桥梁防腐（共6篇）
桥梁防腐 篇1
随着我国交通运输业的快速发展, 我国桥梁建设取得了明显进步。而桥梁建设过程中防腐工艺也在不断成熟。防腐作为桥梁钢结构设计过程中的一个重点内容, 它的设计历来都是桥梁钢结构设计的重点之一。在现代新形势下, 桥梁钢结构面临的形势也发生了深刻变化, 影响钢结构的因素也越来越多。正因如此, 加强桥梁钢结构防腐涂层的研究具有重要意义。
一、钢结构设计考虑的因素
当前在现代桥梁钢结构制造过程中能够导致钢结构腐蚀变质的因素有很多, 在对现代桥梁钢结构进行防腐设计的时候必须要充分考虑到各种因素对钢结构的影响。从多年的实际经验来看在钢结构设计过程中要高度重视周边环境、防腐寿命以及涂装部位等因素, 要结合工程的实际情况进行有针对性的设计。
(一) 周边环境
周边环境是影响钢结构质量的一个重要因素, 桥梁钢结构大多位于大气区, 在大气区中钢结构容易遭受的腐蚀主要是电化学腐蚀。空气中相对湿度的增加, 污染物的增加以及冷凝的出现都会加剧钢结构的腐蚀, 因而在这样的背景下做防腐设计要充分重视周边环境的影响。
现代桥梁钢结构的设计不仅要考虑气候因素同时还要考虑到局部环境和微环境。局部环境主要指的是钢结构组成部件周围的环境, 而微环境主要指的是结构组件与周围交界的环境, 桥梁内侧以及建筑物的阴阳面是最为典型的微环境, 在设计过程中要充分考虑到这些因素的作用。
(二) 防腐寿命
防腐寿命是设计中需要重点考虑的一个因素, 所谓防腐寿命具体而言就是指涂层保护体系自身的耐久性。影响涂层耐久性的因素有很多, 钢结构设计、表面处理质量、施工条件以及施工标准等都会对耐久性造成影响。在实际工作过程涂层体系按照年限主要可以分为普通型和长效型两类, 普通型的一般是10到15年, 而长效型的则是15到25年。
(三) 涂装部位
在钢结构设计过程中涂装部位不同, 所需要的涂装材料以及涂装工艺也是不同的, 因此在设计过程中需要区别对待不同的涂装部位。通常情况下需要涂装的部位有以下几个位置:外表面;非封闭环境内表面;封闭环境内表面;钢桥面;干湿交替区和水下区;防滑摩擦面以及附属钢构件。这些部位的防腐设计是不同的, 外表面的设计要重点考虑耐候性, 非封闭环境内表面的设计就需要考虑到防腐蚀的要求, 重点是要考虑配置除湿系统等。可见不同位置的设计方法是不同的, 因而设计人员需要采用不同策略来进行设计。
二、桥梁钢结构防腐涂层设计
在现代桥梁钢结构防腐涂层体系设计过程中有两方面的内容非常重要, 一方面是涂层厚度的设计, 另外一方面就是涂层的配套设计。涂层厚度直接影响着防腐效果, 因而设计人员要高度重视涂层厚度的设计。在实际设计过程中要注重两方面:一是适度控制厚度。涂层厚度的设计基本上是按照不同环境以及不同涂层材料的特点来进行确定, 在符合环境的条件下做出合理选择, 涂层厚度的设计要按照提高施工效率和涂层耐久性的原则来进行设计。另一方面是要慎重选择涂层厚度。钢结构涂层厚度的设计往往不是越厚越好, 涂层如果过厚就很容易出现污染环境等问题。一般意义上底漆厚度一般保持在40-80μm, 但是在我国的实际施工过程中底漆厚度通常为75μm或者是80μm。这是我们在设计过程中需要注意的。在施工过程中经常会遇到底漆厚度不够的情况, 此时一般采用中漆来进行弥补。总的来说在设计过程中就是要根据不同位置, 不同环境的要求来进行科学合理的设计, 确定合适的厚度。
