海洋环境下混凝土耐久性附加措施应用

材料研究与应用　广东建材２０１２年第３期　海洋环境下混凝土耐久性附加措施应用　连丽　（广州城建职业学院）　摘　要：针对海洋环境下混凝土因氯盐腐蚀大幅度降低结构使用寿命的问题，综述了有关混凝土耐　久性附加技术措施，并介绍了其在国内跨海桥梁工程中的应用情况。　关键词：耐久性附加措施；环氧涂层钢筋；钢筋阻锈剂；表面涂层；透水模板布　海洋环境下桥梁所处自然条件复杂，按中国土木工　本文主要针对混凝土防腐附加措施在国内外应用情况　程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》的环　展开评述。　境作用等级划分，跨海大桥混凝土结构侵蚀的严重程度　应在Ｃ（中度）～Ｆ（极端严重）级之间。对混凝土结构产　生严重破坏包括氯离子侵蚀、冻融循环、碳化、冲刷、磨　蚀、碱骨料反应等作用。英国水泥协会调查桥梁、建筑　１特种钢筋　１．１不锈钢钢筋　不锈钢钢筋是通过提高钢筋中铬的含量，同时添加　物、停车场和海工混凝土结构物的破坏机理说明：桥梁　镍、钼等其他合金元素来提高钢筋的防腐性能。国外研　和海工结构物环境中氯盐侵蚀作用是结构破坏的主要　究表明＿１］，不锈钢钢筋不需任何维护，在极其恶劣的海　原因。　洋腐蚀环境中，可达到６０年不损坏。同时使用不锈钢钢　在正常使用条件下，混凝土结构的使用年限应达　筋时混凝土保护层厚度可降低到３０ｍｍ，裂缝宽度允许　５０～１２０年，但实际工程中许多混凝土结构远远未达到　值放宽到０．３ｍｍ。不锈钢钢筋在国外应用较多，成为一　其使用年限，只经过二十年、十几年甚至几年就因劣化　种发展趋势，曾在北爱尔兰都柏林Ｂｒｏａｄｍｅａｄｏｗ　而遭到破坏。据资料介绍，世界各国的混凝土腐蚀损失　Ｂｒｉｄｇｅ，英国Ｂｉｇｈｎａｍ　Ｂｒｉｄｇｅ扩建工程中应用；在国　可占国民经济总产值（ＧＤＰ）的２％～４％，其中与钢筋腐蚀　内应用较少，仅在深圳西部通道（香港段）使用过，究其　有关者可占４０％。我国上世纪六、七十年代建造的许多　原因其价格是国内普通碳素钢的４～６倍左右。　码头、港口、工业厂房等建筑物，由于混凝土质量不够优　１．２镀锌钢筋　镀锌是常用的金属表面防护措施，它既可以使钢筋　良，施工质量存在缺陷，使用寿命不到３０年已破坏严　重，维修或修复费用及停止生产营运造成的经济损失十　和外界环境隔离，又可起到牺牲阳极的保护作用，但由　分巨大。交通部的统计资料表明，海工钢筋混凝土结构　于镀锌钢筋价格较高限制了其大量使用。　通常在１０４１５年，短则５～８年就会发生钢筋锈蚀破　坏。宁波北仑港１０万吨级矿石码头，使用不到ｌ０年就　出现严重锈蚀而损坏。连云港、湛江海港码头以及华南　１．３环氧涂层钢筋　环氧涂层钢筋是在普通钢筋表面以静电方式喷涂　环氧树脂粉末制成，涂层厚度一般在０．１５４０．３０ｍｍ。环　地区的许多海港码头建成后不久就出现钢筋锈蚀和不　氧涂层钢筋是美国在２０世纪７Ｏ年代开发的，１９７３年　同程度的损坏。　首先用于宾夕法尼亚的一座桥梁的桥面板。经美国标准　为提高海洋环境下混凝土耐久性，国内外开展了大　化和技术协会、美国混凝土协会和美国材料与试验协会　量的研究，提出了混凝土耐久性措施。其基本措施包括：　共同调查研究确认，环氧涂层钢筋可延长混凝土结构使　高性能混凝、增加混凝土保护层厚度、控制混凝土裂缝　用寿命２０年左右。但在美国佛罗里达州的两座跨海桥　以及施工中的质量控制。附加措施包括：①特种钢筋（环　氧涂层钢筋、不锈钢钢筋、镀锌钢筋）的选用；②钢筋阻　锈剂；③混凝土表面封闭、涂层（硅烷、涂层）；④透水模　板布；⑤阴极保护类电化学方法等措施。其中，采用海工　高性能混凝土、适当增加钢筋保护层厚度是确保跨海桥　梁耐久性最基本、最重要、也是最为经济、有效的方法，　梁曾因用了劣质环氧涂层钢筋而发生严重腐蚀。在国内　杭州湾跨海大桥、金塘大桥浪溅区现浇墩身中采用了环　氧钢筋。　