JTG/T 3310-2019 公路工程混凝土结构耐久性设计规范

JTG

中华人民共和国行业推荐性标准JTG/T3310-2019

公路工程混凝土结构

耐久性设计规范

CodeforDurabilityDesignofConcreteStructures

inHighwayEngineering

2019—05—27发布2019—09—01实施

中华人民共和国交通运输部发布

目次

目次

前言

目次

1总则............................................................1

2术语和符号......................................................2

2.1术语..........................................................2

2.2符号..........................................................4

3基本规定........................................................5

4环境...........................................................10

4.1一般规定.....................................................10

4.2环境类别与作用等级...........................................10

4.3一般环境.....................................................12

4.4冻融环境.....................................................13

4.5近海或海洋氯化物环境.........................................14

4.6除冰盐等其他氯化物环境.......................................15

4.7盐结晶环境...................................................17

4.8化学腐蚀环境.................................................18

4.9磨蚀环境.....................................................20

5材料...........................................................22

5.1一般规定.....................................................22

5.2原材料.......................................................22

5.3混凝土.......................................................25

5.4水泥基灌浆材料...............................................30

6桥涵...........................................................31

6.1一般规定......................................................31

6.2钢筋的混凝土保护层............................................32

6.3裂缝控制......................................................34

目次

6.4构造措施......................................................35

6.5后张预应力混凝土桥梁..........................................37

6.6预制拼装混凝土桥涵............................................40

7隧道...........................................................42

7.1一般规定.....................................................42

7.2钢筋的混凝土保护层...........................................42

7.3裂缝控制.....................................................43

7.4构造措施.....................................................44

8防腐蚀附加措施.................................................46