涂层配套体系设计是桥梁钢结构设计的重点, 加强对涂层配套体系的研究对于提升桥梁钢结构设计水平具有重要意义。在今后设计过程中需要高度重视涂层配套体系设计。从以往设计经验来看底中面三层长效配套涂层体系是最为常用的设计方案, 因而加强对这种设计方案的研究有重要意义。在这套方案中首先是底漆的设计, 底漆一般用的是富锌漆, 之所以要用这种漆, 是因为富锌漆能够起到良好的电化学保护功能, 对于钢结构防腐十分有益;对于中间漆一般选用的是环氧云铁漆, 这种漆具有一定粗糙度, 与面漆相贴后不容易滑落;面漆的涂刷要按照不同时段来进行涂刷, 氟碳高性能漆是优良的面漆, 这种漆的耐久性与耐候性都是当前各种油漆中较为出名的。防腐剂的选择对于防腐效果有重要影响, 在设计过程中应该慎重选择油漆。接下来就来探讨防腐材料的选择。
三、防腐涂漆的选择
(一) 底漆涂料选择
防腐涂漆的选择意义重大, 不同位置的底漆涂料选择必须慎重。桥梁钢结构易受到电化学腐蚀, 因而就需要选择具有电化学保护功能的涂料。上文中提到的富锌漆就是一个典型例子, 此外还有热喷涂金属涂层。热喷涂金属涂层本身具有良好的电化学保护性能, 运用这种漆能够起到防腐效果, 但是这种漆的使用要求非常严格, 同时还存在环境污染以及高耗能等问题, 因此在涂漆过程中需要慎重考虑。
富锌涂料本身实际上还可以进行分类, 环氧富锌底漆以及无机富锌底漆就是最为明显的分类。在无机富锌底漆中又可以分为水性无机富锌底漆和醇溶型无机富锌底漆。环氧富锌涂料施工要求相对宽松, 本身也具有良好的电化学保护性能, 但是这种漆却不能用在湿度高的环境中。无机富锌底漆对于施工环境以及表面处理等都有较高要求, 无机富锌底漆的耐介质腐蚀性能和耐温性能都是非常优良的。在利用水性无机富锌底漆的时候需要对表面进行严格清理, 清洁度必须要达到Sa3级, 只有这样才能真正达到防腐效果。从以上分析我们就可以发现不同种类的涂料具有不同的特质, 同时对于施工环境的要求也是不同的, 因而在设计过程中需要根据工程现场的实际特点来确定合适的底漆。
(二) 面漆的选择。
在钢结构设计过程中面漆承担着重要角色。当前在实际施工过程中常用的面漆是FEVE氟碳面漆。大型铁路桥梁主体一般采用的是氟碳涂层, 这种漆主要是四氟乙烯和乙烯基醚单体共聚构成, 氟碳面漆可以分为多种类别, 不同类别的性能也是不同的。从施工工艺的角度考虑丙烯酸聚氨酯性能是最好的, 聚硅氧烷涂料敏感性较高, 最大优点是厚膜施工, 这种材料尽管具有优异性能, 但是由于现代化桥梁常需要两道施工, 因而其本身的施工优越性体现不出来, 这是我们需要注意的一个问题, 在今后施工过程中要不断提升对于这方面的研究。
四、经典案例
某桥梁位于长江和汉水汇流夹角, 属于湿润季风气候, 雨量充沛、热量丰富、光线充足, 该地区大气腐蚀度也较高。因而为了有效保护该桥梁不被腐蚀需要合理设计钢结构防腐涂层。
(一) 该桥梁涂层方案设计
