钢筋防护（共7篇）
钢筋防护 篇1
引言
目前广泛应用于各行各业的混凝土结构, 由于生产、使用环境及各种自然条件的侵蚀, 导致结构破坏非常普遍。因此, 钢筋混凝土结构的腐蚀已经成为一个不容忽视的问题, 我国近年来的工程调查表明, 钢筋混凝土腐蚀破坏的情况非常严重, 特别是在包括冶金、化工、机械制造和电力等工业建筑物受到的腐蚀更为严重, 为此造成的损失每年可达固定资产的10%以上。因此在建筑结构设计及施工过程中加强对其的防护措施, 不仅对结构的耐久性有重要意义, 更具有巨大的经济价值。
1 钢筋混凝土腐蚀机理的分析
钢筋混凝土结构材料是混凝土与钢筋的复合体, 它的腐蚀形态可分为两种:一是由混凝土的耐久性不足, 其本身被破坏, 同时也由于钢筋的裸露、腐蚀而导致整个结构的破坏;二是混凝土本身并未腐蚀, 但由于外部介质的作用, 导致混凝土本身化学性质的改变或引入了能激发钢筋腐蚀的离子, 从而使钢筋表面的钝化作用丧失, 引起钢筋的锈蚀。
1.1 硫酸盐对混凝土腐蚀作用机理
Na2SO4, Mg SO4等硫酸盐与混凝土中水泥的水化产物Ca (OH) 2反应生成:a.氯化钙和石膏, 其溶于水后会造成混凝土的侵析增加。b.硅酸镁水化物, 其与硅酸钙水化物的取代反应会使混凝土强度下降。
1.2 氯离子对钢筋的腐蚀作用机理
混凝土在水化热作用时, 水泥中氯化钙生成氢氧化钙, 使混凝土中含有大量的OH-, 使PH值一般可达到12-14, 钢筋在这样的高碱环境中, 表面沉积的一层致密的氢氧化铁薄膜, 转入钝化状态, 即使有空气和水分进入也不会导致钢筋腐蚀, 只有这层膜遭到破坏后钢筋才会开始锈蚀。
1.2.1 破坏钝化膜。
钝化膜只有在高碱性环境中才是稳定的。当PH值小于一定的数值时, 就会难以生成钝化膜或已经生成的会逐渐受损。Cl- (氯离子) 进入混凝土中并到达钢筋表面, 局部钝化膜开始破坏, 发生钢筋腐蚀。1.2.2氯离子导电作用。由于混凝土结构中氯离子的存在, 降低了阴极、阳极间的电阻, 强化了离子通路, 提高了腐蚀电流的效率, 从而加速了钢筋的电化学腐蚀过程。1.2.3形成腐蚀电流。Cl-对钢筋表面钝化膜的破坏, 是某些部位露出铁基本体与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差。大面积的钝化膜区作为阴极发生还原反应, 铁基体作为阳极而受到腐蚀。腐蚀由局部开始逐渐在钢筋表面扩展。1.2.4与水泥的作用对钢筋的锈蚀影响。在一定的条件下, 氯盐可与水泥中的氯酸三钙生成不溶性“复盐”, 也以降低Cl-含量, 同时降低硫酸盐与氯酸三钙作用而发生“膨胀”破坏。但当混凝土的碱度降低时, “复盐”会分解重新释放出Cl-对钢筋产生腐蚀。
2 防腐技术
研究防腐技术的目的, 在于使结构从投入使用, 到内部的钢筋开始锈蚀的时间尽可能的接近设计寿命。如何有效地控制氯盐的总量, 使之限定在规定的范围之内。有效的阻止混凝土PH值下降、保证钢筋界面上的钝化膜不活化、维持界面双电层的电位恒定、避免钢筋表面去极化的发生, 就能够有效地控制腐蚀的发生, 也即防腐技术。本文就防腐技术归纳如下:
2.1 混凝土中Cl-总量限定值
所谓“限定值”是指混凝土中所允许的最大值。研究表明, Cl-的总量限定值应小于0.18% (普通混凝土水泥重量百分比) , 折合为0.55kg/m3, 该值相当于美国 (ACI) 的限定值, 比日本土木学会的规范值低8%, 研究结果与美、日发达国家规范值基本上是一致的。
2.2 限定钢筋界面的电流密度和酸碱度
限定钢筋界面的电流密度是保证电位恒定的基本指标, 即钢筋界面保护膜钝化状态向活化状态转化的临界值。该临界值不小于10A/cm3。而强碱性则是钢筋界面保护膜的最佳环境条件, 酸碱度的最佳值不小于11.5。
2.3 限定混凝土裂缝宽度和水灰比
混凝土裂缝使腐蚀介质通过混凝土保护层, 进入到钢筋表面。必须对混凝土保护层裂缝的宽度加以限制, 对高性能混凝土裂缝的限定值为0.2mm.对普通混凝土该值要适当减小。而对混凝土本身要减小Cl-的扩散速度, 必须减小混凝土的渗透性, 控制混凝土渗透性最有效的方法是控制其水灰比, 一般限制在0.35~0.45。
2.4 水泥和骨料材料的选择
水泥是配置抗腐蚀的关键原料。为提高混凝土抗腐蚀性和抗裂性能, 选用含碱量低的普通硅酸盐水泥和坚固耐久的洁净骨料。并控制水泥和骨料中Cl-的含量, 要重视单方混凝土中胶凝材料的用量和混凝土骨料的级配以及粗骨料的粒形要求, 并尽可能减少混凝土胶凝材料中的硅酸盐水泥用量。
2.5 预防措施
2.5.1 严把检测关、增厚保护层。
建议质检部门把“新拌砂浆法”和“硬拌砂浆法”作为工程质检的必测过程。使原材料中所含氯盐总量控制在限定值之内。而仅仅靠自身带入的氯离子不足以造成钢筋的锈蚀。在此基础上适当提高保护层的厚度。大量工程实践和试验表明, 处于氯盐环境中的混凝土表面12mm深度内的氯离子浓度远远高于25~50mm深度范围。因此在氯盐环境中的工程, 混凝土保护层的厚度应不小于38mm, 最好是不小于50mm, 考虑到施工偏差, 设计保护层厚度应选择65mm。2.5.2优选原材料和阻锈剂。在选择水泥时尽量选择矿渣、火山灰、粉煤灰水泥。这些水泥中的水泥石Ca (OH) 2含量低, 能够预防氯盐对水泥石的溶解和溶出, 并防止氯盐与水泥石发生碱集料反应, 生成低强度、低胶结力的膨胀盐, 以及由此产生的混凝土松散、露骨和脱落。粗骨料应尽量选择高碱性的碳酸岩碎石, 它一方面能与水泥有高强度的胶结力, 另一方面能形成高碱性的环境, 使钢筋界面的钝化膜长期处于钝化态。细骨料要尽量采用河砂以防止海砂带入氯盐。在此基础上优选适合于工程特点的钢筋阻锈剂, 建议使用Na NO2复合型阻锈剂, 这种碱性阻锈剂在碱性环境中可生成Fe3O4氧化膜, 阻止Cl-离子对钢筋的腐蚀。2.5.3采用三组分胶结材料及涂层。降低腐蚀介质在混凝土中的渗透性, 是防止Cl-进入钢筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中掺加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨细矿渣。水泥、微硅粉、粉煤灰称为三组分胶结材料。三组分材料制成的混凝土, 具有极低的渗透性并具有很高的抗Cl-渗透能力, 同时具有低热、经济等优点。微硅粉可以提高混凝土的耐磨性, 微硅粉和粉煤灰能有效降低活性集料含量及总碱量, 从而避免碱集料反应发生。此外混凝土表面涂层是防止钢筋锈蚀的第一道防线。目前与混凝土寿命匹配的水泥基聚合物涂层、砂浆层成为混凝土表面保护层的首选。2.5.4禁止使用含氯盐的融雪、化冰剂。对于已成型的结构物而言最重要的是禁止在结构物表面直接接触氯盐。我国长江以北地区喷洒氯盐融雪化冰的势头有增无减, 因此应建立一套关于融雪化冰剂的检测规程和技术标准, 授权于相关质检部门对市场上的融雪剂进行强制性检查, Cl-超标者禁止进入市场。
结束语
混凝土中的钢筋锈蚀已构成影响钢筋混凝土结构物耐久性的最主要原因, 给世界各国造成了巨大损失。必须认识到防腐技术和预防措施的紧迫性。
为提高混凝土的耐久性, 选用优质原材料, 除水泥、水和骨料, 并且掺入足够数量的矿物集料和高效减水剂, 这样就减少了水泥用量、混凝土内部孔隙率以及体积收缩;并结合施工天气, 加强施工各环节控制, 提高耐久性。但是混凝土是水泥、砂、石、水等多成分构成的一种性能多样化的材料, 其性能不仅与组成材料有直接关系, 而且还与施工技术, 所处的环境及维护条件等因素有关。因此, 研究工作难度大, 进展慢。在这方面还需要做大量的研究工作, 以便满足和适应当前建筑市场的需要。
责任编辑:胡明月
钢筋防护 篇2
防护用品考试题
一、单项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，只有1个事最符合题意）
