水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層的作用探究

袁三濤

四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司 四川 成都 610000

水運工程的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長期處于潮濕、水霧彌漫的環(huán)境中，在氯離子作用下發(fā)生腐蝕，為提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，要充分掌握鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層的作用，明確鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護的重點任務(wù)，依據(jù)實際情況，有序開展水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護活動。技術(shù)人員堅持安全第一、質(zhì)量為主的基本原則，注重對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護層檢驗要求進行詳細分析，強化技術(shù)人員的安全意識及工作責(zé)任，有效實施外加電流陰極保護、犧牲陽極陰極保護、腐蝕防護等多項技術(shù)，更好的發(fā)揮鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層的作用。

1 水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層的功能及作用

1.1 確保鋼筋與混凝土可以共同工作

水運工程中的鋼筋與混凝土共同發(fā)揮實體保護的作用，很好的保障了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力及安全性能。鋼筋是一種抗拉性好的延性材料，混凝土是一種抗壓性強的脆性材料，水運工程建設(shè)中將鋼筋與混凝土結(jié)合使用，促進其抗拉性與抗壓性優(yōu)勢結(jié)合，形成具有一定抗壓、抗拉、抗扭、抗剪等結(jié)構(gòu)性能的建筑物。鋼筋與混凝土共同工作，使得這兩種材料的粘著力、咬合力、摩擦力發(fā)揮作用，直接影響水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力，保護層厚度適中，促使鋼筋與混凝土之間的握裹力提升[1]。

1.2 提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

水運工程項目的特殊性：氯離子侵蝕、環(huán)境潮濕，導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)不密實，產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重的還造成鋼筋銹蝕引起結(jié)構(gòu)破壞，影響水運工程項目的正常使用?；炷帘Ｗo層對鋼筋銹蝕具有保護作用，混凝土碳化嚴(yán)重影響整體結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性，結(jié)構(gòu)失去承載力。保護層具有一定厚度，使得鋼筋不受高溫影響，比如以砂石為骨料的混凝土可耐700℃高溫，有效避免高溫輻射[2]。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護層的厚度達到標(biāo)準(zhǔn)要求，這為人口疏散、物資轉(zhuǎn)移提供緩沖時間，最大程度避免安全事故發(fā)生。

2 水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)揮實體保護的關(guān)鍵內(nèi)容

2.1 明確鋼筋保護層厚度對結(jié)構(gòu)實體的影響

鋼筋保護層厚度對混凝土結(jié)構(gòu)實體的影響主要體現(xiàn)在承載力和耐久性這兩個方面。承載力的影響：板類、梁構(gòu)件上的負(fù)彎矩鋼筋在混凝土結(jié)構(gòu)中的抗力表現(xiàn)為抗彎矩承載力，截面高度確定的條件下，保護層厚度加大，截面高度減小，鋼筋抗彎承載力隨之降低；耐久性的影響：潮濕環(huán)境中，保護層厚度越小，混凝土發(fā)生電化學(xué)腐蝕的可能性越大，繼而導(dǎo)致鋼筋截面減小、強度降低，兩者的協(xié)同工作受到影響，構(gòu)件耐久性年限縮短，危及結(jié)構(gòu)安全。

2.2 確定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層厚度

受拉鋼筋與受壓區(qū)距離越遠，其承受的外部彎矩越大，鋼筋的力學(xué)效能越強，因此盡量讓受拉鋼筋靠近受拉測鋼筋混凝土構(gòu)件邊緣，鋼筋保護層不能過大，以免影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的承載力[3]。鐵在常溫環(huán)境中容易被氧化，尤其是在潮濕環(huán)境中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)保護層過小，受力時表面的混凝土剝落，其保護層失去保護功能，長此以往導(dǎo)致鋼筋銹蝕，力學(xué)效能降低，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力喪失，嚴(yán)重的會導(dǎo)致整個鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)破壞，影響水運工程安全。

2.3 嚴(yán)把實體保護層質(zhì)量關(guān)