钢桥梁本身属于永久性建筑, 在对钢桥梁结构防腐蚀施工过程中工程人员为了保证设计效果采用热喷涂技术来进行施工。热喷涂技术是当前最佳的长效防腐蚀方法, 当前许多国家都把热喷涂工艺作为防腐的首选工艺。在涂料选择方面工程人员主要是从能否与喷涂层相容这个角度来进行分析, 工程人员结合当地大气腐蚀环境, 经过对国内外各种涂料进行详细对比后得出结论:环氧封闭类涂料以及脂肪族聚氨酯涂料是最佳涂料, 应用这两种涂料能够达到耐腐蚀、耐紫外线以及耐候性等目标。
(二) 寿命分析
防腐寿命是现代桥梁钢结构设计过程中需要重点考虑的因素, 科学合理的防腐寿命分析对于保证桥梁钢结构的防腐效果具有重要意义。本案例中该桥梁在防腐设计过程中也经过了专业详细地防腐寿命分析。在本案例中针对防腐寿命的分析主要集中于封闭涂层寿命分析、铝涂层寿命分析以及电弧喷铝复合涂层耐腐蚀理论寿命分析等几个方面。
封闭涂层的寿命分析。针对封闭涂层的腐蚀速率的分析是不可能用公式计算的方式来做出精确计算的, 在实际设计过程中工程人员通过定量描述的方式来对其进行了精确分析。经过专业分析工程人员发现钢铁基体涂装环氧封闭漆加脂肪族聚氨酯面漆的涂层体系的耐腐蚀寿命是8到10年, 金属喷涂层上涂装环氧封闭漆加脂肪族聚氨酯面漆的涂层体系寿命一般在10年以上。
铝涂层寿命分析。针对铝涂层的寿命主要是通过涂层剥离面积估算法来进行精确计算的, 通过运用这种估算法工程人员发现铝涂层的寿命在23年。
电弧喷铝复合涂层耐腐蚀理论寿命经过详细计算后发现能够达到50年。
(三) 结论与建议
该防腐设计方案经过会审通过后于2005年12月开始修建, 2006年4月竣工。施工企业严格按照施工标准以及相关工艺指标来进行施工, 最终达到了防腐蚀的目的。该桥梁耐腐蚀的寿命是50年, 为了保证桥梁耐腐蚀能够达到使用寿命, 建议有关部门每隔10年对钢结构维护一次。要组织人力物力对桥梁进行定期检查, 当发现个别部位出现防腐失效问题时必须要马上组织人员进行修复, 要通过这样的手段来尽可能的延长大桥的服役年限。现代桥梁钢结构防腐涂层体系设计是一项专业性工作, 在今后工作过程中工程人员必须要加强对这项工作的研究。从以上案例我们就可以看出科学设计固然重要, 但是相关维护也是不可缺少的。
结语
随着我国经济社会的快速发展, 我国桥梁建设事业取得了明显进步, 桥梁钢结构防腐涂层设计也变得越来越重要。在人们对桥梁防腐的重视程度越来越高的背景下加强对桥梁钢结构防腐涂层设计的研究有重要意义。本文先分析了设计过程中需要考虑的因素, 而后重点论述了厚度设计和配套设计, 最后结合案例详细分析了科学防腐设计的实现以及后期维护的重要性, 在今后施工过程中工程人员应该加强对桥梁钢结构防腐设计的研究, 要结合实际情况来进行科学设计。
摘要：本文根据影响钢结构的因素以及桥梁钢结构的防腐设计标准, 探讨了如何实现现代桥梁钢结构防腐涂层的科学设计。
关键词：桥梁,钢结构,配套体系
参考文献
[1]王贵明.钢结构长效防腐配套设计涂层[J].全面腐蚀控制, 2010 (02) .
[2]李金桂.曹备钢结构桥梁的腐蚀控制[J].中国表面工程, 2004 (05) .
[3]付红.杭州复兴大桥钢结构长效防腐蚀涂层应用研究[D].徐州:中国矿业大学, 2006.
[4]韩勇.电弧喷涂金属层外加封闭涂料复合涂装技术[J].建井技术, 1995 (04) .
[5]俞菊虎.结合杭州复兴大桥谈钢结构的喷涂防腐[A].钢结构混凝土组合结构[C].北京:人民交通出版社, 2003:15-17.