1、__是变配电站的核心设备。A．电力电容器 B．电力变压器 C．高压开关
D．高压负荷开关
2、在一些可能产生缺氧的场所，必须进行氧含量的监测，含氧量不足__时，应严禁入内。A．12% B．18% C．25% D．30%
3、装有安全泄放装置的压力容器，其设计压力不得低于安全泄放装置的__压力或爆破压力。A．关闭 B．标准 C．最大工作 D．开启
4、__是安全评价过程工作形成的成果。A．安全评价结论 B．安全评价报告 C．评价单元划分
D．安全对策措施建议
5、生产经营单位主要负责人必须是生产经营单位生产经营活动的__。A．主要领导人 B．重要领导人 C．主要决策人 D．重要决策人
6、矿山建设工程安全设施竣工后，__验收。A．由管理矿山企业的主管部门 B．由劳动行政主管部门
C．由专门管理矿山企业的部门 D．由管理矿山企业的协管部门
7、为尽可能降低重大事故的后果及影响，减少重大事故所导致的损失，要求应急救援行动必须做到迅速、准确和有效。其中有效很大程度上取决于（）。A．营救活动是否得当 B．危险源消除是否及时 C．现场恢复的稳定性与否 D．应急准备的充分性与否
8、目前不常采用的固化方法是__。A．水泥固化 B．石灰固化 C．化合固化 D．陶瓷固化
9、__适用于挖掘湿度小的黏性土及挖土深度小于3m的基坑支护。A．间断式水平支撑 B．断续式水平支撑 C．锚拉支撑
D．地下连续墙支护
10、吊篮脚手架属于__。A．工具式脚手架 B．外脚手架 C．内脚手架 D．满堂架
11、系统中包含许多能消除、预防、减弱初始事件影响的__。A．安全技术 B．安全功能 C．安全措施 D．安全提示
12、起爆器材中，__常用于非煤矿山。A．雷管 B．导爆索 C．导火索 D．继爆管
13、事件树各分支代表初始事件一旦发生后其可能的发展途径，其中导致系统事故的途径即为__。A．事故连锁 B．安全连锁 C．连锁效应
D．事故危险程度
14、应急救援中心主要负责__。
A．协调事故应急救援期间各个机构的运作 B．对潜在重大危险的评估 C．尽可能的控制事故 D．尽快查明事故原因
15、政府有关部门应制定综合性的__，确保重大危险源与居民区和其他工作场所、机场、水库、其他危险源和公共设施安全隔离。A．土地实用方案 B．规划方案
C．应急救援体系 D．管理法规
16、事故应急救援的基本任务不包括（）。A．迅速控制事态，并对事故造成的危害进行检测、监测，测定事故的危害区域、危害性质及危害程度
B．模拟未来可能发生的危机 C．消除危害后果，做好现场恢复 D．查清事故原因，评估危害程度
17、道路__半径太小时，易造成驾驶员视野变小，视距变短，从而影响驾驶员的观察和判断，易发生事故。A．交叉曲线 B．平行曲线 C．平曲线 D．竖曲线
18、某石料加工场的作业场所存在白云石粉尘和大理石粉尘。测得两种粉尘的总粉尘浓度分别是5mg/m3和7mg/msup>3，两种粉尘相应的容许浓度限值均是10mg/m3，则该作业场所（）。A．具有爆炸危险
B．总粉尘超过接触限值 C．总粉尘未超过接触限值 D．满足Ⅱ级危害程度
19、空压站操作间的噪声应低于__dB。A．65 B．75 C．85 D．90 20、多用于井巷工程的爆破方法是__。A．浅孔爆破 B．深孔爆破 C．中孔爆破 D．中深孔爆破
21、《职业病防治法》规定，用人单位和医疗卫生机构发现职业病病人或者疑似职业病病人时，应当及时向（）报告。A．所在地劳动保障行政部门 B．所在地卫生行政部门
C．县级以上地方人民政府卫生行政部门 D．国家安全生产监督管理局
22、依据《安全生产许可证条例》的规定，除民用爆破器材生产企业外，其他企业安全生产许可证的发证机关实行__级分工负责的体制。A．一 B．两 C．三 D．四
23、参加和接受安全教育和培训是矿山企业职工的__。A．责任 B．工作 C．义务 D．职责
24、依据《安全生产违法行为行政处罚办法》的规定，安全生产行政执法人员当场作出行政处罚决定后应当及时报告，并在__日内报所属安全生产监管监察部门备案。A．5 B．15 C．30 D．60
25、违法行为在__内未被发现的，不再给予行政处罚。A．一年内 B．两年内 C．三年内 D．四年内
二、多项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，有2个或2个以上符合题意，至少有1个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得 0.5 分）
1、职业健康安全管理体系认证审核中的文件审核的目的是__。A．确定是否进行现场审核 B．对现场审核的补充 C．为现场审核做准备 D．收集充分的信息 E．提出体系存在的问题
2、下列关于控制生产性噪声的措施描述正确的是__。A．消除或降低噪声、振动源，将焊接改为铆接
B．消除或降低噪声、振动源，将锤击成型改为液压成型
C．为防止振动使用隔绝物质，如用橡胶、软木和砂石的隔绝噪声 D．消除或减少噪声、振动的传播，如吸声、隔声、隔振、阻尼 E．加强个人防护和健康监护
3、事故预警的主要依据是与事故有关的外部环境与内部管理的原始信息。原始信息包括__，同时包括国内外相关的事故信息。A．现实信息 B．实时信息 C．无效信息 D．历史信息 E．部分有效信息
4、危险物品的生产、经营、储存单位以及__单位的主要负责人和安全生产管理人员，应当由有关主管部门对其安全生产知识和管理能力考核合格后方可任职。A．环保 B．矿山 C．建筑施工 D．核能调研 E．办公用品生产
5、劳动合同应当以书面形式订立，并要具备诸如：劳动合同期限；工作内容；劳动报酬以及__条款。A．劳动保护和劳动条件 B．劳动纪律
C．劳动性质和劳动种类 D．劳动合同终止的条件 E．违反劳动合同的责任
6、按导致事故的直接原因分类，危险、有害因素包括__。A．物理和化学性危险、有害因素
B．生物和心理以及生理性危险、有害因素 C．环境性危险、有害因素 D．行为性危险、有害因素 E．其他危险、有害因素
7、一个完整的应急预案的文件体系应包括__等，是一个四级文件体系。A．评估 B．预案 C．程序 D．指导书 E．记录
8、事故应急救援的总目标是通过有效的应急救援行动，尽可能降低事故的后果，包括__。A．人员伤亡 B．环境破坏 C．技术改进 D．财产损失 E．设备损坏
9、机关、团体、企业、事业单位属于消防安全重点单位的，除应履行通用的消防职责外，还应__。
A．建立防火档案，确定消防安全重点部位，设置防火标志，实行严格管理 B．实行每日防火巡查，并建立巡查记录 C．对职工进行职业道德教育
D．制定灭火和应急疏散预案，定期组织消防演练 E．贯彻“预防为主、防消结合”的方针
10、重人事故应急预案的层次有__。A．综合预案 B．现场处置方案 C．主体预案 D．专项预案 E．整体预案
11、超限运输车辆是指在公路上行驶的，有下列（）等情形之一的运输车辆。A．车货总高度从地面算起4m以上 B．车货总长16m以上 C．车货总宽度2.5m以上
D．单车车货总质量30000kg以上
E．集装箱半挂列车车货总质量46000kg以上
12、依据《注册安全工程师管理规定》，注册安全工程师实行分类注册，注册类别包括__。
A．烟花爆竹安全 B．建筑施工安全 C．危险物品安全 D．石油安全 E．其他安全
13、根据《生产安全事故报告和调查处理条例》，事故调查组除要查明事故发生的经过、原因、人员伤亡情况及直接经济损失外，还应__。A．认定事故的性质
B．提出对事故责任者的处理建议 C．提交事故调查报告
D．总结事故教训，提出整改措施 E．执行事故责任追究
14、犯罪的特征是__。
A．实施的行为不具有应受惩罚性 B．实施的行为具有社会危害性 C．实施的行为具有违法性
D．实施的行为具有故意或者过失 E．其行为不具有社会危害性
