淺議海水環(huán)境下增強(qiáng)混凝土耐久性措施

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摘 要：在國(guó)內(nèi)海水環(huán)境下增強(qiáng)混凝土耐久性措施大致有五種：預(yù)應(yīng)力混凝土、高性能混凝土、內(nèi)摻鋼筋阻銹劑、涂料涂裝保護(hù)、涂層鋼筋等。針對(duì)這五種措施增強(qiáng)混凝土耐久性措施，結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例對(duì)其原理進(jìn)行了分析，總結(jié)出其技術(shù)特點(diǎn)，為工程應(yīng)用提供指導(dǎo)和幫助。 
    關(guān)鍵詞：海水環(huán)境 混凝土 耐久性 措施 

    一、前言
    隨著水運(yùn)工程技術(shù)的不斷發(fā)展，海水環(huán)境中碼頭的耐久性問題越來越受到研究人員的重視和關(guān)注。在海港環(huán)境中，砼腐蝕破壞主要表現(xiàn)為cl–的滲透導(dǎo)致鋼筋銹脹，進(jìn)而引起砼開裂加速鋼筋銹蝕。因此，如何提高砼的抗氯離子滲透性，減小砼電通量，已經(jīng)成為提高砼抗腐蝕能力的關(guān)鍵問題[1],[2]。 
    二、增強(qiáng)混凝土耐久性措施 
    1、預(yù)應(yīng)力混凝土 
    預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件能有效地控制裂縫的產(chǎn)生，阻止“先裂后銹”和“銹裂互動(dòng)”現(xiàn)象的發(fā)生和蔓延；且預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的保護(hù)層厚度、配合比、水灰比等參數(shù)指標(biāo)的規(guī)范要求均高于其他鋼筋混凝土構(gòu)件。因此，相對(duì)而言，預(yù)應(yīng)力混凝土的質(zhì)量與耐久性優(yōu)于其他鋼筋混凝土。但是一旦預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件發(fā)生腐蝕與破壞后，由于不能大范圍鑿除已遭氯離子污染的混凝土，所以預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的可修復(fù)程度與修補(bǔ)效果均遠(yuǎn)低于其他鋼筋混凝土構(gòu)件，目前通常采取整個(gè)構(gòu)件更換的方式。例如，在1990年投產(chǎn)的北侖二期集裝箱碼頭5#、6#泊位后方引橋的預(yù)應(yīng)力“T”型梁上，使用12年后亦發(fā)現(xiàn)諸多“銹斑”，說明其內(nèi)部鋼筋已開始銹蝕。可見單憑設(shè)計(jì)采用預(yù)應(yīng)力混凝土措施，也不能很好的解決防腐蝕耐久性問題，必須多種技術(shù)措施并舉，聯(lián)合施治，方能達(dá)到耐久之目的。
    2、高性能混凝土  
    區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土以耐久性作為首要指標(biāo)，可有重點(diǎn)地予以保證其耐久性、工作性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性等。就海港碼頭工程而言，側(cè)重于高性能、抗?jié)B性、體積穩(wěn)定性、強(qiáng)度與優(yōu)良的抗沖擊疲勞性等。目前，國(guó)內(nèi)外海工高性能混凝土的研究與應(yīng)用方興未艾[3]。在荷蘭，對(duì)已使用3~63年的64座海工結(jié)構(gòu)（其中90%的結(jié)構(gòu)采用磨細(xì)礦渣混凝土）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)基本完好，氯離子擴(kuò)散系數(shù)僅為普通混凝土的1/10~1/15。典型事例為東謝爾德?lián)醭遍l工程，其設(shè)計(jì)使用壽命是250年，80年不維修，其基本防腐措施就是采用水膠比為0.4的大滲量（65%）磨細(xì)礦渣混凝土。在英、美、加、日和中東等國(guó)家和地區(qū)，也都有類似的成功工程應(yīng)用實(shí)例。
    在我國(guó)，高效減水劑與粉煤灰雙摻技術(shù)，分別于1987年應(yīng)用于廈門高集跨海公路大橋和1997年應(yīng)用于廈門海滄大橋，在上海南浦大橋、楊浦大橋和黃浦江越江隧道等工程中，也得到了應(yīng)用。 
