序号 项目 枝术要求 1 比表面积 300-350m/Lg 2 游离Ca0含量 ≤1.0 3 碱含量 ≤0.806 4 熟料中的C₃A含量 ≤8.0 注1当骨料具有碱-硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过0.60.C40及 11 以上混凝土用水泥的碱含量不宜超过0.60, 2 当需凝土结构所处环境为氧盐环境时，混凝土宜采用低0”含量的水泥 不宜使用杭硫酸盐菇稚盘木泥 3 当混聚土结构所处环境为硫酸盐化学侵蚀环境时，混凝土应采附能C₂A 含量的水泥。且胶凝材料的抗独系数56d 不得小平0.80。腔凝材料 抗池系数披附录A进行检验 5.1.4 矿物掺和料应为性能稳定的粉煤灰、磨细矿渣粉和硅灰。 当使用其他新型矿物掺和料时，应按国家和铁道部有关规定进行 试验验证并经审定通过后方可使用。粉煤灰、磨馏矿渣粉和硅灰 的性能应分别符合表5 . 1 . 4 - - 1表5 . 1 . 4 3的规定。 表5.1.41粉煤灰的性能 序号 项 目 技术要求 CS0及以上混凝土 Cs0以下混醍土 1 细度 ≤12.0 ≤25.0 2 需水量比 ≤95 s105 3 烧失量 ≤5.0 ≤8.0 C”含量 s0.02 5 含水量 ≤L.0 6 S0,含量 G3.0 7 CaO含量 s10 8 游离Ca0含量 ≤1.0 注当混凝土结构所处的环境为严重冻融破坏环境时，混鬓土宜采用烧失量军 大于3.0的粉煤灰 表5.1.4-2磨铝矿渣粉的性能 序号 项 日 技术要求 1 密度 ≥2.8g/cm 2 比表面积 350500m/kg 3 流动度比 ≥95 4 烧失量 s3.0 12  续表5.1.4-2 序号 项 目 技术要求 5 Mg0含量 G14.0 6 S0₃含量 64.0 7 C1-含量 ≤0.06 8 含水量 ≤1.0 9 7a活性指数 ≥75 284活性指数 95 表5.1.4-3硅灰的性能 序号 项 日 技术要求 1 烧失量 ≤6 2 比表面积 ≥18000m/kg 3 需水量比 6125 4 28d話性指数 385 5 C“含量 ≤0.02 6 SiO₂含量 ≥85 7 含水率 ≤3.0 5.1.5 细骨料应选用级配合理、质地坚固、吸水率低、空隙率 小的洁净天然中粗河砂，也可选用专门机组生产的人工砂，不得 使 用 海 砂 。 细 骨 料 的 性 能 应 符 合 表 5 . 1 . 5 - 1 - 表 5 . 1 . 5 - 2 的 规 定 。 表5.1.5-1组骨料的性能 序号 项 日 技术要求 120 ≥120 6 坍落度1h经时变化量用于配制泵送混凝土时 / ≤60 mm 7 凝结时间之差 初最 90 120 nin 90m 终醍 / 8 硫酸钠含量按折固含量计 s10.0 9 CI-含量按折固含量计 ≤0.6 10 贼含量按折固含量计 s10 11 收增率比 s125 注现场拍检高效减水剂用水泥宜为工程用水泥， 18 表5.1.7-2聚羧酸系高性能减水剂的性能 序号 项 目 技术要求 早强型 标准型 缓凝型 I 减水率 25 2 含气量 63.0 3 泌水率比 ≤20 4 压力泌水率比用于配制泵送混凝 土时 690 5 杭压强度比 1d ≥180 ≥170 3d 3170 ≥160 / 7d ≥145 150 140 28d ≥130 140 130  续表5.1.7-2 序号 项 目 技术要求 早强型 标准整 缓凝塑 6 坍落度1h经时变化量用于配制 栗送湿凝土时 / ≤80m ≤60mm 7 凝结时间 之差 初凝 90 90min 90 120min 90 min 终 / 8 甲蔽含量按折固含量计 ≤0.05 9 硫酸钠含量按折闻含量计 ≤5.0 10 C含量按折周含量计 ≤0.6 11 碱含量按折国含量计 G10 12 收缩率比 ≤110 注1检验减水率，含气量、德水率比，抗压强度比，裔结时间之差、收缩率 比时，混凝士坍度宜为80msI0mm 2 现场抽检聚期酸系高性能减水树用水泥宜为工根用水注. 表5.1.7-3引气剂的性能 序号 项 目 技术要求 1 减水率 ≥6 N 含气量 3.0 3 泌水率比 670 4 1h含气量经时变化 -1.5～1.5 5 抗压强度比 3d 95 7d ≥95 28d 90 6 凝结时间之差 终凝 -90-120 min 初凝 7 收缩率比 6125 8 框时耐久性200次 ≥806 9 28d硬化体气施问距系数 6300 μm 注气漱间距系数应彬时录C进行检验 19 20 21 5.1.8 拌和用水可采用饮用水，不得采用海水。当采用其他来 源的水时，其性能应符合表5 . 1 . 8的规定 表5.1.8拌和用水的性能 序号 项 目 技术要求 预应力混凝土 钢筋混凝土 素混凝土 1 pH值 6.5 6.5 65 2 不溶物含量 2000 mg/L. 2000mg/L 5000mg/L 3 可溶物含量 2000mg/L 5000 mg/L 10000mg/L. 4 氯化物含量 500mg/L350mg/L. 用钢丝或热处理的钢筋 1000 mg/L 3500 mg/L 2