15、城市重大危险源信息管理系统集计算机__于一身，能够为领导和有关部门及时、直观、形象地提供重大危险源信息，以及发生事故后抢险、救援信息，有利于有关领导及时、准确地决策，最大限度地减少发生重大事故的可能性及事故后造成的各项损失。A．数据收集 B．数据管理 C．多媒体
D．地理信息系统 E．危险源信息系统
16、金属有多种分类方法，按照理化特性可简单分为__。A．轻金属 B．重金属 C．类金属
D．一般性金属 E．稀有金属
17、职业病危害项目申报应提交的材料有__等。A．职业病危害因素汇总表
B．由法定资质职业卫生服务机构出具的职业病危害因素检测报告 C．存在毒物作业项目的提交职业中毒事故应急救援预案 D．生产工艺流程图
E．主要产品的名称和数量
18、按照安全评价给出的定量结果的类别不同，定量安全评价方法可以分为__。A．LEC法
B．因素图分析法 C．概率风险评价法 D．危险指数评价法
E．伤害(或破坏)范围评价法
19、与生产过程有关的职业性危害因素包括__。A．粉尘 B．病毒 C．劳动制度 D．辐射 E．振动
20、为了对职业健康安全文件的识别、批准、发布和撤销以及职业健康安全有关资料进行控制，企业应制定书面程序，并应达到__要求。
A．明确体系运行中哪些是重要岗位以及这些岗位所需的文件，确保这些岗位得到现行有效版本的文件
B．在任何情况下，文件和资料都应便于使用和获取
C．职业健康安全管理体系文件应书写工整，便于使用者理解 D．传达到企业内所有相关人员或受其影响的人员
E．根据使用要求或为了保存知识而留存的档案性文件和资料，应予以适当标识
21、依据《消防法》的规定，对消防安全重点单位有违反消防法》规定的违法行为，分别给予__的行政处罚。A．警告 B．罚款
C．责令停止违法行为 D．开除 E．拘留
22、安全生产投入资金具体由谁来保证应根据__来定。A．股份制企业安全生产投入资金由董事会予以保证 B．合资企业安全生产投入资金由董事会予以保证 C．一般国有企业由厂长或经理予以保证
D．个体工商户等个体经济组织由投资予以保证 E．合伙经营法人予以保证
23、《安全生产法》关于预防为主的规定，主要体现在__。A．安全意识在先 B．安全投入在先 C．安全责任在先 D．建章立制在先 E．安全教育在先
24、注册工程师因__情形，所在单位应向注册管理机构办理注销注册。A．脱离安全工作岗位连续满半年 B．不具有完全民事行为能力的 C．受刑事处罚的
D．严重违反职业道德的
E．同时在两个以上独立法人单位执业的
25、《安全生产法》明确赋予从业人员的权利有__。A．知情权 B．赔偿请求权 C．检举权
钢筋混凝土防护技术分析 篇3
目前,在工程施工中的钢筋混凝土的防护技术,除优化混凝土原材料及配合比外,还在设计施工工艺方面考虑了更多因素影响,并采用防腐及附加措施,提高混凝土及结构物的耐久性。而且,随着钢筋混凝土防腐及附加措施的逐渐完善和实施,为耐久性混凝土的研究和应用发挥了积极重要的作用。防腐及附加措施则包括使用环氧钢筋、不锈钢、阻锈剂、硅烷等渗透结晶材料涂覆、阴极保护等,这些措施的应用,主要是为了避免钢筋锈蚀引起的混凝土结构破坏,从而保证混凝土使用寿命达到设计要求。
2 钢筋混凝土普通防护技术
钢筋混凝土普通防护技术包括优选混凝土原材料、优化混凝土配合比、适量增加混凝土保护层厚度、使用透水模板布、加强混凝土浇注和养护控制管理等。
2.1 混凝土及原材料的优选
随着耐久性混凝土技术的广泛应用,混凝土及原材料的优选也越来越受到重视,使得混凝土的整体发展水平上升到了一个新的阶段。原材料的优选包括综合比较胶凝材料(水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉等)的品质及稳定性、集料的级配及质量等。混凝土配合比的优选包括胶凝材料的多组分搭配和用量、水胶比及和易性等因素的考量。然而,由于混凝土及原材料受地域及环境限制性较强,在原材料及配合比的优选上必须是有针对性的。因此,只有做到因地制宜、有的放矢,才能在耐久性混凝土性能的优化上起到关键作用。
2.2 增加保护层厚度
为延缓钢筋受外界氯离子等介质的侵入和破坏速度,又能抵御混凝土的碳化作用,一般采取增加保护层厚度的措施。混凝土保护层是阻隔外界对钢筋混凝土侵蚀的最直接手段,主要为致密的砂浆层,厚度越厚,起到的保护效果和时间越长。然而,随着混凝土保护层厚度的增加,界面作用相应增强,致使出现裂缝的风险也越来越大。因此,对混凝土保护层厚度的选取应综合考虑,在最大利用其防护作用的同时确保其安全性。
2.3 透水模板布
混凝土透水模板布是一种应用于建筑工程的新型建筑材料,按结构分为表层、中间层、黏附层。透水模板布作用原理在于,浇注混凝土后,在混凝土内部压力、混凝土透水模板布的毛细作用及振捣等共同作用下,混凝土中的气泡以及部分游离的水分由混凝土内部向表面迁移,并可通过混凝土透水模板布中间层排出。因此,采用透水模板布可进一步提高混凝土保护层的致密程度,增强钢筋混凝土抵御外界环境对其侵入作用。它不仅能消除混凝土表面的气泡、砂线、砂斑等缺陷,提高混凝土表观质量,而且能进一步提高混凝土性能,改善混凝土耐久性(防止碳化、减少氯离子渗透),提高混凝土耐磨性、抗冻性和表面抗拉强度。其缺点是周转次数不高,相应提高了工程造价。
2.4 混凝土浇注和养护的控制管理
加强混凝土浇注和养护的控制管理,强调的实质就是执行力,即加强施工工艺的实施力度。要保证混凝土质量,就必须做到精细化施工,切实落实工艺工法。
在混凝土养护上,需要根据环境、结构部位,选择合适的养护手段以降低混凝土开裂风险。由于混凝土早期因收缩等引起的开裂风险较大,因此,混凝土的早期养护特别重要。目前常用的养护手段主要有:蓄水养护、湿麻袋覆盖、喷雾养护、使用养护剂等。养护过程中,还可以通过预埋冷却水管通冷却水的方式,降低内部温度和控制升降温速率,起到降低混凝土开裂风险的作用。
综上所述,在混凝土耐久性的需求下,较好利用钢筋混凝土的普通防护技术,并对质量控制严格把关,可以最大程度确保混凝土使用寿命。对钢筋混凝土普通防护技术实施特点进行分析,见表1。
3 钢筋混凝土防腐及附加措施
钢筋混凝土除采用普通防护技术外,还常采用一些防腐及附加措施,对钢筋混凝土的耐久性起到了重要作用。常见的防腐及附加措施有:不锈钢钢筋、环氧钢筋、阻锈剂、硅烷等渗透结晶材料等。
3.1 不锈钢钢筋
采用不锈钢钢筋是避免钢筋锈蚀的最直接有效的手段,缺点是造价高,且混凝土使用寿命有限的情况下,采用不锈钢钢筋会造成不必要的经济浪费。因此,非特殊环境(风力较大的海水浪溅区等恶劣环境)或特别要求,一般不使用不锈钢钢筋,避免造成浪费。
3.2 环氧钢筋
环氧树脂涂层钢筋是一种在普通钢筋的表面以静电喷涂方法制作了一层环氧树脂薄膜保护层的钢筋,涂层厚度一般在0.15～0.30mm。环氧树脂涂层以其不与酸、碱等反应,具有极高的化学稳定性和延性大、干缩小,与金属表面具有极佳的粘着性的特点,在钢筋表面形成了阻隔其与水分、氧、氯化物或侵蚀性介质接触的物理屏障,同时,还因其具有阻隔钢筋与外界电流接触的功能而被认为是化学电离子防腐屏障。缺点是由于环氧钢筋制作安装要求较高、工序复杂,必须保证钢筋表面无锈且完全被环氧覆盖,以避免钢筋发生点蚀引起锈蚀加剧而产生更大的破坏作用。
3.3 阻锈剂
掺入阻锈剂有两种作用,一是当氯离子侵入到混凝土内的钢筋表面,并积累到一定的浓度时,钢筋开始锈蚀,掺加阻锈剂可以延长氯离子侵入钢筋并使钢筋开始锈蚀的时间。另一种是如果钢筋表面的钝化膜遭到破坏,钢筋开始锈蚀,掺加阻锈剂可以降低钢筋开始锈蚀后的锈蚀浓度。一般情况下,阻锈剂与拌和水一起添加到新浇注混凝土中可吸附于钢筋表面形成一层分子化学保护膜,同时抑制钢筋的阴极和阳极腐蚀,可有效地防止钢筋由于氯化物、碳化或杂散电流等各种原因造成的锈蚀。
检测阻锈剂阻锈效果的试验方法较多,有浸烘循环、腐蚀电流等检测手段。目前主要采用浸烘循环实验方法,即对砂浆试件中钢筋在浸烘循环下锈蚀情况进行检查判断。为比较掺加阻锈剂的作用效果,进行了空白、亚钙、某粉状阻锈剂A、某液体阻锈剂B这四种情况下钢筋试件的浸烘循环试验,试验结果见图1。
