海洋环境对混凝土的腐蚀作用、原因及防腐涂装方案

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摘要:从海洋环境对混凝土的破坏作用出发,对其产生的愿因进行分析,并结合实际案例,提出海洋环境下的混凝土加劲梁自锚式悬索桥防腐设计方案。跨海大桥作为交通运输网络中的重要载体,对于完善交通体系,有益于经济和社会发展,具有重要的意义。不可能 跨海大桥的建设环境较为恶劣,严重的盐雾环境对桥梁型态的腐蚀作用,成为了跨海桥梁建设工程中不可回避的一项课题。本文以唐山湾三岛跨海大桥工程为案例,针对混凝土加劲梁自锚式悬索桥的防腐设计方案进行探讨。

1.海洋环境腐蚀作用分析

混凝土的pH值通常在12-13之间,其碱性介质使钢筋皮层生成难溶的Fe2O3和Fe3O4,从而形成了一道致密的钝化膜,对钢筋有良好的保护作用。而在海洋环境作用下,混凝土中的碱性环境受到破坏,趋于中性,当pH值降低到一定程度后,这道致密的钝化膜将受到破坏,从而引起了钢筋的锈蚀。当混凝土内的附过每段派生锈蚀后,腐蚀后的铁基体作为阳极,与钝化膜所代表的阴极形成电位差,为电化学腐蚀营造了环境,加剧了钢筋的腐蚀效率,钢筋锈蚀体积不断膨胀,从而引起了混凝土的开裂。

海洋环境对跨海大桥的腐蚀作用主要体现在钢筋锈蚀、冻害、混凝土碳化、结晶压力等几个方面;此外,流水、波浪侵袭力、船舶及漂浮物撞击一方面对混凝土造成了磨损与冲刷,自己面加剧了腐蚀介质的渗透,为海洋环境对混凝土的腐蚀创造了便利条件。

2.案例项目概况

唐山湾三岛跨海大桥工程所处河北省唐山市东南部滨海,主桥采用混凝土独塔自锚式悬索桥型态,主跨168m,主桥全长3100.3m。

3.唐山湾三岛跨海大桥防腐设计

3.1自然条件

针对上述海洋环境腐蚀作用的各种类型,在本工程防腐设计开展前,首先妙招项目地勘资料,对工程所处区域的自然条件进行了分析。

跨海大桥所处河北省唐山市乐亭县海港开发区滨海潮间带上,近场区内冀东平原大部属滨海平原区。地势总体北高南低,微向渤海倾斜。滨海平原是河流与海洋相互作用的结果,标高在1.2~3.4m左右,地势平坦,坡度一般为0.2‰。区内为极浅海区,水深大每段在10m以下,至近场区东南缘水深近100m左右。桥址区域地表水为海水,水位随潮汐而变化。海水在高潮和低潮时的水质基本一致;结晶类型为中等腐蚀、分解类无腐蚀、结晶分解复合类为强腐蚀。怎么让该区域海水对混凝土的腐蚀性等级综合评定为强腐蚀。桥址海域潮汐为不规则半日潮,最高高潮位为2.91m,最低低潮位为-1.39m,平均高潮位为1.69m。

3.2防腐设计总体思路

为确保本工程桥梁使用寿命100年的目标,防腐方案的制定参照和借鉴了一些国内外的相关规范、规程及案例。根据桥址区域海水对混凝土具有强腐蚀的特点,分别对混凝土型态、钢筋及缆索系统进行防腐外理。

