海洋環(huán)境下橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的防腐措施

周 禮 吳 楠 蔣 蕾

(1.昆山市軌道交通投資發(fā)展有限公司，江蘇 蘇州 215000; 2.江蘇省交通科學(xué)研究院股份有限公司，江蘇 南京 210017)

0 引言

我國交通部分別于1963年，1965年，1980年針對我國沿海工程結(jié)構(gòu)混凝土破壞狀況組織過3次調(diào)查。1960年，在對華南、華東地區(qū)27座海港混凝土結(jié)構(gòu)的調(diào)查分析中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的影響因素中，鋼筋銹蝕占到74%。1980年，在對華南18座使用7年～25年海港鋼筋混凝土碼頭的調(diào)查分析中發(fā)現(xiàn)，鋼筋銹蝕或不耐久的占調(diào)查結(jié)果89%，出現(xiàn)銹蝕破壞的時間有的僅5年～10年，這些結(jié)構(gòu)使用壽命基本上都達(dá)不到設(shè)計使用年限要求[1]。

20世紀(jì)30年代，美國俄勒岡州Alsea海灣上的多拱大橋，因氯離子侵入導(dǎo)致鋼筋嚴(yán)重銹蝕，在短期內(nèi)便發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞。20世紀(jì)60年代，美國舊金山海灣建造的San Mateo－Hayward大橋，浪濺區(qū)的預(yù)制橫梁在海水作用下，鋼筋發(fā)生嚴(yán)重銹蝕，1980年不得不花巨資修補(bǔ)。阿拉伯和紅海上建造的大量海工混凝土結(jié)構(gòu)，由于嚴(yán)重的侵蝕環(huán)境作用，往往在使用一年后鋼筋就遭到明顯腐蝕。日本運輸省通過對103座混凝土海港碼頭的檢查發(fā)現(xiàn)，使用20年以上的碼頭都存在嚴(yán)重的順筋銹裂[2]。

由此可見，氯鹽侵蝕是導(dǎo)致沿海工程混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因。本文針對沿海橋梁所處的特殊環(huán)境，依據(jù)現(xiàn)有規(guī)范的規(guī)定，對此特殊環(huán)境下已建橋梁采用的耐久性防護(hù)措施進(jìn)行分析，以期能夠為類似環(huán)境下橋梁的建設(shè)提供參考。

1 國內(nèi)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定

對于沿海工程混凝土的防腐蝕技術(shù)，我國《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》和《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》均提出了明確的要求。

JTJ 275－2000海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范3.0.2中明確規(guī)定:“混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕耐久性設(shè)計，應(yīng)針對結(jié)構(gòu)預(yù)定功能和所處環(huán)境條件，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造和抗腐蝕性、抗?jié)B性良好的優(yōu)質(zhì)混凝土;對處于浪濺區(qū)的混凝土構(gòu)件，宜采用高性能混凝土，或同時采用特殊防腐蝕措施”[3]。

JTG/T B07－01－2006公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范4.1中明確規(guī)定:“對于重要工程中受環(huán)境嚴(yán)重作用(D，E和F級)的結(jié)構(gòu)部位，應(yīng)考慮是否需要采取附加防腐蝕措施”[4]。

GB/T 50476－2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范3.1.2中明確規(guī)定:“混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計應(yīng)包括下列內(nèi)容:1)結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限、環(huán)境類別及其作用等級;2)有利于減輕環(huán)境作用的結(jié)構(gòu)形式、布置和構(gòu)造;3)混凝土結(jié)構(gòu)材料的耐久性質(zhì)量要求;4)鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度;5)混凝土裂縫控制要求;6)防水、排水等構(gòu)造措施;7)嚴(yán)重環(huán)境作用下合理采取防腐蝕附加措施或多重防護(hù)策略;8)耐久性所需的施工養(yǎng)護(hù)制度與保護(hù)層厚度的施工質(zhì)量驗收要求;9)結(jié)構(gòu)使用階段的維護(hù)、修理與檢測要求?！庇纱丝梢姡痘炷两Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》已將防腐蝕附加措施作為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的一項必要內(nèi)容加以明確規(guī)定。

對于后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，GB/T 50476－2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范3.5.10中明確規(guī)定:“后張預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)采取多重防護(hù)措施”。

GB/T 50476－2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范6.1.6中明確規(guī)定:“氯化物環(huán)境下的重要混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，當(dāng)環(huán)境作用等級為E或F級時應(yīng)采用防腐蝕附加措施”。