8.1一般规定.....................................................46

8.2涂层钢筋或耐蚀钢筋...........................................47

8.3钢筋阻锈剂...................................................49

8.4混凝土表面处理...............................................50

8.5透水模板衬里.................................................53

8.6电化学保护...................................................53

附录A给定设计使用年限的保护层厚度计算方法.....................55

A.1计算说明.....................................................55

A.2方法1——CECS评定标准方法...................................55

A.3方法2——多因素耦合方法......................................60

A.4方法3——西部课题方法........................................62

A.5方法4——欧洲Duracrete方法..................................65

A.6计算示例.....................................................68

本规范用词用语说明...............................................76

1总则

1总则

1.0.1为指导公路工程混凝土结构耐久性设计，提高公路工程混凝土结构的耐久

性能，制定本规范。

1.0.2本规范适用于考虑环境作用影响的公路工程混凝土结构的耐久性设计。涉

及的环境作用包括：碳化、冻融循环、氯盐侵蚀、硫酸盐结晶膨胀、化学物质腐

蚀和摩擦、切削、冲击等磨蚀。

条文说明

环境作用是引起公路工程混凝土结构性能劣化的主要因素。鉴于疲劳、振动

等力学作用，以及生物、辐射和电磁作用对混凝土结构性能劣化的影响研究尚不

成熟，本规范暂不纳入。

1.0.3公路工程混凝土结构设计应包含基于荷载作用的结构设计和考虑环境作

用的结构耐久性设计。

1.0.4公路工程混凝土结构耐久性设计，应根据结构的设计使用年限、结构所处

的环境类别及作用等级，确定材料耐久性指标、减轻环境作用效应的结构构造措

施、防腐蚀附加措施等。

1.0.5公路工程混凝土结构的耐久性设计，除应执行本规范的规定外，尚应符合

现行国家和行业标准的有关规定。

1

2术语和符号

2术语和符号

2.1术语

2.1.1结构耐久性structuraldurability

在设计确定的环境作用和维护、使用条件下，结构及其构件在设计使用年限

内保持其安全性和适用性的能力。

2.1.2环境作用environmentalactions

引起结构材料性能劣化或腐蚀的物理、化学或生物等环境因素对结构的作用。

2.1.3环境作用等级environmentalactiongrade

根据环境作用对混凝土及结构破坏或腐蚀程度的不同而划分的若干级别。

2.1.4设计使用年限designservicelife

在正常设计、正常施工、正常使用和正常养护条件下，桥涵、隧道结构或结

构构件不需进行大修或更换，即可按其预定目的使用的年限。

2.1.5耐久性极限状态durabilitylimitstates

对应于结构或结构构件在环境影响下出现的劣化达到耐久性能的某项规定

限制或标志的状态。

2.1.6胶凝材料binder

混凝土原材料中具有胶结作用的硅酸盐水泥和粉煤灰、硅灰、磨细矿渣等矿

物掺合料的总称。

2.1.7水胶比watertobinderratio

混凝土拌合物中用水量与胶凝材料总量的质量比。

2.1.8混凝土抗冻耐久性指数concretefreeze-thawresistancefactor（DF）

混凝土经规定次数快速冻融循环试验后，用标准试验方法测定的动弹性模量

与初始动弹性模量的比值。

2.1.9劣化degradation

材料性能随时间的衰减变化。

2.1.10大掺量矿物掺合料混凝土concretewithhighvolumemineraladmixture

胶凝材料中含有较大比例的粉煤灰、硅灰、磨细矿渣等矿物掺合料。当单掺

粉煤灰或硅灰时，其掺量≥30%；单掺磨细矿渣时，其掺量≥50%；复掺时，掺量

2

2术语和符号

之和≥50%。

2.1.11混凝土保护层厚度concretecoverthickness

混凝土构件中钢筋最外缘到混凝土表面的距离。

2.1.12氯离子扩散系数diffusioncoefficientofchlorideion

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。

2.1.13涂层钢筋

主要是指环氧涂层钢筋，是将热固性环氧树脂、固化剂及其他添加料以粉末

形式喷涂到已加热的钢筋表面上，熔融固化后在钢筋表面形成附着牢固的连续涂