从图1不难看出,掺加阻锈剂可有效降低钢筋锈蚀程度,且不同类型的阻锈剂降低程度有所差异。阻锈剂的缺点是必须掺加到混凝土内保护钢筋不受侵蚀,从阻锈形式上看是有一定的浪费的,且成本价格较高,是一种结合工程使用寿命考虑的辅助手段。
3.4 硅烷等渗透结晶材料
硅烷等渗透结晶材料涂覆在硬化混凝土表面,借助混凝土的孔隙进入混凝土表层,与游离的碱物质发生化学反应,形成稳定的结晶物质堵塞孔隙,隔绝水和氧气进入混凝土内部引起的钢筋锈蚀。此类材料由于是易挥发类液体,其涂覆效果取决于施工条件和环境。
(1)选择拆模后立即进行,且避免大风、高温等加速挥发的环境;
(2)涂覆前将混凝土润湿,以提供适合化学反应的碱溶液环境,但不能有明水使涂覆的材料流失;
(3)根据推荐要求进行均匀涂覆,必要时可反复涂覆。
由于施工方便,针对性强等特点,目前在海工混凝土中较多使用这类材料,对阻隔氯离子侵蚀钢筋混凝土起到了重要防护作用。
综上所述,在运用各种防腐及附加措施上,应有针对性的考量,确保方案的实施效果和效率,做到有的放矢。其总结分析如表2。
4 结语
对工程使用寿命的要求使得钢筋混凝土的防护技术得到了重大发展,不管是普通的防护技术,还是防腐及附加措施,其目的都在于增强钢筋混凝土的使用寿命,延缓因钢筋锈蚀带来的危害。在实际工程应用中,需要全盘考虑,结合工程及环境特点,选取最佳的防护技术。同时,加强施工队伍管理和施工水平,做到精细化施工,最大限度确保工程质量和使用寿命。
参考文献
[1]刘秉京.混凝土结构耐久性设计[M].人民交通出版社.
钢筋防护 篇4
关键词：海港工程,钢筋混凝土,腐蚀原因,防护措施
1 前言
钢筋混凝土结构设施是现代使用最广泛的构筑物之一。目前, 我国正处于基本建设高潮时期, 随着海洋开发的规模不断扩大, 海洋产业, 包括临海工业如大量的港湾码头、海洋跨海大桥、以及以旅游和运输业为目的建造的人工岛和码头正在逐渐增加。另外, 我国六、七十年代已建的大量临海码头等设施已将进入腐蚀破坏的高风险期。这些已建和在建钢筋混凝土设施亟需良好的腐蚀控制。这已不单是技术问题, 也是关系到国家经济发展的长远利益问题。
2 海港工程钢筋混凝土结构腐蚀的原因及现状
当前我国的海港、桥梁、隧道以及海岸工程等海洋工程建设蓬勃发展, 使沿海地区钢筋混凝土结构的数量迅速增长。然而, 我国海洋工程钢筋混凝土结构腐蚀也十分严重, 经济损失巨大。据调查, 我国2004年海洋腐蚀损失约为5000亿元人民币, 约占国民生产总值的5%。我国上世纪90年代前修建的海港工程, 一般使用10~20年就钢筋锈蚀严重。
海洋领域的开发对一个国家的发展起到了很重要的作用, 近年来我国对海洋领域也是越来越重视, 大量的新的海洋工程钢筋混凝土结构物都在兴建中。另外, 根据我国海工工程的调查, 目前我国现有的海洋工程钢筋混凝土结构物如码头、桥梁等, 许多已进入中、老期, 亟需要修复。随着我国综合实力以及国际影响力的不断提高, 我国在海外承接的海洋工程钢筋混凝土结构物的新建和修复工程的项目也越来越多。混凝土是复合的人工材料, 具有多孔性、显微裂缝结构和较粗糙的表面。由于混凝土和钢筋的变形性不同, 导致结构表面产生较大的变形, 出现局部显微裂缝和大裂缝 (0.1~0.3mm) 。
混凝土表面的粗糙度和多孔性, 为其表面吸收水分创造了条件。促使钢筋混凝土腐蚀劣化的原因主要有以下几种:
中性化:水泥水化产物中含氢氧化钙较多, 因而混凝土是强碱性的, 其孔隙内溶液的PH≥12.6。当大气中的CO2遇水后变成酸性液体, 不断地渗透侵蚀混凝土, 其PH值逐渐降低, 水泥水化产物发生分解, 导致混凝土胀裂、粉化脱落, 使其强度大大降低。这个过程即中性化。其反应如下:CO2+H2O+Ca (OH) 2→Ca CO3+H2O
冻融:在寒冷的地区或季节, 混凝土中的水分在0℃以下结冰, 这使得其表面和内部由于冰的体积增大而出现胀裂, 温度高时冰融化, 反复的冻融使混凝土浅表面由于产生裂纹而变得疏松以致脱落。冻融不仅破坏混凝土本身, 也使其中的钢筋失去保护而发生腐蚀。因此, 冻害也是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素。
氯离子侵蚀:混凝土的氯盐 (Cl-) 有两种来源, 一是使用了含氯盐的外加剂, 如使用海砂, 施工用水中含Cl-、加入含Cl-的防冻剂等等。再就是环境中的氯盐, 比如海洋环境、城市立交桥冬季使用的“融雪剂” (化冰盐) , 盐渍土 (含较高盐分的土壤) 等, 通过混凝土表层渗透到达钢筋表面, 破坏钝化膜而产生腐蚀, 大大缩短了使用寿命。海洋工程中的钢筋混凝土结构往往3~5年就出现腐蚀。试验表明, 有、无涂装的混凝土暴露于海洋大气环境下7年时间, 未涂装的其钢筋腐蚀面积接近80%, 而涂装的几乎未被腐蚀。
碱-骨料反应:碱-骨料反应是混凝土中某些活性矿物骨料与混凝土孔隙中的碱性溶液之间的反应。碱-骨料反应中, 碱与SiO2反应生成的碱硅胶会吸收微孔中的水分, 发生体积膨胀。当膨胀压力超过硬化水泥浆的抗拉强度时, 就会引起混凝土开裂破坏。
碱-骨料反应发生的条件有三个:第一, 充分的水 (包括混凝土中原有的水和来自外部的水) ;第二, 限量值以上的NaOH浓度 (微孔中原有的碱和来自外部的碱) ;第三, 骨料中存在反应性二氧化硅。只要切断产生碱-骨料反应的其中一个因素, 就能抑制碱-骨料反应。
对已有建筑而言, 反应性SiO2及NaOH已经存在于其中, 可控的因素只有水。有报告显示, 在湿度≤85%时, 即使发生碱-骨料反应也不会产生膨胀, 那么, 通过防止外部水分渗入就可以控制碱-骨料反应。
3 钢筋混凝土结构防护技术措施
3.1 内掺钢筋阻锈剂
国内外大量的实践表明, 钢筋腐蚀是影响钢筋混凝土耐久性的首要、关键因素。混凝土中钢筋锈蚀破坏, 已成为世界性问题。大量研究表明钢筋阻锈剂对防止和减缓钢筋锈蚀具有独到的效能。其花费少, 使用简便且经济有效, 已成为防止钢筋锈蚀的主要技术措施之一。近年来, 钢筋阻锈剂大量应用于海港工程。
海工混凝土中钢筋的腐蚀, 事实上是一种电化学腐蚀, 其阴、阳极反应都在钢筋电解质界面上发生, 若能阻止其中任何一种界面反应, 就能抑制腐蚀。如果某种 (或某些) 化学物质能够优先参与并阻止上述两种或其中一种界面反应, 且能长期保持稳定状态, 则用此类化学物质就可有效地阻止钢筋锈蚀, 这种在混凝土拌制过程中掺加少量化学物质 (外加剂) , 通过影响上述界面电化学反应来阻止钢筋腐蚀的方法是简便易行的, 这种化学物质 (外加剂) , 对钢筋而言, 就是阻锈剂。按阻锈机理, 可分为阳极型, 阴极型和混合型三类;按材质种类可分为有机类和无机类两种。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。
内掺亚硝酸钙和复合型亚硝酸钙钢筋阻锈剂, 是一种经过长期试验研究和工程实践的经济实用的钢筋保护措施。与预估钢筋周围混凝土中氯化物含量相比, 通过对实际使用的水泥砂石料和拌合用水的试验研究, 确保小于一定值, 就可使钢筋长期处于钝态。
3.2 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的侵入, 也起到装饰效果。但必须解决涂层中的耐碱性和附着力等两方面的问题、受阳光直射部位表面的耐光老化问题、以及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能力, 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, 是混凝土表面涂装保护的关键和质量控制步骤。就耐碱性而言, 呋喃树脂优于环氧树脂, 耐碱性好的封闭漆有利于涂层长期附着性能。国内海港码头工程中使用涂层保护的工程实例已较多, 但尚未很好解决底漆的渗透与附着力问题。早期部分工程在使用几年后, 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, 对海军獭山驱逐舰码头约13000m2和北仑港区2.5万吨级矿石装船码头约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 (拉开法) ≥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1~3mm;抗氯离子渗透试验表明, 未发现任何脱落与开裂现象。