环氧涂层钢筋存在运输和加工过程中涂层易损坏　加速腐蚀、降低握裹力等问题　］。因此，在使用过程中必　须对涂层质量进行检查，严格控制施工工艺，避免环氧　１６一　广东建材２０１２年第３期　涂层破坏。　材料研究与应用　硅烷类表面封闭类产品是利用硅烷特殊的小分子　结构，使其渗透到混凝土内部后会与水发生化学反应，　生成羟基团，形成憎水处理层。在国内杭州湾跨海大桥　２钢筋阻锈剂　钢筋阻锈剂被认为是较为经济有效的措施，其使用　使用。但其存在在致密的海工混凝土中存在渗透深度不　比较方便，无需专门维护，且费用相比比较低廉。美国试　足，在海洋环境下挥发快，在潮差区不能使用等问题。　验与材料协会（ＡＳＴＭ）将阻锈剂定义为“以适当的浓度和　３．３渗透性结晶材料　形式存在于介质中时，可以防止或减缓材料腐蚀的化学　渗透性结晶材料是近年来出现的…　种新型封闭材　物质或复合物”。前苏联、日本和美国是最早使用钢筋阻　料，其最初是做防水堵漏用。其主要在有水的条件下，渗　锈剂的国家。日本于１９７３年首次在冲绳发电站建设工　程中正式使用，然后在发达国家中普遍推广。。］。　目前，阻锈剂主要有复合氨基醇类、复合氨基羧酸　盐类和亚硝酸钙等几大类。研究表明　］：亚硝酸钙类阻　锈剂会使混凝土凝结时间缩短，坍落度损失增大，同时　掺量不足存在加速腐蚀的危险且对环境有害等问题，阻　锈剂研究热点主要体现在复合型有机阻锈剂开发。复合　型有机阻锈剂从目前使用情况来看，可改善混凝土的工　作性能，对混凝土的强度影响不大，但其对混凝土长期　性能的影响和阻锈效果研究较少，目前也没有较好的快　速检测方法检验阻锈效果，一般认为可以延长混凝土使　用寿命１５～２０年，具体防腐效果需经过进一一步的暴露　试验。　我国杭州湾跨海大桥在承台和墩身混凝土中掺入　了亚钙类的阻锈剂，金塘大桥使用了氨基醇类阻锈剂。　３表面封闭、涂层　３．１表面涂层　表面涂层防护能有效阻止腐蚀介质在混凝土使用　过程中侵入，是阻止腐蚀介质进入混凝土的第一道防　线，能在混凝士表面形成…一层抗渗、耐久的涂层，能使混　凝土的使用寿命延长２０年　］，大大减少混凝土的维护　费用。　混凝士表面涂层按作用机理分为封闭型和隔离型，　工程应用时往往将封闭和隔离作用联合起来使用；由于　环氧类涂料在抗氯离子渗透和对混凝土的总体保护上　效果好，因此国内外的混凝土桥梁大多采用环氧类涂料　进行表面涂装防护。国内杭州湾跨海大桥使用了表面涂　层，金塘索塔为了防腐和美观的要求也准备使用表面涂　层。　表面涂层主要存在以下２个方面的问题亟需解决，　其一，老化问题，即在环境的作用下逐渐劣化而丧失其　功效。其二，在潮差区和浪溅区的湿固化。由于需要干基　底施工，大大降低了表面涂层粘结效果。　３．２硅烷　入到混凝土内部反应生产硅凝胶，覆盖毛细通道，起到　封闭混凝土孔隙的作用。具体使用效果目前还有待研　究。　４透水模板布　透水模板布是近年来研制的改善混凝土外观质量　的有效措施。其因毛细作用排出了气泡和混凝土表面多　余的水分，基本消除了混凝土表面的气泡，同时降低了　混凝土表面的水胶比，使得表层混凝土密实，因此可提　高表面强度和抗氯离子渗透能力。在国内杭州湾跨海大　桥预制墩身、金塘大桥预制和现浇墩身、青岛海湾大桥　承台中使用。　但透水模板布在国内尚无技术标准，其使用范围尤　其是水胶比较小、小坍落度情况是否适用等问题均值得　研究。　５电化学保护法　电化学保护法是使金属极化到免疫区或钝化区而　得到保护，可分为阴极保护法和阳极保护法。阴极保护　法是一种经济而有效的防护措施，使用范围日益广泛，　特别是在对使用年限有要求的海工构筑物中。阴极保护　法又可分为牺牲阳极和外加电流法。将被保护的金属设　备与外加直流电源的正极相连，在腐蚀介质中使其阳极　极化到稳定的钝化区，金属设备得到保护，这种方法称　为阳极保护法。这是一种较新的防护技术。