层。

2.1.14耐蚀钢筋

在碳素钢中加入适量的一种或几种耐腐蚀合金元素，如Cr、Ni等，使其具

有耐腐蚀性能，主要包括低合金耐蚀钢筋和不锈钢钢筋。不锈钢钢筋中的铬含量

至少为10.5%，碳含量不超过1.2%。低合金耐蚀钢筋是指合金元素总量不超过

5%的钢筋。

2.1.15钢筋阻锈剂

加入混凝土（或砂浆）中或涂刷在混凝土（或砂浆）表面，通过对混凝土（或

砂浆）内钢筋的直接作用，能够阻止或减缓钢筋锈蚀的化学物质。

2.1.16混凝土表面涂层

在混凝土表面涂刷成膜型涂料形成保护膜，阻滞外部水分和腐蚀性介质进入

混凝土内部，防止混凝土结构受腐蚀破坏，延长其使用寿命。

2.1.17混凝土表面憎水处理

采用硅烷、硅氧烷等渗透型材料渗入混凝土内部并使混凝土表面具有憎水性，

阻滞水与有害介质进入，延缓混凝土结构腐蚀破坏，延长其使用寿命。

2.1.18透水模板衬里（渗透性模板衬里）

多采用聚丙烯纤维熔粘成具有大量微孔的透水毡片面层（或用合成纤维束编

织成的网片），中间夹有蓄水性颗粒经共同压制而成。

2.1.19电化学保护

在钢筋混凝土构件表面或附近设置阳极系统，对钢筋施加阴极电流，以抑制

钢筋腐蚀的技术措施。电化学保护分为外加电流阴极保护和牺牲阳极保护。

3

2术语和符号

2.2符号

c——钢筋的混凝土保护层厚度；

cmin——钢筋的混凝土保护层最小厚度；

DRCM——用外加电场加速离子迁移的标准试验方法测得的氯离子扩散系数；

DF——混凝土抗冻耐久性指数；

E0——经历冻融循环之前混凝土的初始动弹性模量；

E1——经历冻融循环之后混凝土的动弹性模量；

I-A——一般环境（I类）中作用等级为轻微（A级）的环境条件，以此类推；

N——快速冻融循环试验中混凝土试件经受冻融循环的次数；

PAi——预应力锚固段防护措施编号；

PSi——预应力钢筋防护措施编号；

RH——相对湿度。

4

3基本规定

3基本规定

3.0.1公路工程混凝土结构耐久性设计应包括下列主要内容：

1确定结构和构件的设计使用年限；

2划分工程结构和构件的环境类别及作用等级；

3选定原材料、混凝土和水泥基灌浆材料的性能和耐久性控制指标；

4采用有利于减轻环境作用效应的结构形式和构造措施，包括：混凝土保护

层、抗裂设计、防排水和后张预应力体系的多重防护措施等；

5必要时采取防腐蚀附加措施。

条文说明

公路工程混凝土结构耐久性设计步骤如图3.0.1a所示。

3.0.2根据构件所处的局部环境条件，应分区、分部位进行耐久性设计。

条文说明

当公路工程混凝土结构不同构件受环境作用差异较大时，例如，由于大桥或

长桥的不同桥段所处位置和局部环境特点的不同，其环境类别与作用等级可能存

在明显差异，应分区进行耐久性设计。当桥梁沿高度方向所受环境作用变化较大

时，例如，对于位于水中的桥墩，可分为水下区、水位变动区（浪溅区）和大气

区分别进行耐久性设计。

5

3基本规定

设计使用年限确定§3

易更换

可更换

构件种类划分

§3难更换

不可更换

环境类别

环境条件确定§4.2确定环境参数

作用等级

水泥、砂石、矿物掺合料、

原材料§5.2

拌和水、外加剂

材

料

强度等级、配合比、氯离子、

耐含量、碱含量和硫酸盐含量

久混凝土§5.3

性补充指标：抗冻耐久性指

要数、电通量、氯离子扩散系

数、耐磨性能

求

材料耐久性水泥基灌浆料§5.4

指标和构造

措施确定结

混凝土保护层厚度§6.2、7.2

构

桥梁结构

物§6

裂缝宽度限值§6.3、7.3

根耐

据

环久

境性构造措施§6.4、7.4

特

要隧道结构§7

点

和求后张预应力§6.5

设

计

需

涂层钢筋或耐蚀钢筋

求§8.2

钢筋阻锈剂§8.3

防腐蚀附加

混凝土表面处理§8.4

措施选取§8

透水模板衬里§8.5

电化学保护§8.6

图3.0.1a公路工程混凝土结构耐久性设计的一般步骤

注：实线框图步骤为耐久性设计的必选项，虚线框图步骤为可选项。

6

3基本规定

3.0.3对于公路工程混凝土结构的常规耐久性设计，应按照本规范规定执行。当

需要验算钢筋锈蚀、混凝土开裂和混凝土保护层剥落三类耐久性极限状态时，可

参照附录A进行结构构件使用年限或保护层厚度的定量计算。

3.0.4对于耐久性有特殊要求，或设计使用年限、环境条件超越本规范规定的混

凝土结构应进行专门的耐久性研究和论证。

3.0.5公路工程混凝土结构的设计使用年限，应按表3.0.5的规定选用。对有特

殊要求的结构，其设计使用年限可在上述规定的基础上，经技术经济论证后予以

适当调整。

表3.0.5公路工程混凝土结构设计使用年限（年）

可更换构件

桥涵主体结构/衬砌、洞门等隧道主体结构

桥涵隧道

公路等级

特大桥斜拉索、栏杆、伸内边水沟、

长隧道小桥

大桥中桥短隧道吊索、系缩缝、支电缆沟槽、

中隧道涵洞

特长隧道杆等座等盖板等

高速公路

10010010010050

一级公路

二级公路1001005010030

201530

三级公路100100505030

四级公路10050505030

条文说明

本条的设计使用年限参照了《公路工程技术标准》(JTGB01-2014）的规定。

对于一些特别重要的公路工程混凝土结构，或在业主有特殊要求时，其设计使用