桥梁钢结构件防腐蚀涂料涂装方法 篇2
1 表面除锈
钢铁的表面往往会产生铁锈和氧化皮, 涂装之前的阶段一定要合理清除掉, 若还存在于钢铁的表面, 防腐蚀的效果就会消失。铁锈若是疏松的状况, 一定会有着许多的水分, 钢铁会受到更大的辐射, 腐蚀的产物会不断的扩大, 脱落、龟裂以及漆膜气泡的现象就会再次发生。因此, 油漆涂装之前, 一定要进行除锈的工序, 一般经常使用的除锈方式为电动工具除锈、风动除锈以及喷砂除锈。
2 表面的清理
建设桥梁时, 钢结构的表面可能会因为不同的因素, 导致焊接口的位置存在毛刺、焊渣, 并且会凹凸不平, 对涂装层的表面质量有着直接的影响。所以, 在涂装之前, 要应用风动工具、机械或电动将表面打磨, 使其平整。
3 表面除油
钢结构的表面所产生的油污, 基本上是因为机械在加工阶段的冷却和润滑现象, 若存在油污, 对漆膜的使用寿命和附着力有着严重的影响。所以, 彻底的清洗流程要在涂装之前完善进行。除油在一般情况下, 建议使用碱液清洗或者有机溶剂清洗等。
3.1 有机溶剂的除油
经常用到的涂刷除油中有机溶剂性能指标如表1所示, 蒸汽清洗时, 有机的溶剂性能指标如表2所示。有机溶剂的除油方式, 一般会针对不同种类的油污溶解力, 用有机溶剂对其除油, 这样的方式具备着较高的除油效率, 但是其中的碱类和无机盐不可以除掉。
3.2 化学碱的除油方法
碱液的除油方式就是浸渍清洗的方式, 是在碱液中将工件放入, 工件若较大就不能够放入, 想要将功效提高, 喷射清洗也可以使用。除油之后, 对于碱液清洗后的工件表面要用流动清水再次清洗, 这样可以保证涂膜的质量。由于此方法有着机械、溶解、分散、乳化的作用, 使得和油污之间产生脂肪酸钠皂, 一方面自身是拥有水溶性作用的, 另一方面表面也起到了活性剂的作用, 其中所包含的残余油污虽是不活性状态, 也会被分散和乳化, 除油的效果非常明显, 如表3所示:
4 涂层的检验
检验涂层外观时, 每一个部位都要达到没有杂物、没有干喷、没有龟裂、没有露底、没有漏涂、没有气泡、光洁平整、均匀漆膜的效果。在检验漆膜厚度时, 涂装阶段要对湿膜的厚度用湿膜测厚仪进行测试, 接着按照测出的相应数据对其调整, 让干膜的厚度能够确保正确。同时, 在涂层的厚度用干膜测厚仪进行检查的过程中, 90%的测量点都要达到一定的厚度, 在条件允许的情况下要超过规定的厚度, 每一个点的厚度一定要和90%的厚度相统一。漆膜的附着力要使用划格的方式, 来让测试能够趋向于高端水准。
5 涂料的涂装
5.1 高压无气喷涂
高压无气喷涂是运用密封容器内的动力驱动、气动或电动的液压泵, 让涂料进行增压而产生30MPa左右的高压, 再使用一种较为特殊的无气喷嘴在快速的喷出去, 在一定程度上, 涂料的喷射形式以高压的状态为主, 就会成为较细的扇形雾状。
5.2 空气的喷涂
空气的喷涂是利用压缩空气的气流, 将涂料经过一定的手段雾化成相应的雾状, 在气流的作用下, 在钢结构件的表面上进行喷涂。空气的喷涂具备着较高的生产效率, 任何一把喷枪在每个小时, 都能够喷涂180m2左右的范围, 并且漆膜的美观度也会均匀的获得, 每一种涂料都可以使用空气喷涂法。
5.3 刷涂
工作人员使用刷子进行涂漆的方式为刷涂, 在各种工件涂装中都非常适用, 具备着没有场地影响、工具较简单、省料的特点, 刷涂若用力, 底材就会纳入涂料, 在一定程度上对漆膜有着增强附着力的效果。刷涂的施工过程有着较低的生产效率, 较大的劳动强度, 在使用快干性涂料时不是非常适合, 操作者制约着施工过程中的涂装质量。
5.4 滚涂
滚涂就是用滚子工具进行涂漆, 此工具包含滚套和滚子本体, 以空心圆柱的形式体现, 其直径不是非常大, 在表面是由合成纤维或者羊毛而构成, 在材料方面为多孔的吸附材料。滚涂在涂膜之后所产生的外观质量, 和刷涂的效果相比较具备着较好的效果, 以及较高的生产效率, 工件如果是较大规模的形状, 可以使用滚涂在涂漆。
6 总结
根据以上的论述, 桥梁中的防腐蚀涂料的涂装工作, 在投资建设的过程中占据着较小的比例。但是, 和桥梁钢结构件中的安全性以及耐久性有着非常核心的制约性, 所以钢架构件的防腐蚀涂料涂装中所使用的施工方法, 是非常重要的组成部分, 一定要透彻掌握, 力求将我国的桥梁钢结构件防腐蚀涂料的涂装方法趋近于完善程度。
参考文献
[1]赵立哲, 白福军, 张大伟, 周军.浅谈桥梁钢结构件腐蚀涂料涂装方法[J].北方交通, 2008 (03) .