所以, 海港工程钢筋混凝土中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被氯离子突破, 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, 设计选材十分关键, 因为任何一种封闭底漆在干燥面与潮湿面的附着力存在明显的差别, 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, 目前市售涂料品种, 均不能有效地克服活动性裂缝, 除非是专项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, 至少达到构件在不同工况条件下, 受拉弯区裂缝的缝宽基本不变, 以确保涂层保护的效果。再者, 预制件采取岸上涂装封闭, 则存在吊运安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设计年限通常不到10年, 届时, 后继防腐技术措施如何, 两者的匹配性如何等问题, 这些在设计或组织实施中, 均应充分考虑
参考文献
[1]李常升.水利水电工程质量监控与通病防治全书[M].北京:环境科学出版社, 1999.
钢筋防护 篇5
渗透型(化学方式)表面防护,是指保护剂渗入混凝土内部,与水泥石孔隙中的水泥水化产物发生复杂的物理化学变化生成新的物质,这种新的物质具有较强的憎水性,能够改变水泥石孔隙壁与水的润湿角,进而有效阻止以水为载体的腐蚀性介质渗入。
近年来,以有机硅为代表的渗透型防护涂料发展迅猛,尤其硅烷优势明显,能渗透到混凝土内数毫米,防水效果显著且与基材粘结良好,已成为水泥基材料理想的防水剂。
1 试验
1.1 原材料
试验选用水灰比为0.4和0.6的混凝土,原材料均来自青岛本地,P·O32.5水泥,细度模数为2.8的中砂,碎石最大粒径为25 mm,外加剂为萘系高效减水剂,采用德国瓦克(Wacker)公司生产的WACKER BS 1701溶液型硅烷防水剂。混凝土配合比见表1。
1.2 试件制备与试验制度
按照美国材料试验协会标准(ASTM G 109)中的试验方法,将3根钢筋呈“品”字形布局埋入混凝土棱柱体中。试验制备的棱柱体试件尺寸为280 mm×150 mm×115 mm,在试件顶面中央固定1个150 mm×75 mm×75 mm的小水箱,用来盛放3%NaCl溶液或水。这样,顶部钢筋就处于含氯化物或水的混凝土中,试验方法如图1。
试验前,混凝土的4个侧面和底面用环氧树脂进行密封。防水处理时,将混凝土成型面与防水剂接触且使顶面没入溶液大约5 mm,浸没1 h后,将混凝土试件放在试验室内自然干燥7 d,使防水剂与混凝土表面充分反应。
本文针对氯盐侵蚀引起的钢筋锈蚀开展了2种试验制度,即持续氯离子和氯离子-干湿循环。具体试件养护及试验制度如下:
(1)持续氯离子:试件成型24 h拆模,标准养护7 d后在室内干燥21 d,对部分试件进行防水处理,试验中保持试件顶面水箱中3%NaCl溶液持续作用在混凝土表面。
(2)氯离子-干湿循环:试件成型24 h拆模,标准养护14d后,按照干湿循环制度(3%NaCl溶液渗透混凝土表面14 d,实验室内自然干燥7 d,70℃鼓风干燥箱内烘7 d)进行试验,约经历2~3个循环出现锈蚀特征后,对试件进行防水处理。
2 结果与分析
为了便于区分和阅读,文中试件代号及其含义见图2。
检测和评定混凝土中钢筋锈蚀的方法有许多种,其中物理法和电化学方法使用最多。本试验采用甘汞半电池电位和线性极化法(判定标准分别见表2、表3),每7 d测试1次。试验结果见图3、图4。
由图3可知,在整个试验过程中,水灰比为0.4的混凝土,不论是否进行了表面防水处理,半电池电位值和腐蚀电流密度(锈蚀速率)均较小。对照表2和表3的评定标准,都可得出混凝土处于低锈蚀速率状态的结论。但是,经防水处理的OMW-0.4的电位值和锈蚀速率明显小于未进行防水处理的OMN-0.4。水灰比为0.6的试件,经防水处理的OMW-0.6与水灰比为0.4的混凝土试件有类似特征,而未进行防水处理的OMN-0.6在成型后第35周时电位值和锈蚀速率都发生了明显跃迁,这说明在外界氯离子的持续渗透作用下,混凝土内钢筋开始脱钝[4]。在随后的测试期间,该试件都保持了较高的电位值和锈蚀速率。试验结束后,将试件破型,取出钢筋,其表面锈蚀状况与测试结果吻合较好[见图3(c)]。
对于水灰比为0.6,处在氯离子-干湿循环作用下的混凝土试件OXN-0.6和OXW-0.6,在完成第1次氯盐渗透后,半电池电位值分别从-97 mV和-138 mV负向增大到-150 mV左右,这说明外部离子的渗入在一定程度上提高了混凝土孔溶液的导电性。然而在经历了1个循环过程后,测得的电位值又负向减小。这是因为干燥过程使得混凝土内部水分蒸发,从而电阻值增大,电导率减小。完成第3个试验循环时(第13周),2组试件的电位值负向增大到-285 mV和-276 mV,结合判断标准,混凝土均已有90%的锈蚀概率。此时对试件OXW-0.6进行硅烷防水处理,之后,该试件的半电池电位值负向降低,从第17周开始平稳发展。而未进行防水处理的试件OXN-0.6的半电池电位值随时间增长继续负向增大,锈蚀速率也增大,结合表2和表3均说明试件处于严重锈蚀状态。试验结束后,将试件破型取出钢筋,与仅有少量红锈的防水试件OXW-0.6相比,未防水的OXN-0.6锈蚀严重[见图4(c)][5]。
对比图3、图4可知,干湿循环条件下,混凝土中钢筋脱钝早于受持续氯离子侵蚀的情况,这已被大量文献和实际工程所证实。其原因主要是:干湿循环严重影响混凝土的渗透性;持续的温度变化导致混凝土内部不断地产生温度微裂缝,随着循环次数增长,温度损伤不断地累积。
此外,从图3、图4也可看出,经防水处理与未经防水处理试件的电位值发展趋势存在明显差异。分析其原因是,一方面防水处理能够在混凝土表面建立有效的氯离子隔离层,在一定程度上阻碍氯离子的侵入,从而降低了氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀的概率和锈蚀速率;另一方面,防水处理在混凝土表面形成的隔离层能有效地阻止水的进入,使混凝土孔溶液饱和度降低,混凝土的电阻抗增大,电导率降低。因此,未经防水处理试件的半电池电位值负向大于经防水处理的试件,钢筋的锈蚀速率也较大。
3 结论
(1)持续氯离子侵蚀条件下,水灰比为0.4的混凝土试件,不论经防水处理与否均未出现锈蚀特征;而水灰比为0.6且未防水处理的试件在成型后第35周即开始锈蚀,经防水处理的试件在试验检测的59周内还未锈蚀。
(2)对于未防水处理的试件,随着水灰比的增大,钢筋的锈蚀程度加重。水灰比从0.4增大到0.6,钢筋的锈蚀速率增大了约2倍。对于经防水处理的混凝土试件,水灰比对钢筋锈蚀的影响并不明显。
(3)试验结果表明,干湿循环明显加速了混凝土内钢筋锈蚀的发展。为了提高混凝土结构的耐久性,除了保证混凝土自身质量外,进行表面防护处理是阻止外界有害离子侵入,降低氯离子侵蚀混凝土中钢筋锈蚀的概率和锈蚀速率的有效措施之一。
参考文献
[1]赵铁军.渗透型涂料表面处理与混凝土耐久性[M].北京:科学出版社,2009.