年限可以大于100年。如：港珠澳大桥的设计使用年限为120年。

3.0.6公路桥涵结构构件，应依据其更换难易程度确定设计使用年限，宜按表

3.0.6的规定划分为主体结构和可更换构件，可更换构件划分为难更换和易更换

构件两类。不可更换构件的设计使用年限应按照表3.0.5的规定选用。难更换构

件的设计使用年限不应小于20年，易更换构件不应小于15年。

表3.0.6公路桥涵结构构件可更换性一览表

可更换构件

构件名称主体结构

难更换易更换

混凝土主梁√

桥梁上部梁桥

体外预应力筋√

结构构件

拱桥桥面系混凝土构件√

7

3基本规定

（梁、板）

主拱圈√

拱上立柱√

吊杆（索）√√

系杆√√

混凝土索塔√

斜拉桥主梁√

斜拉索√

塔√

主缆√

锚碇√

悬索桥

加劲梁√

索鞍√

吊杆（索）√√

桥面铺装√

排水系统√

护栏/栏杆√

伸缩缝√

支座√√

帽梁√

立柱/立柱间系梁√

桥梁下部承台√

结构构件基础√

桥台/挡土墙√

排水系统√

注：1可根据技术发展水平及经济性，适当变更表中构件的可更换难易程度；

2拱桥和悬索桥吊杆（索）的更换难易程度需根据吊杆索体及锚固端构造确定，成品拉索类吊杆多为

易更换；拱桥现浇混凝土系杆不可更换，成品拉索类系杆难于更换；

3未列入表中的构件，由业主或设计人员视实际情况确定其更换难易程度；

4大吨位的盆式支座、减隔震支座等一般难于更换，小吨位的板式或盆式橡胶支座一般易于更换。

3.0.7公路隧道结构构件，宜按表3.0.7的规定划分为不可更换构件和可更换构

件。不可更换构件的设计使用年限应按照表3.0.5的规定选用。可更换构件的设

计使用年限不应小于30年。

表3.0.7公路隧道结构构件可更换性一览表

构件名称主体结构可更换构件

底板√

明挖法隧道框架结构侧墙√

顶板√

8

3基本规定

拱墙√

拱形结构仰拱√

仰拱填充√

喷射混凝土√

喷锚衬砌锚杆√

钢筋网√

钻爆法隧道

仰拱√

模筑混凝土

拱墙√

衬砌

仰拱填充√

预制混凝土管片√

盾构法隧道

其他预制件（如箱涵、口子件）√

洞门√

洞门、路面及附属

水泥混凝土路面/车道板√

构件

排水沟、电缆沟的沟壁与盖板√

注：1可根据技术发展水平及经济性，适当变更表中构件的可更换程度；

2未列入表中的构件，由业主或设计人员视实际情况确定其更换难易程度。

9

4环境

4环境

4.1一般规定

4.1.1混凝土结构的耐久性设计应根据结构所处区域和环境特点，确定环境类别，

并根据环境调研结果确定结构构件所处的环境作用等级。

条文说明

结构所处区域和环境特点是判断和确定结构所属环境类别的基本依据。对于

有分区、分部位进行耐久性设计要求的公路工程混凝土结构，比如：跨江或跨海

长桥，其引桥、航道区或桥墩的水上和水下区域所处的局部环境特点并不相同，

因而虽然同属一类环境类别，但各构件所属的环境作用等级不尽相同。因此，在

确定了环境类别之后，再根据本规范规定和进一步的环境调研结果，判断构件所

处的环境作用等级。

4.1.2当结构和构件受到多种环境共同作用时，应分别满足每种环境类别单独作

用下的耐久性要求。

条文说明

多种环境因素的耦合作用，可能加剧劣化作用。但目前尚无明确的耦合作用

下的劣化定量研究成果。因此，本规范将满足每种环境类别下最不利条件的规定

作为耐久性基本要求。

4.2环境类别与作用等级

4.2.1公路工程混凝土结构环境类别应按表4.2.1的规定进行确定。

表4.2.1环境类别

环境类别

劣化机理

名称符号

一般环境Ⅰ混凝土碳化

冻融环境Ⅱ反复冻融导致混凝土损伤

近海或海洋氯化物环境Ⅲ海洋环境下的氯盐引起钢筋锈蚀

除冰盐等其他氯化物环境Ⅳ除冰盐等氯盐引起钢筋锈蚀

盐结晶环境Ⅴ硫酸盐在混凝土孔隙中结晶膨胀导致混凝土损伤

化学腐蚀环境Ⅵ硫酸盐和酸类等腐蚀介质与水泥基发生化学反应导致混凝土损伤

10

4环境

磨蚀环境Ⅶ风沙、流水、泥沙或流冰摩擦、冲击作用造成混凝土表面损伤

条文说明

混凝土结构耐久性设计与结构所处环境类别有直接关系。国内外规范中的环

境分类方法大多根据结构工作环境情况、劣化机理、形态以及各行业传统经验制

定。本规范根据环境对钢筋和混凝土材料的劣化机理，将公路工程混凝土结构常

见的环境类别归纳为七大类，用罗马字母表示。

4.2.2环境作用等级的确定宜根据表4.2.2的规定，选取适宜因素，对最近3

年的环境状况和数据开展进一步调研。对于有特殊要求或重大工程结构，可以开

展专题研究。

表4.2.2环境调研的内容

环境类别

调研内容

名称符号

一般环境Ⅰ年平均相对湿度、与水接触程度

冻融环境Ⅱ最冷月平均气温、日温差、饱水程度、雨雪和雨淋程度

年平均气温、最热月平均气温、最冷月平均气温、距海岸线距离、

近海或海洋氯化物环境Ⅲ

构件所处海水环境位置

除冰盐等其他氯化物环境Ⅳ水体中氯离子浓度

盐结晶环境Ⅴ硫酸根离子浓度（含量）、有无干湿交替作用、日温差

化学腐蚀环境Ⅵ水体中、土体中的化学侵蚀物质浓度（含量）、水、酸雨的酸碱度

磨蚀环境Ⅶ风力等级、年累计刮风天数、河道汛期含砂量、流冰量

4.2.3环境对公路工程混凝土结构的作用程度应采用环境作用等级表达，并应按

表4.2.3的规定进行划分。

表4.2.3环境作用等级划分

环境类别环境作用影响程度

ABCDEF