    國(guó)內(nèi)外有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究和工程實(shí)踐證明，養(yǎng)護(hù)對(duì)高性能混凝土的質(zhì)量和耐久性十分重要。常溫下養(yǎng)護(hù)不夠，對(duì)高性能混凝土的質(zhì)量與耐久性的影響程度有時(shí)甚至重于普通混凝土，因此，及時(shí)、充分地濕養(yǎng)護(hù)是其獲得高強(qiáng)度、低孔隙率和高抗氯離子擴(kuò)散能力所必不可少的。據(jù)此，高性能混凝土十分適合養(yǎng)護(hù)條件優(yōu)良的專業(yè)性與預(yù)制場(chǎng)制作的構(gòu)件。而養(yǎng)護(hù)條件較差的現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆構(gòu)件，設(shè)計(jì)采用高性能混凝土?xí)r，除了采取調(diào)整相應(yīng)的技術(shù)措施外，尚需在現(xiàn)場(chǎng)配備專門的養(yǎng)護(hù)設(shè)施，確保不間斷濕養(yǎng)護(hù)14天～21天。另外高性能混凝土相對(duì)于普通混凝土在攪拌時(shí)間、震搗、拆模時(shí)間上都有區(qū)別，因此在高性能混凝土實(shí)施前需要根據(jù)其特點(diǎn)制定專門的質(zhì)量控制措施。
    3、內(nèi)摻鋼筋阻銹劑 
    海工混凝土中鋼筋的腐蝕，事實(shí)上是一種電化學(xué)腐蝕，其陰、陽極反應(yīng)都在鋼筋電解質(zhì)界面上發(fā)生，若能阻止其中任何一種界面反應(yīng)，就能抑制腐蝕。如果某種（或某些）化學(xué)物質(zhì)能夠優(yōu)先參與并阻止上述兩種或其中一種界面反應(yīng)，且能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定狀態(tài)，則用此類化學(xué)物質(zhì)就可有效地阻止鋼筋銹蝕，這種在混凝土拌制過程中摻加少量化學(xué)物質(zhì)（外加劑），通過影響上述界面電化學(xué)反應(yīng)來阻止鋼筋腐蝕的方法是簡(jiǎn)便易行的，這種化學(xué)物質(zhì)（外加劑），對(duì)鋼筋而言，就是阻銹劑。按阻銹機(jī)理，可分為陽極型，陰極型和混合型三類；按材質(zhì)種類可分為有機(jī)類和無機(jī)類兩種。以往大規(guī)模工程應(yīng)用的亞硝酸鈣，屬陽極型阻銹劑。苯甲酸鈉、重鉻酸、氯化亞錫等也是陽極型阻銹劑。近來，開發(fā)了大量的有機(jī)類阻銹劑，以及有機(jī)胺鹽類與亞硝酸鈉的復(fù)合阻銹劑。
    1970年起我國(guó)在湛江浪濺區(qū)進(jìn)行了為期10年的鋼筋混凝土試件暴露實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在水灰比大（0.65）、保護(hù)層薄（15mm）的試件中，內(nèi)摻占水泥用量2%的亞硝酸鈉，可使鋼筋銹積率從89%減少到3.5%，顯示出優(yōu)良的長(zhǎng)期阻銹效果，鉀、鈉的重鉻酸鹽效果亦然。在山東三山島金礦工程和江蘇東臺(tái)縣方塘河擋潮閘等工程中，也有早期成功應(yīng)用的實(shí)例。2000年，在粵海通道瓊州海峽鐵路輪渡工程的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，成功地使用了GF——01型鋼筋阻銹劑重達(dá)近百噸。
    由上可見，內(nèi)摻亞硝酸鈣和復(fù)合型亞硝酸鈣鋼筋阻銹劑，是一種經(jīng)過長(zhǎng)期試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的鋼筋保護(hù)措施。與預(yù)估鋼筋周圍混凝土中氯化物含量相比，通過對(duì)實(shí)際使用的水泥砂石料和拌合用水的試驗(yàn)研究，確保小于一定值，就可使鋼筋長(zhǎng)期處于鈍態(tài)。
    但是，當(dāng)混凝土存在裂縫時(shí)，開裂處的鋼筋阻銹劑會(huì)否流失，若然，對(duì)阻銹效果的影響程度如何？人們對(duì)此心存疑慮。Berke用三點(diǎn)加荷法使裂縫寬度為0.25mm的裂縫達(dá)到試件的“全裂”與“半裂”，并用空白試件進(jìn)行了為期30個(gè)月的加速試驗(yàn)，結(jié)論是摻亞硝酸鈣的試驗(yàn)梁中，鋼筋開始腐蝕的時(shí)間，是“全裂”的比“半裂”的早；同樣是“全裂”或“半裂”的試驗(yàn)梁，與不裂的空白試驗(yàn)件相比，摻亞硝酸鈣可顯著的推遲腐蝕起動(dòng)時(shí)間與腐蝕效率。由此可見，使用亞硝酸鈣類阻銹劑時(shí)，首先應(yīng)控制開裂程度，尤其是對(duì)梁類構(gòu)件的受彎拉區(qū)域。因此，宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土來控制裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展，再用鋼筋阻銹劑抑制腐蝕，最后用具有一定彈性的涂層封閉涂裝，以起到協(xié)同保護(hù)作用。這時(shí)，鋼筋阻銹劑起到“拾遺補(bǔ)缺”和“消防隊(duì)員”的作用。