[2]Broomfield J P.Corrosion of steel in concrete understanding,in-vestigation and repair[J].E&FN SPON An Imprint of Routledge London and New York,1997.
[3]Broomfield J P,Rodriguez J,Ortega L M,et al.Corrosion rate measurements in reinfoeced concrete structures by a linear po-larization device.In Weyers,R.E.(ed.)philip D.Cady sym-posium on corrosion of steel in concrete[J].American Concrete Institute,Special Publication,1994:1510.
[4]Alonso C,Andrade C,Castello M,et al.Chloride threshold values to depassivate reinforcing bars embedded in a standardized OPC mortar[J].Cement and Concrete Research,2000,30(7):1047-1055.
钢筋防护 篇6
西藏拉萨～日喀则铁路年楚河特大桥主桥为 (60+148+60) m V形刚构加拱组合结构, 两个主承台位于年楚河河漫滩湿地内, 地下水位埋深0～1.0m, 地层以细圆砾土为主, 层厚大于35m, 粒径>20mm含量占35%。承台几何特征17.25m×12.5m×4m, 基坑开挖深度5.0m, 富水砾石土层基坑开挖防护成为承台施工的关键。
为了确保承台施工安全和减少基坑过度开挖, 初选方案采用钢板桩围堰, 但由于西藏市场上无钢板桩可租赁, 从西安或兰州至日喀则 (工程所在地) 运输困难, 费用较高, 故在充分利用工地现有材料的基础上, 设计并使用了钢筋混凝土围堰的新型基坑防护形式。其立面图和平面图见图1和图2。
钢筋混凝土围堰结合了地下连续墙的结构特点和沉井下沉工艺。其结构形式利用了地下连续墙墙体刚度大、整体性好同时具有抗渗性的特点, 作为基坑挡土阻水的承重结构。其施工方式采用沉井下沉工艺, 首先在承台位置的地表完成钢筋混凝土矩形围堰的制作, 然后人工配合挖掘机挖泥下沉, 随开挖深度增加围堰在自重作用下实现就位。就位后的钢筋混凝土围堰和封底混凝土形成稳定的基坑支护体系, 在其内部可安全进行桩头凿除和承台施工作业。
2 适应范围及其优缺点
2.1 适应范围
钢筋混凝土围堰可作为永久性的挡土挡水和承重结构, 一般适用于桥梁深基坑、工业建筑深基坑、顶管的工作井、地下室基坑以及取水口等工程施工, 对于软弱冲积层、中硬地层、密实的砂砾层以及富水地层的基坑防护具有明显优越性。
2.2 与其他基坑防护形式相比较具有的优势和缺点
与地下连续墙相比, 钢筋混凝土围堰不需要成槽设备和接头处理, 无须进行泥浆护壁和水下混凝土浇注, 施工工艺简单, 环境污染小。
与钢板桩围堰相比, 钢筋混凝土围堰能够充分利用工地现有材料和常规施工设备, 无须专门打入机械;同时克服了钢板桩刚度不足内部需加设纵横向支撑, 使承台工作空间受限的问题;由于围堰刚度大, 墙体厚度可根据埋深情况进行设计调整, 可承受不同深度的土压力, 基坑防护深度大。
与基坑大开挖相比, 可减少基坑过度开挖和挖、运及后期回填的土方量;其次围堰可紧贴原有建筑物施工, 降低深基坑大开挖的安全风险。
钢筋混凝土围堰的缺点是:不可回收, 施工工序较多, 周期长。
3 施工方法、工艺流程及操作要点
3.1 主要施工方法
桩基施工完成后及时场地整平, 经测量放样后, 在原位地表上搭设支架安装模板, 现浇钢筋混凝土围堰。混凝土采用C30, 受力筋采用II级钢筋, 直径不小于20mm, 竖向筋净距不得小于75mm, 钢筋保护层厚度不得小于50mm (适应临时支护结构) 。
围堰刃脚采用钢筋混凝土材质, 倾角45°, 高度1.2m, 斜坡段利用表土整形夯实后表面均匀涂抹1～2cm厚砂浆作为胎膜。
围堰平面净空尺寸在考虑了承台结构的同时需预留工人作业空间0.8～1.2m, 该空间可兼做大体积承台施工完成后的散热区。对于小型承台, 围堰净空可比承台略大或相同, 围堰内表面做承台外侧模板, 承台需要从顶面预留散热孔。
墙身高度为封底混凝土厚度、承台设计高度、承台顶覆土厚度之和, 即h=0.5+4.0+0.5=5.0m。
墙身厚度、配筋主要以主动土压力、水压力和《建筑地基基础设计规范》作为设计依据。
墙身模板采用竹胶板, 支撑加固方式有满堂支架和落地斜撑两种。混凝土集中拌和, 罐车运输, 泵车入模。
围堰陆上制作完成及时养护, 当刃脚达到设计强度的70%以上时方可拆模。
下沉采用挖泥下沉的方式。围堰达到设计强度后, 采用人工配合挖掘机进行分层、均匀开挖, 同时做好基坑内排水。当围堰刃脚位置悬空, 自重大于其外壁与砂土的摩阻力时开始下沉, 如此多次循环, 围堰不断下沉直至设计高程。当围堰下沉至一定深度, 挖掘机操作不便时可改为吸泥下沉。
围堰就位后及时清底并浇注封底混凝土, 使之形成封闭稳定的基坑防护、防水结构。
3.2 围堰施工工艺流程 (见图3)
3.3 操作要点
(1) 刃脚土模制作
平整场地后, 由测量人员对中心桩及护桩进行放样, 技术人员现场确定刃脚大样, 并应根据土质及地形情况确定填挖高度。
刃脚土模应优先选用黏土或沙黏土, 如遇地基为软土或淤泥质土应进行换填后方能施做土模。土模根据设计尺寸自上而下人工整平、修坡, 并由技术人员检查验收, 矩形围堰土模允许误差为:
①土模长宽:+3.0cm, -5.0cm;
②土模中线与设计位置误差±5.0cm;
③土模高±3.0cm。
为了保证刃脚表面光滑, 减少其反力有利于下沉, 在土模外表面抹1～2cm厚水泥砂浆。同时其周围应设排水沟和汇水坑等排水设施, 遇雨天时及时覆盖。
(2) 墙身模板安装
墙身内、外模均采用优质竹胶板, 10cm×10cm方木竖向背楞, 方木环向间距30cm。
模板安装顺序为:先安装内模, 再安装钢筋, 最后安装外模。模板通过内外钢管支架和斜撑进行固定。浇注前模板应满足:模板中线与设计位置误差不大于±5cm;长宽误差为设计尺寸的0.5%;墙身厚度±1.5cm。
(3) 混凝土浇注