桥梁防腐 篇3
关键词：沿海高速公路,桥梁混凝土,混凝土防腐
1 引言
混凝土与混凝土结构的耐久性是影响公路桥梁寿命的关键因素。沧州沿海高速公路位于沧州市东部沿海地区,距离海档最近处只有500m,完全处于海洋环境中,沿线全部为盐池、养殖场、坑塘,全线设计桥梁众多,其中主线桥梁长度占总里程的25%,沿海高速公路桥梁混凝土处于非常恶劣的环境中,为此防腐处理成为影响桥梁寿命的关键。本文通过对沿海高速公路建设中采取的一些措施,保证了桥梁混凝土能够有效抵御海洋环境的侵蚀,为延长桥涵结构物的使用寿命奠定了基础。
2 腐蚀性概况
沧州沿海高速公路地处渤海湾西岸湾顶部位,地貌位于由海陆相交互沉积作用形成的微倾斜平坦滨海低平原,属于华北滨海平原的组成部分。项目区水系十分发育,属于水网地带,人工渠道纵横交错,地下水埋深较浅,全部为咸水,其水体矿化度高,含盐量大。地下水位一般埋深0.5～1.5m,最浅埋深0.2～0.5m,最深埋深一般1.0～2.5m。沿线水质类型为强微盐水,水化学类型为Cl-Na型,最大值接近3000mg/L,最小值接近1000mg/L,地表水最大值达41000mg/L。其防腐性评价为对混凝土结构具强腐蚀性;对钢筋具有中等～强腐蚀性,属于中性～弱碱性水,防护等级为三级;对钢结构具有弱～中等腐蚀性,本项目结构按滨海Ⅱ类设计。沿线表层土质基本为中氯盐渍土,对混凝土结构具中等腐蚀性,对混凝土中钢筋具有强腐蚀性。
3 防腐对策
针对沿海高速公路所处区域的土质环境、水质环境、大气环境等因素,通过结构设计、防腐混凝土及防腐涂层内外防腐设计等措施,从设计、施工、管理等方面多措并举、综合运用、全方位整治,达到桥梁结构防腐效果。
3.1 桥梁防腐结构设计对策
对跨径大于6m的桥梁上部结构采用预应力混凝土结构并按预应力A类构件设计,增强结构的耐久性,避免上部结构主梁出现裂缝,有效避免沿海大气对主梁钢筋和预应力筋的腐蚀。对跨径小于6m的构造物,采用钢筋混凝土整体现浇结构,桥梁主要受力构件混凝土等级不低于C35,提高混凝土密实性,防止CL-对钢筋的腐蚀。桥面铺装层与桥面结构层之间设置可靠的防水层,避免冬季除冰盐对桥梁上部结构腐蚀。
下部结构的墩台盖梁采用普通混凝土结构,在正常使用极限状态,钢筋混凝土结构最大裂缝控制宽度不大于0.15mm,避免对钢筋锈蚀影响。墩台桩、柱和薄壁台处于含氯离子浓度较高的沟渠内,按海水Ⅲ类环境设计。
构造处理措施,沿线海水及大气环境中含有氯离子,桥梁混凝土全部采用防腐混凝土设计。上部结构混凝土设计标号为C50。下部混凝土设计标号为C35,主筋净保护层厚度不小于7.5mm,构造钢筋保护层厚度不小于2.5mm。桥台埋入路基部分进行表面涂刷沥青的防腐处理方式,柱式墩台部分进行复合型涂层防腐处理。
3.2 防腐混凝土
桥梁结构混凝土全部采用防腐混凝土,称为内防腐。内防腐要求采用低水灰比,大掺量矿粉,降低水泥用量,提高混凝土密实性。墩柱混凝土抗冻性不低于80%,混凝土掺用引气剂,含气量控制在4%～6%之间。预应力混凝土抗渗等级大于0.8MPa,构件中Cl离子含量最大为0.06%,混凝土氯离子电渗透试验指标为小于等于1000库仑(28d),氯离子扩散系数小于等于7×10-12m2/s(28d)。
