抗腐蚀砼工艺.doc

海港工程砼防腐蚀技术褚明生陈袆中国水运报更新时间：2006-11-14 随着水运不断发展，海港码头的耐久性问题越来越受到研究人员的重视。在海港环境中，砼腐蚀破坏主要表现为氯离子的渗透导致钢筋锈胀，进而引起砼开裂，加速钢筋锈蚀。因此，如何提高砼的抗氯离子渗透性，减小砼电通量，已经成为提高砼抗腐蚀能力的关键问题。 一、预应力混凝土 预应力混凝土构件能有效地控制裂缝的产生，阻止先裂后锈和锈裂互动现象的发生和蔓延；且预应力混凝土构件的保护层厚度、配合比、水灰比等参数指标的规范要求均高于普通钢筋混凝土构件。因此，预应力混凝土的耐久性优于普通钢筋混凝土。但是一旦预应力混凝土构件发生腐蚀与破坏后，由于不能大范围凿除已遭氯离子污染的混凝土，所以预应力混凝土构件的修补效果均远低于普通钢筋混凝土构件。目前通常采取整个构件更换的方式。例如，1990年投产的北仑二期集装箱码头5#、6#泊位后方引桥的预应力T型梁上，使用12年后发现诸多锈斑，说明其内部钢筋已锈蚀。可见单采用预应力混凝土，并不能很好解决防腐蚀耐久性问题。 二、高性能混凝土 高性能混凝土以耐久性作为首要指标，可保证其强度、体积稳定性以及经济性等。目前，国内外海工高性能混凝土的研究与应用方兴未艾。在荷兰，对已使用363年的64座海工结构（其90%结构采用磨细矿渣混凝土）调查发现，结构基本完好，氯离子扩散系数仅为普通混凝土的1/101/15。例如东谢尔德挡潮闸工程，其设计使用寿命是250年，80年不维修，基本防腐措施就是采用水胶比为0.4的大渗量（65%）磨细矿渣混凝土。在英、美、加、日和中东等国家和地区，也都有类似的成功实例。 在我国，高效减水剂与粉煤灰双掺技术，分别于1987年应用于厦门高集跨海公路大桥和1997年应用于厦门海沧大桥，在上海南浦大桥、杨浦大桥和黄浦江越江隧道等工程中也得到了应用。 国内外有关实验研究和工程实践证明，养护对高性能混凝土的耐久性十分重要，影响程度有时超过普通混凝土，因此，及时、充分地湿养护是其获得高强度、低孔隙率和高抗氯离子扩散能力所必不可少的。据此，高性能混凝土十分适合养护条件优良的专业性与预制场制作的构件。而养护条件较差的现浇构件采用高性能混凝土时，尚需在现场配备专门养护设施，确保不间断湿养护1421天。另外高性能混凝土相对于普通混凝土在搅拌、震捣、拆模时间上都有区别，因此需要根据其特点制定专门的质量控制措施。 三、内掺钢筋阻锈剂 在混凝土拌制过程中掺加少量阻锈剂，通过影响界面电化学反应来阻止钢筋腐蚀的方法是简便易行的。以往大规模工程应用的亚硝酸钙，属阳极型阻锈剂。苯甲酸钠、重铬酸、氯化亚锡等也是阳极型阻锈剂。近来，开发了大量的有机类阻锈剂以及有机胺盐类与亚硝酸钠的复合阻锈剂。 1970年起，我国在湛江进行了为期10年的钢筋混凝土试件暴露实验，发现在水灰比大（0.65）、保护层薄（15mm）的试件中，内掺占水泥用量2%的亚硝酸钙，可使钢筋锈蚀率从89%减到3.5%，显示出优良的长期阻锈效果，钾、钠的重铬酸盐效果亦然。在山东三山岛金矿工程和江苏东台县方塘河挡潮闸等工程中，也有成功应用的实例。2000年，在琼州海峡铁路轮渡工程的钢筋混凝土结构中，成功地使用了GF-01型钢筋阻锈剂达近百吨。可见，内掺亚硝酸钙和复合型亚硝酸钙钢筋阻锈剂，是一种经济实用的钢筋保护措施。使用亚硝酸钙类阻锈剂时，首先应控制开裂，尤其是对梁类构件的受弯拉区域。因此，宜采用预应力混凝土来控制裂缝的产生与发展，再用钢筋阻锈剂抑制腐蚀，最后用具有一定弹性的涂层封闭涂装，以起到协同保护作用。