混凝土需保证足够的拌和时间 (现场按90s控制) 和要求的坍落度 (现场按14mm控制) 。刃脚混凝土浇注应先铺一层强度不低于其混凝土设计强度的水泥沙浆。围堰若分节浇注, 顶层混凝土应加设接茬钢筋。浇注过程中要经常检查模板、支垫等是否有松动、严重漏浆等现象, 如发现应及时处理。在混凝土浇注完毕后及时加以覆盖, 并浇水养护, 使混凝土保持潮湿状态。养护时要控制洒水量, 特别沿内模不能大量流水, 以免冲泡土模, 造成围堰下沉。
刃脚混凝土强度达到设计强度的70%时方可拆模, 拆模对墙身对拉螺杆孔或拉杆头在拆模完成后及时进行堵塞或切割处理, 对混凝土局部跑模或凹凸处进行打磨, 减少墙体表面与地基土的摩阻力。
(4) 挖泥下沉
围堰混凝土达到设计强度时方可挖泥下沉。围堰下沉是施工控制的重点, 采用人工配合挖掘机进行围堰内土方开挖, 挖土过程需分层进行, 每次分层开挖厚度不宜大于30cm, 防止一次性下沉过多将围堰拉裂。先用挖掘机将围堰内周边土方挖除, 再人工将围堰刃脚下土方进行全面均匀对称清除, 边挖土边排水, 使其在自重作用下抵抗摩阻力和刃脚反力, 达到下沉目的。
下沉过程中在围堰四角及各边中点处共设置8个水准沉降观测点 (见图4) , 每天至少进行3次观测, 控制围堰下沉速度, 并检查各边下沉深度是否均匀。
下沉过程中围堰可能会发生偏斜现象, 需及时纠偏。当沉井入土不深时可用偏除土、偏堆土的方法使沉井在下沉过程中逐渐纠正偏差;当沉井下沉较深且偏斜也较大时可采取井顶施加水平力辅以偏除土、偏压重等来纠正偏差;待围堰正位以后方可继续均匀分层下沉。
(5) 基底处理
基底面整平时尽量消除陡坎, 泥砂等残存物应清除干净, 局部残存的浮泥厚度不宜大于5cm, 总面积不宜超过基底面积的5%, 来保证水下混凝土灌注质量。
清基完成到封底前, 应尽快做好封底前的准备工作, 以免基底长时间在水中浸泡造成围堰不均匀沉降。
(6) 封底混凝土
水下封底混凝土应采用52.5R硅酸盐水泥, 最少水泥用量不少于350kg/m3。碎石级配要均匀, 最大粒径不大于导管直径的1/4。根据现场实际要求, 混凝土出拌和机时的坍落度应为18～22cm, 运输至现场后坍落度应控制在16～18cm。
封底方式根据地下水位及水量情况而定, 封底采用C30混凝土, 厚度为30～50cm。
采用干封前在围堰内侧一角设置一个积水井, 先将基坑内地下水排出, 使基坑内水位不大于10cm, 从一侧开始向集水井一侧平行推进浇注, 将基坑内剩余积水排挤至集水井内, 集中用污水泵排出基坑。
地下水位较大时进行水下封底, 采用垂直导管法进行混凝土浇注, 先将围堰内积满水, 汽车吊将导管垂直吊起, 混凝土泵车配合浇注。浇注过程中设专人对导管下混凝土高度进行测量, 一旦达到设计高程立刻停止浇注, 将导管垂直移动到下一个位置, 依次循环。导管移动的过程中须轻提轻放, 防止将已浇注完成的混凝土扰动, 影响封底效果。
混凝土灌注应连续进行, 导管埋入深度宜控制在0.35m左右范围内。封底后第二天对封底混凝土面高程测量。
4 施工中可能存在的问题及预防、处理措施
(1) 下沉过程中墙体出现断裂
①由于围堰混凝土不密实有可能造成墙体断裂。混凝土必须按操作规程分层均匀振捣密实, 严防漏振, 每层混凝土均匀振捣至气泡排除为止。严格控制混凝土振捣层厚、振动棒移动距离和插入下层混凝土深度。单个点振捣时间不能小于20s, 同时也不能过振, 当混凝土将模板各个角落填满即可停止振捣。
混凝土浇注速度不能过快, 以免分层厚度过厚而不利于混凝土振捣。
②在设计围堰时适当增加墙身厚度, 提高其刚度和安全系数。
③围堰内挖土要自上而下, 逐层对称进行, 开挖层厚严格控制, 确保围堰均匀下沉。同时加强下沉过程中的观测和资料分析, 发现倾斜及时纠正。挖土如果在雨季施工时应防止地面水流入基坑内, 应随时注意土壁情况, 特别是雨后复工应仔细检查土壁稳定。
(2) 混凝土外观质量差或墙体跑模增加了与土体的摩阻力导致下沉困难
安装前模板面清理干净, 不得粘有杂物;模板脱模剂要涂刷均匀, 不得漏刷。
模板安装准确, 固定牢靠, 减少或杜绝在浇注混凝土过程中有明显变形、跑模以及爆模。模板间接缝要严密, 如有缝隙, 用玻璃胶或透明胶带封堵严实, 防止漏浆。钢筋与模板间安装足够垫块, 保证混凝土保护层厚度, 同时防止扎丝外露。
围堰浇注完成后, 墙身对拉螺杆孔或拉杆头在拆模完成后及时进行堵塞或切割处理, 混凝土局部跑模或凹凸处进行打磨, 减少墙体表面与地基土的摩阻力。
(3) 下沉过程中底部出现流砂
及时向围堰内补水, 保持内部水位高于井外水位, 以避免流砂涌入。
(4) 围堰下沉过快
围堰下沉过快可用木垛在定位垫架处给以支承并重新调整挖土, 在刃脚下不挖或部分不挖土。或在围堰外壁间填粗糙材料或将墙身外侧土夯实以加大摩阻力。
(5) 围堰下沉过程中出现倾斜和偏移
分区依次对称同步地抽出垫木, 及时用砂或砂砾填夯实;在刃脚高的一侧加强取土, 低的一侧少挖土或不挖土, 待正位后再均匀分层取土;或在刃脚较低的一侧适当回填砂石或石块, 放缓下沉速度。
也可增加偏心压载以及施加水平外力等措施调整倾斜度和偏移量。
(6) 围堰搁置或悬挂导致下沉慢或不下沉
当围堰下沉慢或不下沉时, 可采用加载助沉;或在墙身外侧与土层间灌入泥浆, 降低摩阻力起到辅助下沉。
5 结语
以该桥19#承台的钢筋混凝土围堰施工为例, 对施工进度进行了统计, 钢筋混凝土围堰施工周期为27d。其中:模板制作2d, 支架、模板安装及加固5d, 钢筋绑扎3d, 浇注混凝土1d, 等强养生4d, 支架、模板拆除1d, 围堰下沉10d, 清底和封底混凝土1d。
从现场施工实践来看, 钢筋混凝土围堰内部不需加设水平支撑, 其刚性较好, 靠自身承载力抵抗基坑周围土的压力和侧推力, 对承台基坑开挖能够实现安全保护, 且不影响承台钢筋绑扎施工, 给承台施工提供了便利。
摘要：通过拉日铁路年楚河特大桥主承台基坑防护施工的实践, 对河漫滩湿地细圆砾土层基坑采用了钢筋混凝土围堰防护技术。此种防护形式结合了地下连续墙的结构特点和沉井下沉工艺, 能够充分利用工地既有的常规材料, 减少基坑的过度开挖, 同时对承台施工影响较小并保证了施工安全。
关键词：富水砂砾,钢筋混凝土围堰,基坑,承台
参考文献
[1]中铁一局.沉井施工工艺工法.中铁一局桥涵施工工艺工法标准化[M].西安:长安出版社, 2012.11.
[2]中铁一局.地下连续墙施工工艺工法.中铁一局盾构及深基坑施工工艺工法标准化[M].西安:长安出版社, 2012.11.
[3]GB50007-2011, 建筑地基基础设计规范[S].
[4]JGJ120-2012, 建筑基坑支护技术规程[S].