認(rèn)真做好圖紙會審工作，及時交流技術(shù)內(nèi)容，依據(jù)實際情況及時確定實體保護層的厚度，迎水面實體保護層的厚度為5cm-10cm，依據(jù)圖紙要求綁扎鋼筋。注意鋼筋的翻樣工作，確保箍筋的翻樣尺寸，對于復(fù)雜的柱、梁交接處，及時對其進行放樣測量，科學(xué)設(shè)置各方向的主筋與副筋位置，避免鋼筋擠占實體保護層位置，防止露筋事件發(fā)生。認(rèn)真做好模板工程的制作及安裝任務(wù)，技術(shù)人員堅持安全第一、質(zhì)量為主的基本原則，要求模板尺寸精確、位置準(zhǔn)確。檢查圖紙有無與實際不符的環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按照圖紙要求綁扎鋼筋，有效保證鋼筋骨架各部分尺寸精確，將固定實體保護層墊塊作為水運工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，切實做到文明施工、安全施工，在混凝土澆筑操作中注意成品保護，監(jiān)管人員發(fā)揮現(xiàn)場監(jiān)督職能，認(rèn)真檢查綁扎鋼筋的質(zhì)量，禁止亂踩亂踏。規(guī)范操作，及時固定偏移的鋼筋，振動棒不得隨意觸及鋼筋骨架，嚴(yán)格把好實體保護層施工質(zhì)量關(guān)[4]。

2.4 提高實體保護層結(jié)構(gòu)強度

鋼筋與混凝土是水運工程中的結(jié)構(gòu)實體，二者發(fā)揮著共同載荷的關(guān)鍵作用，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層確保整個結(jié)構(gòu)的抗力強度。技術(shù)人員充分認(rèn)識到實體保護層強度對水運工程質(zhì)量的影響程度，積極提高安全意識，加強與管理人員的技術(shù)溝通，將提高鋼筋混凝土強度作為質(zhì)量管理要點，有助于提高技術(shù)人員的責(zé)任意識，通過采取加固處理措施，有效提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層的荷載承受力度，使鋼筋與混凝土可以正常工作[5]。

2.5 延長實體保護層壽命

水運工程的施工環(huán)境復(fù)雜，鋼筋和混凝土等施工材料長期處于水化狀態(tài)呈堿性，導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層受到水侵蝕，從而縮短其使用壽命。為延長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層的使用年限，堅持執(zhí)行巡查制度，認(rèn)真落實崗位值班制，認(rèn)真檢查水運工程鋼筋、混凝土等材料的使用情況，關(guān)注鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層，及時發(fā)現(xiàn)腐蝕的鋼筋、混凝土，第一時間上報，確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層腐蝕問題得到快速解決。延長保護層壽命的案例：某水運工程技術(shù)人員考慮到，增大實體保護層厚度是提高整體結(jié)構(gòu)使用壽命最直接的方法，于是在施工圖紙上標(biāo)明主筋保護層的厚度32cm，嚴(yán)格做好事前控制、事中檢查、事后反思。及時校正鋼筋的位置，保證鋼筋位置不偏移，分析保護層厚度對結(jié)構(gòu)構(gòu)件高度及承載力的影響，采用電化學(xué)保護法對鋼筋表面進行有效處理，延長保護層壽命。