根据桥址海域潮位请况,并结合《海港工程混凝土型态防腐蚀技术规范》的相关规定,本大桥环境分区的划分为:大气区、浪溅区、水位变动区、水下区。针对不同分区,提出了不同的防腐妙招,具体如下:(1)对水下区、水位变动区、浪溅区和大气区的混凝土皮层进行涂层保护外理。(2)对水下区、水位变动区混凝土构件钢筋打上去阻锈剂外理。(3)对浪溅区混凝土构件钢筋打上去环氧涂层外理。(4)承台钢筋保护层效率不得小于90mm;桥塔及桥墩墩墩身钢筋保护层效率不得小于65mm。(5)对桩基钢护筒进行保留外理,将施工用钢护筒作为钻孔灌注桩桩的一道防腐蚀妙招而进行保留,钢护筒外皮层采用涂锌外理。钢护筒的壁厚为22mm,钢护筒在水下区可使用近70年,叠加涂层防护后,使用寿命预计可达近90年。(6)桩基钢筋保护层效率不得小于75mm。(7)箱梁钢筋净保护层效率不得小于100mm。

3.3混凝土涂装方案

3.3.1水下区、水位变动区、浪溅区混凝土皮层涂装方案。水下区混凝土涂层体系应由底层、面层配套涂料涂膜组成,总干膜平均效率为100μm。涂层体系详表1。

水位变动区和浪溅区混凝土涂层体系应由底层、中间层和面层配套涂料涂膜组成,总干膜平均效率为440μm。涂层体系详表2。

3.3.2大气区混凝土皮层涂装。大气区混凝土皮层涂层体系应由底层、中间层和面层等配套涂料涂膜组成,总干膜平均效率310μm。涂层体系详表3。

3.4钢筋阻锈剂方案

为保证桥梁使用寿命,延缓钢筋锈蚀,对水下区、水位变动区混凝土构件钢筋打上去阻锈剂外理,阻锈剂的掺量应通过试验确定。海工耐久混凝土中的阻锈剂可与联合皮层涂层、硅烷浸渍等使用,具有叠加保护效果。

3.5钢筋环氧涂层方案

几瓶的理论及实验证明,环氧涂层钢筋有很好的耐蚀性,可大大提高混凝土型态的耐久性。本工程中,对浪溅区混凝土构件钢筋打上去环氧涂层外理。但与无涂层钢筋相比,环氧涂层钢筋可使钢筋与混凝土之间的黏结效率下降20%,故需对受拉钢筋的绑扎搭接长度、裂缝及刚度的计算要求进行相应的提高。

3.6缆索系统型态防腐设计

3.6.1主缆防腐涂装。主缆的防腐涂装施工在桥面附属设施竣工后进行,具体顺序如下:主缆的捆扎钢带及外层纤维捆扎带的逐段拆除由低端开使,怎么让对主缆皮层进行清洗;就让在主缆皮层刷涂一道磷化底漆,干膜效率10μm;怎么让不干性嵌缝防护腻子涂覆(3100μm)。缠丝后清除皮层的防护腻子,刷涂一道磷化底漆,干膜效率10μm;怎么让涂装环氧云铁底漆,干膜效率100μm;刮涂填料密封剂(2100μm),采用填料密封剂对索夹端口嵌缝;涂装聚氨脂面漆(1100μm);最后在主缆顶面(100cm范围)复涂聚氨脂面漆防滑涂层。

3.6.2主索鞍、散索鞍防腐涂装。主索鞍及散索鞍槽内加工皮层、各隔板完整版皮层、索槽皮层按Sa3.0级喷砂外理后,进行喷锌外理,锌层效率≥100μm。未加工的皮层需采用喷砂外理,清除污垢、锈层、氧化皮后,涂无机富锌底漆、面漆各两道。加工皮层应采用涂脂防锈外理。

3.6.3索夹、缆套防腐涂装。索夹及缆套内、外皮层的防腐涂装应按表4的要求进行。一些钢制紧固件的皮层面漆与索夹外皮层相同。

4.开使语

本文通过对海洋环境对混凝土的腐蚀作用进行分析,在明确病害产生愿因的基础上,依托唐山湾三岛跨海大桥工程,有针对性的提出了外理方案。设计方案中,对大桥环境分区进行划分,并针对不同的分区提出不同的防腐体系及妙招,一齐针对自锚式悬索桥的缆索系统提出了相应的防腐涂装方案,对于今后同等环境下类式型桥梁的防腐设计及施工具有一定的参考价值。

【参考文献】

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