GB/T 50476－2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范7.2.6中明確規(guī)定:“當(dāng)混凝土構(gòu)件處于硫酸根離子濃度大于1 500 mg/L的流動水或pH值小于3.5的水中時，應(yīng)在混凝土表面設(shè)置專門的防腐蝕附加措施”[5]。

由此可見，對于沿海工程混凝土的防腐蝕技術(shù)，除了選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和抗腐蝕性、抗?jié)B性良好的混凝土之外，采用防腐蝕附加措施也是提高海工混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性的重要措施。

2 耐久性附加措施的實際工程應(yīng)用

2.1 國內(nèi)橋梁工程實例

本文主要調(diào)研了東海大橋、黃海大橋和崇啟大橋三座大橋的耐久性附加措施的應(yīng)用情況。在對三座大橋服役環(huán)境對比的基礎(chǔ)上(如表1所示)，分別分析三座大橋耐久性附加措施的實際應(yīng)用情況。

表1 三座大橋服役環(huán)境對比

2.1.1 東海大橋

在東海大橋工程建設(shè)的過程中，根據(jù)結(jié)構(gòu)安全使用100年的要求，確定耐久性的設(shè)計思路為:首先，采用高性能混凝土來提高混凝土材料本體的耐久性;其次，針對不同構(gòu)件和部位，確定合理的鋼筋保護(hù)層厚度;最后，對于環(huán)境條件嚴(yán)苛的結(jié)構(gòu)部位增加其他輔助措施，如增加防護(hù)涂層等等，以提高大橋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

東海大橋各結(jié)構(gòu)部位采用的具體的耐久性防護(hù)方案如表2所示。

表2 東海大橋各結(jié)構(gòu)部位耐久性方案

2.1.2 黃海大橋

為提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能及抗海水侵蝕性能，黃海大橋采取的主要防腐蝕措施為:在混凝土結(jié)構(gòu)物表面采用硅烷浸漬和環(huán)氧涂層兩道防護(hù)措施。

黃海大橋各結(jié)構(gòu)部位采用的具體的耐久性防護(hù)方案如表3所示。

表3 黃海大橋海上段混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方案

2.1.3 崇啟大橋

在崇啟大橋工程建設(shè)前期，首先對橋位環(huán)境進(jìn)行調(diào)研分析，根據(jù)環(huán)境的特殊性進(jìn)行理論分析研究，最終根據(jù)理論研究成果，在保證橋梁結(jié)構(gòu)安全滿足設(shè)計要求的前提下，確定經(jīng)濟(jì)合理的耐久性防護(hù)措施。

崇啟大橋各結(jié)構(gòu)部位采用的具體的耐久性防護(hù)方案如表4所示。

表4 崇啟大橋各結(jié)構(gòu)部位耐久性方案

對上述三座橋梁采用的耐久性防護(hù)措施進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)主要的防護(hù)措施是選用高性能混凝土，并進(jìn)行混凝土表面防護(hù)。但各個橋梁采用的防護(hù)措施都不盡相同，是根據(jù)橋梁所處的特殊環(huán)境以及施工技術(shù)水平而制定的具有其工程特點的施工方案。

2.2 國外橋梁工程實例

國外一些跨海工程的耐久性防護(hù)措施如表5所示。

表5 國外跨海工程耐久性防護(hù)措施

對表5分析可知，國外跨海工程中使用較多的耐久性防護(hù)措施是進(jìn)行表面涂層防護(hù)，也有工程選用了陰極防護(hù)措施、防腐蝕套和摻加阻銹劑的方法。

3 結(jié)語

沿海橋梁所處環(huán)境及運營條件比較惡劣，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)受到環(huán)境侵蝕程度較大，這對沿海橋梁的耐久性設(shè)計工作提出了更高的要求，需要在防腐蝕附加措施的經(jīng)濟(jì)性、可施工性以及可更換性方面進(jìn)行全面的考慮。如果耐久性附加措施設(shè)計不當(dāng)，不僅浪費人力、物力和財力，而且也會增加橋梁后期運營維護(hù)的壓力。因此需要根據(jù)實際環(huán)境及工程特點，采取適宜的耐久性附加措施，以提高橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能和使用壽命。

[1] 陳 駒.氯離子侵蝕作用下混凝土構(gòu)件的耐久性[D].杭州:浙江大學(xué)，2002.

[2] 宏定海.混凝土中鋼筋的腐蝕與保護(hù)[M].北京:中國鐵道出版社，1998.

[3] JTJ 275－2000，海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].

[4] JTG/T B07－01－2006，公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].

[5] GB/T 50476－2008，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范[S].