黃學(xué)松，馬永棟，馬龍，何小松

（1.華陽電業(yè)有限公司，福建 漳州 363150；2.蘇威（天津）材料科技有限公司，天津 300452；3.圣維可（廣州）防腐科技有限公司，廣東 廣州 510530）

1 維修加固方案

1.1 腐蝕環(huán)境調(diào)查

為了制定合理的修復(fù)方案，對已經(jīng)發(fā)生腐蝕的典型部位進行調(diào)查。對鋼筋周圍混凝土氯化物含量、混凝土電阻率、半電池電位等進行了檢測，此外，對鋼筋銹蝕產(chǎn)物進行了SEM能譜分析，對銹蝕產(chǎn)物中有害離子含量進行了測定。

1.1.1 混凝土氯化物含量測定

鉆取混凝土芯樣6個，長度105 mm，編號為1號～6號。從芯樣外側(cè)向內(nèi)側(cè)分段取粉末進行氯離子含量測試，氯離子平均含量如表1所示。

表1 混凝土氯離子含量Talbe 1 Chlorineion content of the concrete

根據(jù)相關(guān)標準[1]，引起混凝土中鋼筋腐蝕的氯離子含量臨界值在浪濺區(qū)為0.35%~0.45%，所檢測試樣氯離子含量已接近或超過該值，可以判定混凝土中鋼筋已經(jīng)處于腐蝕狀態(tài)[2]。

1.1.2 鋼筋半電池電位

采用半電池電位法對樁帽側(cè)面和正面鋼筋電池電位進行測量，測量間距20 cm，對每條測線上各測點電位值讀數(shù)穩(wěn)定（浮動不超過±0.02 V）時進行記錄，測試結(jié)果見表2?？梢詫Ρ瓤闯?，樁帽結(jié)構(gòu)正面電位比側(cè)面更負，正面發(fā)生腐蝕的幾率更大，這與正面承受更多來自海水浪濺的影響有關(guān)。根據(jù)標準[1]，“腐蝕電位負向大于-350 mV，則此區(qū)域發(fā)生鋼筋腐蝕的概率大于90%”，表2所測得數(shù)據(jù)基本上都負向大于該值，可以判定所檢測部位鋼筋已基本處于腐蝕狀態(tài)。

表2 鋼筋半電池電位測量結(jié)果Table 2 Measuring results of the half-cell potential of reinforcement

1.1.3 鋼筋腐蝕形貌

??帕特里克·H．赫頓:《記憶:見證、經(jīng)驗、集體記憶》，載南?！づ撂丶{、薩拉·富特主編《史學(xué)理論手冊》，余偉、何立民譯，格致出版社、上海人民出版社2017年版，第503、494頁。

對外表完整的樁帽混凝土鑿出鋼筋進行檢查，發(fā)現(xiàn)橫向鋼筋已經(jīng)銹蝕，并且出現(xiàn)鋼筋直徑局部減小現(xiàn)象，豎向鋼筋存在不同程度的銹蝕，銹蝕面積大于70%。這與氯離子含量結(jié)果和半電池電位測定結(jié)果是一致的。

1.1.4 銹蝕產(chǎn)物成分分析

為進一步確定鋼筋腐蝕的原因，對鋼筋銹蝕產(chǎn)物進行了掃描電鏡能譜分析，結(jié)果表明，鋼筋腐蝕產(chǎn)物中氯元素含量重量百分比達到2.91%，可以判斷氯離子已經(jīng)完全穿過混凝土保護層到達鋼筋表面，造成鋼筋大量銹蝕。

1.2 腐蝕調(diào)查結(jié)論

根據(jù)氯離子含量、混凝土電阻率、半電池電位和鋼筋銹蝕產(chǎn)物能譜分析結(jié)果，可以判斷出造成樁帽混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕的主要原因是氯鹽滲透。由于所檢測混凝土結(jié)構(gòu)已經(jīng)存在大量主筋銹蝕，混凝土表面保護層剝落，鋼筋裸露，為了保證碼頭的安全使用，延續(xù)碼頭的使用壽命，將對整個碼頭所有樁帽進行修復(fù)加固。

1.3 碼頭樁帽修復(fù)方案的制定

針對結(jié)構(gòu)損壞情況，考慮以下4種方案[3]：拆除結(jié)構(gòu)重建，移除氯離子含量高的混凝土，電化學(xué)除氯以及陰極保護技術(shù)[4]。前3種方法存在成本高，無法在潮差區(qū)和浪濺區(qū)進行施工的缺陷，而陰極保護技術(shù)一方面可以僅對腐蝕嚴重的部位進行修復(fù)，另一方面還可以消除氯鹽污染后更換新混凝土而造成的“陽極效應(yīng)”[4]。

因此，項目選用陰極保護修復(fù)方案，使維修區(qū)域的鋼筋腐蝕得到有效控制，并為整個結(jié)構(gòu)建立整體的陰極保護系統(tǒng)。

2 維修加固

2.1 陰極保護系統(tǒng)分區(qū)及組成

碼頭樁帽陰極保護系統(tǒng)主要包括：鈦基MMO金屬陽極網(wǎng)、鈦導(dǎo)電條、塑料卡、鈦參比電極、正極接頭、負極接頭、參比電極回路接頭、電纜及接線專用接頭、接線盒及接線箱、Mconex電源系統(tǒng)及SAVCOR參比電極監(jiān)控系統(tǒng)。

