馬穎　張畢超

摘要：海港工程混凝土結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行防腐蝕耐久性設(shè)計(jì)，保證混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的安全和正常使用功能。文章通過某跨海橋工程實(shí)例，分析混凝土結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境下的受腐蝕機(jī)理，探討橋梁各結(jié)構(gòu)部位應(yīng)采取的具體耐久性設(shè)計(jì)與措施。

關(guān)鍵詞：濱海環(huán)境；混凝土橋梁；腐蝕機(jī)理；耐久性設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）11-0014-02

1 概述

長久以來，混凝土結(jié)構(gòu)一直被公認(rèn)具有非常好的耐久性。直到20世紀(jì)70年代末，發(fā)達(dá)國家才逐漸發(fā)現(xiàn)已建的混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施工程在某些環(huán)境下出現(xiàn)了過早損壞。海潮環(huán)境對(duì)混凝土橋梁而言是一種惡劣的生存條件，在橋梁運(yùn)營過程中，結(jié)構(gòu)不僅承受正常運(yùn)營荷載，還承受著海潮環(huán)境的侵蝕，大部分混凝土橋梁在使用10年左右即出現(xiàn)鋼筋銹蝕等病害，耐久性問題十分嚴(yán)峻，已經(jīng)影響到其正常使用功能。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國橋梁、港工、水工等混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題也非常嚴(yán)重，一般建成后8～12年就出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土開裂而需要大修，嚴(yán)重的不得不拆除重建。如某國家重點(diǎn)工程十萬噸級(jí)礦石中轉(zhuǎn)碼頭不到10年就不得不進(jìn)行腐蝕修補(bǔ)，造成的損失令人痛心。

因此，海港工程混凝土結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行防腐蝕耐久性設(shè)計(jì)，保證混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的安全和正常使用功能。本文就濱海環(huán)境下某特大海灣橋梁混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)措施進(jìn)行說明論述。

2 工程概況

特大橋路線全長4.4km，其中，橋梁全長3.32km，主橋長860m，側(cè)引橋長均為1.23km。主橋全寬33m，引橋全寬30m，大橋高約45m。大橋采用六車道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)速為80km。該橋主橋?yàn)?4.5+150.5+436+150.5+64.5m雙塔雙索面鋼箱梁斜拉橋，引橋全長2460m，采用30m、40m逐孔現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用倒花瓶型雙柱式橋墩，鉆孔樁基礎(chǔ)?？拐鸱矫娴脑O(shè)防烈度是7度，能抗100年一遇的大風(fēng)，并可以抵御300年一遇的潮水位。

工程所處海灣具有潮差高、風(fēng)浪大、海流急等特點(diǎn)，是弱堿性咸水；因?yàn)榈匦魏统毕挠绊?，使得海潮平均最大流速達(dá)到2.7m/s以上；海水實(shí)測含砂量較大，其使用環(huán)境條件十分惡劣。

通過對(duì)工程周邊在役混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)劣化的主要原因并不是堿骨料反應(yīng)、混凝土中性化、海洋生物、硫酸鹽侵蝕等因素，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性主要取決于結(jié)構(gòu)的抗氯離子性能。由于氯鹽侵蝕而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生鋼筋銹蝕，進(jìn)一步引發(fā)體積膨脹，最終導(dǎo)致混凝土剝落，致使結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。

3 海洋環(huán)境防腐蝕技術(shù)

3.1 海洋環(huán)境橋梁規(guī)范規(guī)定

海洋環(huán)境系指海上和受潮水影響的河口。咸水湖泊和有鹽、堿、酸腐蝕等特殊地區(qū)的橋梁施工可參照規(guī)定執(zhí)行。海洋環(huán)境橋梁應(yīng)配制具有高抗?jié)B性、高抗裂性和高工作性的海工耐久性結(jié)構(gòu)混凝土。海洋環(huán)境鋼結(jié)構(gòu)防腐施工應(yīng)確保材料的品質(zhì)和適宜的施工工藝。海洋環(huán)境施工應(yīng)符合環(huán)保要求，防止對(duì)海洋環(huán)境的污染。海洋環(huán)境施工受風(fēng)、浪、流條件影響，應(yīng)制定和執(zhí)行安全生產(chǎn)的一系列規(guī)程，確保安全。

3.2 “膠囊”方案

在混凝土橋梁各構(gòu)件，如橋墩、承臺(tái)、橋臺(tái)等接觸海水較多較長時(shí)間的部位，部件鋼筋骨架之外的保護(hù)層中可埋入溶解性防腐蝕劑膠囊，具體作用機(jī)理如下：50cm保護(hù)層中部可撒入防腐蝕劑膠囊，海水浸入時(shí)，溶解膠囊，防腐蝕劑擴(kuò)散，分散到混凝土中，形成一片防腐蝕區(qū)域，抵擋海水的再次腐蝕。這種膠囊可以批量制造，在混凝土與海水接觸的橋梁關(guān)鍵部位布置。但是埋入操作較為困難，可配備專業(yè)技術(shù)人員操作。

3.3 耐久性措施

本工程依據(jù)結(jié)構(gòu)所處具體位置和腐蝕環(huán)境，劃分不同侵蝕作用等級(jí)，并制定相應(yīng)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性措施，主要包括基本措施、附加措施、監(jiān)測措施等。

基本措施：本工程混凝土結(jié)構(gòu)均采用海工耐久性混凝土。主要以氯離子擴(kuò)散性能、高抗裂性能、高工作性能為參數(shù)，對(duì)海工耐久混凝土的原材料、配合比設(shè)計(jì)及工作性能、施工控制等提出了具有特色的控制要求。多座國外大型海上工程除設(shè)置適當(dāng)?shù)匿摻畋Ｗo(hù)層厚度外，并采用雙摻高性能混凝土基本措施，從而保證混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限，如丹麥-瑞典厄勒海峽工程、美國佛羅里達(dá)的“陽光”大橋、英吉利海峽隧道等。

附加措施：主要包括混凝土結(jié)構(gòu)表面防腐涂裝、滲透性控制模板、預(yù)應(yīng)力筋保護(hù)、鋼筋阻銹劑和局部使用環(huán)氧鋼筋等耐久性附加措施，根據(jù)不同的部位和環(huán)境采用不同的措施。如在斜拉橋主墩承臺(tái)和浪濺區(qū)的下塔柱采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12696-2000《混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的陰極保護(hù)》進(jìn)行了外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

監(jiān)測措施：為了掌握大橋混凝土結(jié)構(gòu)脫鈍前鋒面的發(fā)展進(jìn)程，確認(rèn)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護(hù)措施的有效性，對(duì)大橋的使用性能和壽命進(jìn)行可靠性的預(yù)測和評(píng)估，特設(shè)置了預(yù)埋式耐久性監(jiān)測系統(tǒng)。

4 結(jié)語

上述研究成果，成功地解決了本工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的技術(shù)難題，是耐久性基本理論研究與試驗(yàn)研究相結(jié)合的成功范例，這對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)維護(hù)與再建成本控制以及與節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展都將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：馬穎，女，陜西人，中交公路養(yǎng)護(hù)工程技術(shù)有限公司工程師，碩士，研究方向：橋梁結(jié)構(gòu)分析。

（責(zé)任編輯：周 瓊）