3 水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層的關(guān)鍵技術(shù)及具體過程

3.1 外加電流陰極保護技術(shù)的運用

外加電流陰極保護技術(shù)運用要點：陰極保護是防止鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層腐蝕的主要技術(shù)之一，指的是將外加電流負(fù)極與被保護金屬相連，利用外部電源保護電流，該技術(shù)的優(yōu)勢為：可以有效調(diào)控輸出電流，便于實現(xiàn)自動化監(jiān)控，管理起來方便，系統(tǒng)使用壽命較長。陰極保護系統(tǒng)運行中，需要考慮這幾點因素：性能、安裝方法、造價、運作環(huán)境等，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外添加電流進行陰極防護，該技術(shù)在水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護過程得到廣泛運用。外加電流陰極保護技術(shù)的運用過程：利用外加電流陰極保護系統(tǒng)在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外添加電流，同時借助柔性陽極設(shè)備保護電流，利用高硅鑄鐵輔助陽極系統(tǒng)實施陰極保護，將硅鐵陽極固定于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面，覆蓋一層導(dǎo)電混凝土，使其發(fā)揮重要的安全防護作用。掌握外加電流陰極保護技術(shù)的操作要點，確?；炷林兴械匿摻疃际请娺B通的，避免陰極、陽極短路，負(fù)電位極限為-1.10V（CSE），正確實施陰極保護[6]。

3.2 犧牲陽極陰極保護技術(shù)的運用

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護中，技術(shù)人員及時增設(shè)犧牲陽極陰極保護裝置，該裝置呈網(wǎng)格狀，將該裝置與混凝土中的鋼筋電連接起來，形成犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)，確保犧牲陽極保護技術(shù)的有效運用。砂漿水灰比配比為0.5:1，灰砂比配比為0.4:1，活性添加劑摻量為0.1/cm3，合成纖維摻量為0.2%，將犧牲陽極陰極保護裝置固定在鋼筋混凝土頂面、底面，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鑿除一塊露出一小段鋼筋，在鋼筋上焊接陰極電纜，在網(wǎng)格狀陰極保護裝置上焊接陽極電纜，將鋼筋上的陰極電纜與犧牲陽極陰極保護裝置上的陽極電纜連接起來，焊接處進行密封防水處理，利用犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)控制混凝土中鋼筋的腐蝕。為保證犧牲陽極保護技術(shù)的有效運用，技術(shù)人員還對該裝置進行優(yōu)化設(shè)計，敷設(shè)活性砂漿之前還要進行以下操作：將鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面的金屬件、污物清除干凈；連接陰極電纜與陽極電纜時要利用接線盒進行連接，通過優(yōu)化設(shè)計，使得犧牲陽極陰極保護系統(tǒng)使用起來更為便利，運行期間也不需要進行維護管理，可廣泛運用于水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)防腐處理工作[7]。

3.3 腐蝕防護技術(shù)的運用

3.3.1 腐蝕檢測

技術(shù)人員利用計算機系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)手段，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層進行全面腐蝕檢測，通過獲取的腐蝕信息，采取有效的防腐處理措施，嚴(yán)格落實定期巡查制度，認(rèn)真檢查混凝土、鋼筋、實體保護層的工作狀態(tài)，進行科學(xué)的局部檢測，及時對腐蝕部位進行快速補救，避免腐蝕范圍擴大。局部腐蝕檢測：比如某水運工程技術(shù)人員采用化學(xué)浸蝕法、物理檢驗法、電化學(xué)檢測、恒應(yīng)變速率檢驗法等技術(shù)檢測局部腐蝕問題，電化學(xué)檢測環(huán)節(jié)，利用線性極化技術(shù)進行腐蝕檢測，依據(jù)腐蝕電化學(xué)理論，極化電流與過電位成正比，根據(jù)極化電阻計算出腐蝕電流，便于及時了解局部腐蝕程度，為局部防腐處理奠定基礎(chǔ)。電位梯度法檢測：利用電位圖技術(shù)及運用理論得到電位分布數(shù)據(jù)，采用單片機自動化測量裝置繪制電位圖，同時得到腐蝕速率，及時確定腐蝕區(qū)，得到精確的腐蝕數(shù)據(jù)；電位圖檢測技術(shù)：這是一種非破壞性的檢測手段，通過分析腐蝕程度、范圍，運用電位分布圖得到腐蝕區(qū)信息，利用極化作用得到混凝土結(jié)構(gòu)特征，便于正確評價腐蝕程度，保證腐蝕檢測工作的實效性；交流阻抗檢測技術(shù)：采用靜態(tài)頻譜分析技術(shù)，依據(jù)外部施加的交流信號，快速得到鋼筋混凝土覆蓋層雙電層電容、混凝土電阻、鋼筋腐蝕速度、混凝土腐蝕機理等詳細信息，根據(jù)施加的交流信號判斷輸出信號與輸入信號之間的線性關(guān)系，充分借助交流阻抗譜技術(shù)理論判斷輸入信號與輸出信號之間的關(guān)系及該電極體系的性質(zhì)。水運工程技術(shù)人員根據(jù)實際情況選用合適技術(shù)對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層進行腐蝕檢測，及時得到腐蝕區(qū)信息，有助于完善防腐技術(shù)。