將整個碼頭結(jié)構(gòu)分為15個分區(qū)，每個分區(qū)安裝1個主接線盒（JB1~JB15），每個樁帽安裝1個小接線盒、正極接頭和負極接頭，每個樁帽的接線都應(yīng)接入相應(yīng)區(qū)域的主接線盒。所有主接線盒接入1個或多個Mconex電源系統(tǒng)單元中。

2.2 陰極保護系統(tǒng)施工

1）施工流程為：切割開槽→鑿除舊混凝土→清潔鋼筋→建立電連續(xù)性→清潔混凝土基材→安裝負極、參比電極→涂刷底層砂漿并施工第一層砂漿→安裝陽極及正極接頭→施工第2層砂漿及養(yǎng)護→接線。見圖1。

圖1 主要施工流程示意圖Fig.1 Main construction flow chart

2） 主要施工方法為：

①混凝土鑿除及鋼筋腐蝕產(chǎn)物清潔。將需要維修的區(qū)域完全鑿開，邊緣深度至少10 mm，露出所有鋼筋，清潔鋼筋表面所有疏松的氧化皮和腐蝕產(chǎn)物。

②建立鋼筋電連續(xù)性并清潔混凝土。對維修區(qū)域暴露的鋼筋進行電連續(xù)性測試，如果發(fā)現(xiàn)鋼筋電連續(xù)性不佳（>2Ω），采用φ6 mm鋼筋焊接以重新建立電連續(xù)性。焊接后需重新測試，確保所有鋼筋之間建立電連續(xù)性。采用高壓水槍或者機械方法去除混凝土基材疏松物及其它污染物。

③安裝負極、參比電極及參比電極專用回路接頭。將負極接頭及參比電極專用回路接頭牢固焊接于鋼筋上，參比電極（如有）采用尼龍扎帶牢固綁扎在兩根鋼筋的中間。

④涂刷底層砂漿及施工第1層修復(fù)砂漿。將水泥∶淡水=1∶2的底層砂漿涂刷于鋼筋及混凝土表面，確保鋼筋表面，包括鋼筋后側(cè)完全被砂漿包裹。在砂漿未完全干燥時，用灰鏟抹上第1層修復(fù)砂漿，厚度應(yīng)超過最外層鋼筋表面25 mm。

⑤安裝陽極及正極接頭。第1根陽極安裝在維修區(qū)域混凝土邊緣處，其余按20 cm間距安裝，安裝后采用導(dǎo)電條連接，再將正極接頭焊接于導(dǎo)電條上。安裝陽極后，需持續(xù)進行短路測試。

⑥施工第2層砂漿及養(yǎng)護。陽極安裝后，用灰鏟將第2層砂漿抹到陽極網(wǎng)上，要確保所有埋置陽極和電接頭外的保護層厚度至少達到40 mm。維修施工完成后應(yīng)立刻噴涂丙烯酸養(yǎng)護液進行養(yǎng)護。

2.3 系統(tǒng)調(diào)試

2.3.1 測試

對每個區(qū)域主接線箱進行所有正極接線端之間的電連續(xù)性、所有負極接線端和參比回路接線端之間的電連續(xù)性、正極接線端和負極接線端之間是否存在短路、所有參比電極的自然電位測試。

對Mconex電源系統(tǒng)進行所有正極接線端和所有負極接線端短路測試、負極接線端和參比回路接線端之間的電連續(xù)性測試、參比電極自然電位等測試。

2.3.2 調(diào)試

所有系統(tǒng)測試無誤后，對整個系統(tǒng)進行通電調(diào)試，結(jié)果符合歐洲標準EN12696：2000第8.6條的規(guī)定：從瞬時斷電起最大24 h，參比電極電位最小100 mV的衰減[5]。每個分區(qū)參比電極調(diào)試結(jié)果見圖2。

圖2 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果Fig.2 System debugging results

3 結(jié)語

鹽污染環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在達到設(shè)計使用年限發(fā)生前過早破壞現(xiàn)象在全世界范圍內(nèi)普遍存在，發(fā)達國家采用陰極保護技術(shù)對已建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行腐蝕控制有超過30 a的歷史。漳州后石電廠煤碼頭樁帽混凝土結(jié)構(gòu)成功采用陰極保護技術(shù)進行修復(fù)，其設(shè)計、安裝、調(diào)試以及運行可為類似工程提供參考。

[1]JTJ302—2006，港口水工建筑物檢測與評估技術(shù)規(guī)范[S].JTJ 302—2006，Technical specification for detection and assessment of harbour and marinestructures[S].

[2]陳濤.混凝土結(jié)構(gòu)外加電流陰極防護技術(shù)及其在工程中的應(yīng)用[J].橋梁建設(shè)，2006（3）：12-15.CHEN Tao.Impressed current cathodic protection techniques for concrete structures and their applications to civil engineering[J].Bridge Construction，2006（3）：12-15.

[3]CHEAITANIAtef，周欲曉.陰極保護——氯鹽污染海工混凝土的最佳長效維修解決方案[J].全面腐蝕控制，2012，26（2）：1-3.CHEAITANI Atef，ZHOU Yu-xiao.Cathodic protection：the only long term solution for the repair of reinforced concrete chloride contaminated marine structures[J].Total Corrosion Control，2012，26（2）：1-3.

[4] 石月亮，代學(xué)亮，王文山.湛江港一區(qū)突堤碼頭修補加固施工工藝[J].中國港灣建設(shè)，2008（4）：56-59.SHIYue-liang，DAIXue-liang，WANGWen-shan.Technology for repair and reinforcement of finger pier in port area I in Zhanjiang Port[J].China Harbour Engineering，2008（4）：56-59.

[5]BS.EN 12696：2000，Cathodic protection of steel in concrete[S].