虽然在发达　国家用阴极保护技术控制盐污染历史，最近１０年来，又　将阴极防护技术用于必将遭受盐污染腐蚀破坏的新建　钢筋混凝土结构上，以预防腐蚀的发生。电化学保护方　法成本较高且需长期维护，我国仅在海港工程中少量应　用　］，杭州湾大桥主塔采用外加电流阴极保护技术。　６结语　综上所述，海洋环境下混凝土防腐附加措施均有各　自使用范围和防腐年限，对工程造价的影响也不尽相　同，各工程需对防腐附加措施方案的合理性和经济性进　一１７—　材料研究与应用　广东建材２０１２年第３期　普通硅酸盐水泥负温下力学性能的研究　戴国欣　（济南瑞丰混凝土有限公司）　譬　—凹巴鞴　蛐∞伯∞的柏∞拍ｍ　０　捅　费：主要研究了硅酸盐水泥在不同温度（２０℃、Ｏ￣Ｃ、一１０。Ｃ、一１８。Ｃ）下的力学行为，实验表明，随　着早期养护温度的降低，水泥净浆的抗压强度、水泥砂浆的抗折／抗压强度在不同龄期均下降，其中　在一ＩＯ￣Ｃ、一１８￣Ｃ情况下，水泥净浆２８天强度分别为标准养护强度的６０％、５２．４％，水泥砂浆３天的抗折　强度分别为标准养护强度的４１．２％、２９．４％，而水泥砂浆３天抗压强度分别为标准养护强度的５４．２％、　２１．３％。ＸＲＤ和ＩＲ分析表明浆体早期养护温度越低，水化速率和水化程度就越低，这使水泥浆体来不　及建立起抵抗冰冻的水化产物结构体系，从而表现出较差的力学性能和抗冻性。　关键词：硅酸盐水泥；负温；力学性能　水泥混凝土受冻破坏是北方寒冷地区混凝土工程　利用标准稠度实验确定普通硅酸盐水泥净浆浆体　最常见病害之一，同时也是混凝土工程老化的重要标志　的需水量，在可比标准稠度２８±２ｍｍ下，普通硅酸盐水　之一。北方地区冬季温度较低，气温低于零度时，吸水饱　泥水灰比为０．３；根据所测的标准稠度将各种水泥成型　和的混凝土出现冰冻，体积膨胀９％，使混凝土内部产　为尺寸２０ｍｍ×２０ｍｍ×２０ｍｍ的水泥净浆试块，按ＩＳＯ法　生较大的膨胀应力，对混凝土的破坏作用很大，尤其是　成型胶砂试件（４０×４０×１６０ｍｍ），将刚成型好的净浆和　在混凝土初凝时受冻最严重，硬化后的混凝土强度可损　砂浆试样放入２０℃、Ｏ￣Ｃ、一１０℃、一１８℃的养护箱内进行　失３０％￣５０％。本文主要研究了不同温度下普通硅酸盐　负温实验，为保证实验数据具有很好的可比性，从加水　水泥的力学性能，以便为北方冬季施工提供理论依据。　开始到放入养护箱养护的时间控制在１Ｏ～１２分钟内，　１原料及实验方法　１．１原材料　水泥：山东水泥厂生产的４２．５级普通硅酸盐水泥；　砂子：标准砂　２４小时后试样脱模，如果试样没有办法脱模，将试样放　到标准养护箱内放置４小时后脱模，若还没有办法脱　模，则再延迟６小时脱模，标准养护至规定龄期。　２结果与讨论　图１、２、３为不同养护温度下试样浆体的强度。从图　１．２实验方法　１　３　２８　。　ｌ龄期／ｄ　龄　ｄ　龄期／　。　图１不同温度下水泥净浆　图２不同温度下水泥砂浆　图３不同温度下水泥砂浆　１、３、２８ｄ的抗压强度　１、３、２８ｄ的抗折强度　１、３、２８ｄ的抗压强度　［３］张小冬，周庆，陈烈，等．钢筋阻锈剂的应用发展概况．施工技　术，２００４，３３（６）：５２—５３　［４］秦明强，屠柳青，张国志，等．金塘人桥钢筋阻锈剂优选试验研　【参考文献】　究．２００８年全国桥梁学术会议论文集，２００８　５］褚明生．浅议海水环境下增强混凝土耐久性措施．中　水运，　［１］Ｇ・Ｊ・Ｖａｎ　ｄｅｎ　Ｂｅｒｇ梁爱华．不锈钢钢筋用于混凝土的研　［２００６，６（１１）：１０１—１０３　究．建筑技术，２０００，３１（２）：１０５—１０７　６］葛燕，朱锡昶．钢筋混凝土阴极保护和阴极防护技术的状况　［２］张必准．环氧钢筋在某跨海大桥试桩承台中的应用．２００７年　［与进展．工业建筑，２００４，３４（５）：１８—２０　全同大型桥梁和水工结构防腐蚀技术研讨会论文集，２００７　行研究，有针对性的选用。●