钢筋防护 篇7
战争时期防护工程是抵御敌方进攻型武器、保护我方人员和重要设施的主要屏障, 防护工程可以利用自身材料和结构的属性对高速冲击、侵彻和爆炸能量进行有效吸收和分散, 以达到“牺牲自己, 保护他人”的特定目的。多数防护工程在和平时期建造完成, 但其在非战争条件下的效益发挥普遍不高, 传统安全人防工程在应对诸如恐怖袭击和事故型冲击等低速、大接触面积、大质量作用时的性能表现又不尽人意, 如能将战时防护工程材料应用到平时安全工程中, 将极大促进防护工程发挥其使用效益、社会效益和经济效益。
1 防护工程材料的发展现状
传统混凝土是非战争时期民用防护领域普遍应用的工程材料, 但是其脆性大、抗拉强度低等缺陷极易导致在动态冲击中受到脆性破坏从而丧失防护效能, 另外因为其受震开裂造成的内部钢筋暴露腐蚀和混凝土劣化对钢筋混凝土结构的耐久性也是非常不利的。
防护工程发展到今天, 结构设计已经基本不是问题, 防护工程的升级主要依赖于新材料的运用和制造工艺的提升。目前在传统的混凝土材料基础上已经开发出多种新型复合防护材料, 它们普遍具有耐冲击、吸能、抗震、稳定性高等优异的特性, 这其中钢纤维混凝土被大量研究证实具有出色的防高速侵彻和爆炸效能。
2 钢纤维-钢筋混凝土抗低速冲击的特点
非战争时期防护工程主要应对低速型冲击, 这些条件下受力环境具有的特点是:冲击速度低, 一般每秒数米至数十米, 且均小于250 m/s, 冲击体质量大, 径厚比d/h较大, 且一般大于等于1, 因此有学者也将之称为事故型冲击[1]。区别于高速侵彻和爆炸, 在承受低速冲击荷载的防护结构中, 需要结构产生局部破坏和显著的整体塑性变形。
研究表明, 钢纤维在混凝土中均匀乱向不连续分布, 使混凝土开裂时仍能维持较大的抗弯、抗剪能力, 保持了较好的带裂缝承载力, 结构整体稳定性得到了保护[2]。另外钢纤维本身具有抗拉、抗剪、韧性好等特点, 与混凝土结合形成的复合材料改善了混凝土的破坏模式, 能有效阻止混凝土中张力裂缝的进一步发展, 再加上钢筋混凝土对结构静态稳定性的贡献, 使整体形成了钢纤维-钢筋-混凝土三相正向强化效应结构, 较传统钢筋混凝土结构具有更加优异的抗力性能。国内外学者对钢纤维-钢筋混凝土在低速冲击下的增强机理、动力特性进行研究, 发现钢纤维-钢筋混凝土消耗在局部破坏上的冲击动能远少于整体破坏变形, 对结构维持整体稳定性有利。因此, 将钢纤维-钢筋混凝土运用到和平时期的安全防护工程中有很强的可行性。
3 钢纤维-钢筋混凝土在非战争时期的应用
3.1 交通安全防护
近年来国家大力发展基础设施建设, 一大批国家级公路、铁路在西部地区建成, 交通安全已经成为经济发展过程中不可忽略的问题。我国西部地区超过75%的土地是山地或丘陵, 道路设施多围绕山体修建, 或开山凿洞或沿山筑路。安全拦阻墙作为用于保护人员和车辆的主要安全设施, 其工作性、安全性、耐久性需要引起足够重视, 尤其是部分紧临悬崖、峭壁、河流的路段对道路安全设施提出了更高要求。
西部地区道路车流量年年递增, 车辆吨位普遍偏大, 长途运输易致司机疲劳驾驶, 加之道路和天气状况易变, 是道路安全事故高发地带。此时位于道路两侧的拦阻墙能有效防止车辆发生意外时脱离车道, 阻止车辆跌入悬崖或河流, 对保护车内人员生命安全起着重要作用。发生交通意外后车辆冲击体重量可达数吨至数十吨, 冲击速度一般小于40m/s, 传统的钢筋混凝土拦阻墙在受到大能量冲击下易发生脆性破坏, 不足以安全拦截事故车辆, 最终车辆可能冲破拦阻墙, 造成人员伤亡和财产损失。新型钢纤维-钢筋混凝土拦阻墙在应对事故型撞击时, 抗冲击能力比传统混凝土提高10%~40%, 其带裂缝工作性可以使拦阻墙承受较大变形而不断裂, 从而最大程度释放冲击能量, 其综合安全性、稳定性均有较大幅度提升[3]。
3.2 重要场所防护
随着国际安全形势变得愈发复杂, 对国家安全造成的威胁日益突出, 尤其是近年来恐怖主义势力抬头迅速, 进一步加重了边防地区的不稳定局势。恐怖分子驾驶车辆冲击我方重要场所的情况时有发生, 已经严重威胁到我方人员和场所安全。另一方面, 在全球热点地区, 我方维和驻地常常临近交战区, 维和人员不仅担负着提供人道主义援助的使命, 还要承担保护我方基地不受战乱侵扰的任务。
上述地区周边环境较为恶劣, 往往不具备大型防护工程必要的施工条件和设备。这就要求新型防护结构一方面要有足够防护抗力, 一方面又要具备快速部署能力。用钢纤维-钢筋混凝土制成的防爆挡墙可以实现工厂集中定制、流水线生产和模块化安装, 同时又能获得比普通钢筋混凝土结构更好地防护能力, 而其自重只有少量增加。新型钢纤维-钢筋混凝土防爆挡墙高度在1.8~2.5 m之间, 截面成“倒T”形。在野外土质地区, 墙内面用钢筋斜支撑, 接地端通过钢钉与地面锚接, 提高整体稳定性。防爆挡墙能有效阻挡视线、屏蔽危险因素、形成隔离区, 对保护我方人员和场所安全至关重要。
3.3 核设施防护
2011年日本福岛第一核电站因地震和海啸造成放射性物质泄漏, 发生严重损毁事故。其附近水源和空气受到核辐射污染, 日本国内和邻国均蒙受不同程度的损失。事故发生后世界各国一片哗然, 核电站的安全防护问题再次受到人们关注。
混凝土材料因其强度较高、辐射屏蔽能力较好、性价比高等优点, 广泛应用于核电站反应堆最外层屏蔽层中。但是在屏蔽层遭到意外损毁时, 辐射物质将处于失控状态, 对周围人员和环境造成污染, 因此, 核设施在运营期内的安全防护问题直接关系到生态健康和新能源产业的发展。飞机失事后的坠落冲击和飓风等所带重物造成的冲击是核反应堆防护壳在设计时必须考虑到的。按照国际原子能机构的规定, 典型的两类冲击可以描述为:一是重量为10~20 t, 速度达到25 m/s, 在机身中部配置发动机刚体的战斗机冲击;二是重量为90 t, 在机翼配置发动机刚体的重型运输机冲击。利用钢纤维-钢筋混凝土建造的核电站建筑外壳可以最大程度发挥防护结构的耐冲击能力和整体稳定性, 将危险因素挡在结构外部, 保护内部关键设施免遭破坏, 为核电站的正常运行提供更加安全可靠的环境。
4 结语
将防护工程材料用于和平时期安全领域的建设是贯彻军民融合发展战略的重要体现, 能使国防科技与民用市场结合更加紧密, 为社会和经济创造更多价值。非战争时期的安全领域关系到国家民生, 关系到每一个小家的平安幸福。钢纤维-钢筋混凝土以其优异的韧性和抗冲击性能, 将在民用安全领域发挥更加关键的效益和作用。
摘要：阐述了和平时期安全防护领域的现状, 归纳总结了防护工程材料发展现状, 对钢纤维-钢筋混凝土在低速冲击下表现出的性能特点进行分析, 并验证将其应用到民用领域的可行性。从交通安全防护、关键场所设防和核设施防护三个方面重点介绍了钢纤维-钢筋混凝土的应用情况, 为推进防护材料的军民融合式发展提供借鉴。
关键词：钢纤维-钢筋混凝土,低速冲击,应用
参考文献
[1]钱七虎, 王明洋.高等防护结构计算理论[M].南京:江苏科学技术出版社, 2009.
[2]黄承逵.纤维混凝土结构[M].北京:机械工业出版社, 2004.