3.3.2 全面防腐方法

為最大限度避免鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層腐蝕，認(rèn)真做好基本防護工作，混凝土保護層厚度適中，水灰比適當(dāng)?shù)停诨炷帘砻嫱磕ň徫g劑，同時采用陰極保護、電化學(xué)除氯等多種方法進行科學(xué)防護。利用環(huán)氧涂料提高結(jié)構(gòu)的耐蝕性及機械性能，使其在水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護中發(fā)揮一定優(yōu)勢。使用防水添加劑避免鋼筋外露、減少裂紋，使用復(fù)合型防腐涂料增強結(jié)構(gòu)的耐蝕性，這種涂料的優(yōu)點為：安全、無毒、無污染。將細微粒玻璃珠運用于水泥混凝土中，提高流動性、耐久性，有效降低水灰比，利用細微粒玻璃珠與水泥產(chǎn)生的水化反應(yīng)放出碳酸鈣，由此生成磯石型水化物或硅酸鈣，便于發(fā)揮其抗鹽侵蝕性能[8]。

3.3.3 局部防腐方法

對于鋼筋腐蝕的情況，及時采取修補措施加強深層防護，例如某水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層局部腐蝕問題檢測出來之后，技術(shù)人員對結(jié)構(gòu)表面進行物理修補：打補丁法，將微腐蝕部位先鑿除，然后將鋼筋表面的部分銹蝕處理干凈，接著對鋼筋腐蝕部位進行氧化膜涂層，最后使用一定配比的砂漿將腐蝕部位抹平，同時在混凝土中添加緩蝕劑，待混凝土硬化后涂抹抗碳化涂料、滲透密封型涂料，有效提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層的防腐性能。

3.3.4 腐蝕防護技術(shù)運用案例

水運工程技術(shù)人員仔細查看鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層工作狀況，發(fā)現(xiàn)保護層部位鋼筋銹蝕，及時對其進行除銹處理：先鑿除脫落的混凝土保護層，使用丙酮清洗受油污的位置，繼而在這個位置涂上環(huán)氧樹脂，接著在鑿除的部位放置鍍鋅鋼絲網(wǎng)，與鋼筋進行點焊連接，最后使用細石混凝土進行局部修補。對于銹蝕嚴(yán)重的部位，先進行除銹處理，然后進行加固處理：鑿除銹蝕的混凝土保護層；梁底增設(shè)臨時支撐板，保護粘貼碳纖維；將失去強度的銹蝕鋼筋換掉后澆筑21cm厚HF混凝土，其強度達到C40F250，HF混凝土的砂率為0.36，外加劑摻量為0.025；植筋采用HRB400級熱軋帶肋鋼筋，植筋間距為0.4m，植筋直徑為16mm，鋼筋錨固長度為250mm，外露160mm，使用膠粘劑連接植筋，保留設(shè)計伸縮縫。

4 結(jié)語

綜上所述：為最大限度避免水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層發(fā)生腐蝕情況，技術(shù)人員要嚴(yán)格遵守安全責(zé)任制，重視鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層的功能及作用：確保鋼筋與混凝土可以共同工作、提升鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，加強腐蝕檢測，積極采用外加電流保護技術(shù)、犧牲陽極陰極保護技術(shù)，認(rèn)真做好腐蝕防護工作，有效提升水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實體保護層的承載力。