同时，未裂试件室内加速浸烘试验表明，采用高性能混凝土和普通混凝土内掺钢筋阻锈剂相比，在浸烘16个周期后，钢筋锈蚀面积率和钢筋周围氯离子含量相当，采用钢筋阻锈剂试件的钢筋锈蚀失重率是采用高性能混凝土试件的3倍左右，可见，仅靠内掺钢筋阻锈剂的防腐蚀效果还是有限的。 四、涂料涂装保护 混凝土表面实施涂料涂装保护，可阻止或减缓环境介质中氯离子侵入，也起到装饰效果。但必须解决涂层耐碱性和附着力、受阳光直射部位的耐光老化问题、潮湿表面实施时的湿固化与湿面附着力问题。 底层涂料（封闭漆）应具有低粘度和高渗透性，能渗透到混凝土内起到封闭孔隙和提高后续涂层附着力的作用，是涂装保护的关键。就耐碱性而言，呋喃树脂优于环氧树脂，有利于涂层长期附着。国内海港使用涂层保护的实例较多，但尚未很好解决底漆的渗透与附着力问题。部分工程使用几年后，就出现涂层的析碱、开裂乃至脱落问题。 南京水利科学研究院分别于1997年和1999年，对海军某码头约13000m2和北仑港矿石装船码头约1200m2构件表面，实施了FH系列的呋喃改性环氧封闭底漆+环氧煤沥青中间漆与面漆的涂装保护。涂层性能检验结果表明，涂层附着力混凝土本体抗拉强度，通常达到2.0MPa左右；呋喃改性环氧封闭底漆的渗透深度达13mm；抗氯离子渗透试验表明，未发现任何脱落与开裂现象。 可见，实施涂料涂装保护是一种经济实用的防腐蚀技术措施。但涂装质量的控制十分关键，一旦局部存在各种缺陷与针孔，则在一定范围内涂层的封闭保护作用将会丧失。潮湿面涂装时，选材十分关键，因为任何一种封闭底漆在干燥面与潮湿面上的附着力存在明显差别，所以，必要时需辅以其他措施提高构件表面的干燥程度。另外，目前市售涂料均不能有效地克服活动性裂缝，除非是专门设计生产的弹性涂层。因此，实施涂料涂装的钢筋混凝土构件，首先必须进行控裂设计，以确保涂层保护效果。再者，预制件采取岸上涂装封闭，则存在吊装过程中局部损坏和现场补口问题；现浇构件则存在减少海水初期污染和涂装时机问题；此外涂层设计使用年限通常只有10到15年，受阳光直射部位的面漆耐紫外线老化年限通常不到10年，届时，后继防腐技术措施如何，两者匹配性如何等问题，均应在设计或组织实施中充分考虑。 五、涂（镀）层钢筋 若将钢筋表面预先敷设一层耐腐蚀的涂（镀）层来阻挡氯离子的侵蚀，是最为直接的技术措施。涂镀层钢筋目前主要有环氧涂层钢筋和热镀锌钢筋两种。 从1970年起，美国联邦公路管理局委托国家标准局研究人员，经过历时3年的试验研究，从56种聚合物中筛选出一种最理想的静电喷涂环氧粉末涂层钢筋（EBAR）。至1991年，EBAR已占钢筋总用量的5%。但在1988年，在腐蚀环境较为恶劣的佛罗里达州Keys地区两座跨海大桥上，仅使用46年就出现了异常严重的腐蚀破坏。加拿大公路战略研究计划对19座采用EBAR结构的调研表明，有5座在使用8年就发生了钢筋腐蚀引起的破坏。其主要原因是涂层质量，尤其是弯曲部位涂层质量问题，以及吊装储运过程中局部破损与现场补口问题等。对是否继续采用EBAR，国际上目前仍有争议，一些人认为只要加强全过程质量监控，仍不失为盐污染环境中一种有效措施。 我国目前已有EBAR的专业厂家，在上海宝钢所属的马迹山矿石中转码头上曾大规模使用，并已制定了相应的规范条款。在数量庞大的钢筋及钢筋笼的储运、安装和绑扎过程中，不允许存在任何隐患与缺陷，因此，必须慎用。何况其造价是普通钢筋的1.5倍以上，在达到设计使用年限后，后继的修