原材料要求带入混凝土的氯离子含量不超过混凝土中水泥总量的0.1%～0.3%;水泥采用普通硅酸盐水泥,细度控制在350m2/kg以内,碱含量小于0.6%,铝酸三钙含量小于5%;矿物掺和料采用磨细高炉矿渣,由生产厂家专门进行产品检验并出具产品合格证书,比表面积控制在360～440m2/kg,矿渣需水量比不大于95%,烧失量不大于1%,矿粉活性指数不低于S95,掺量不大于20%;不得采用可能发生碱—集料反应(AAR)的活性集料,C50及以上强度等级混凝土粗骨料必须进行水洗;细骨料含泥量小于2%,泥块含量小于0.5%,严禁采用海砂;外加剂不得采用含有氯、钾和钠盐类品种,所有外加剂中氯离子含量不宜大于水泥质量的0.02%;拌和水氯离子含量不大于200mg/L,原材料带入混凝土的氯离子含量不超过混凝土中水泥总量的0.1%～0.3%。混凝土碱含量不大于3kg/m3。
3.3 防腐涂层
防腐涂层称为外防腐。外防腐部位应经过充分的科学论证,本着费用上能承受、涂刷部位环境恶劣且不受目测限制、施工工艺可行的原则确定涂刷部位。对于所有过水箱涵涵洞内侧包括板底均涂刷防腐涂层。处于水中的墩柱涂刷上限为所处水域常年最高水位向上1m,下限为承台顶面以下1m。无水状态下的墩柱涂刷上限为原地面以上1m,下限埋入原地面以下1m。伸缩缝处墩柱包括盖梁全部涂刷防腐涂层。涂刷材料采用环氧树脂类底漆、脂肪族聚氨脂水泥灰面漆,总厚度150um,涂层与混凝土的粘结力不小于1.5N/mm2。
4 施工要求
4.1 防腐混凝土施工要求
防腐混凝土具有特殊施工要求,施工前应对施工、监理单位培训专门从事防腐混凝土关键工序施工的操作和试验检测人员。制定严密施工技术方案,特别制定明确的混凝土养护措施方案。针对沿海地区特殊施工环境和混凝土结构特点进行混凝土试浇注,验证并完善混凝土施工工艺。
搅拌站必须严格掌握混凝土材料配合比,混凝土原材料按重量计的允许偏差,水泥、矿物掺和料、外加剂为±1%,粗、细骨料为±2%,拌和水为±1%,混凝土拌和相比普通混凝土拌和时间增加20s以上。混凝土入模前,应采用专用设备测定混凝土的温度、坍落度、含气量、水胶比及泌水率等工作性能,只有拌和物性能符合设计或配合比要求的混凝土方可入模浇注。
混凝土拌和物运输要求不产生离析现象,保证满足坍落度、含气量和混凝土初凝之前有充足时间进行浇注和捣实,搅拌运输车到现场应高速旋转20～30s后,再将混凝土拌和物喂入泵车料斗,现场施工便道应平整,安排专人负责整修维护,防止混凝土运输车颠簸,影响混凝土工作性。
预应力混凝土预制梁应采用快速、稳定、连续、可靠的浇注方式一次浇注成型,每片梁浇注时间不宜超过6h。混凝土有抗冻性设计要求时,混凝土的入模含气量应符合配合比设计要求,含气量偏差控制为±0.5%;在相对湿度较小、风速较大的环境下浇注混凝土时,应采取适当挡风等措施,防止混凝土失水过快。对引气混凝土,振捣棒脉冲的频率不大于6000Hz。
在炎热和大风干燥季节,应采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。防腐混凝土养护时间早于普通混凝土,在未凝结硬化时就要开始养护,必须保证养护7d以上。防腐混凝土耐久性检测,防腐混凝土每个配合比20000m3检测一组抗冻,每个配合比10000m3检测一组RCM氯离子扩散系数。
4.2 防腐涂层施工要求
施工工艺要求用砂纸打磨清除表面浮浆和清除松动部位,并用干净棉纱清理干净工作面,要求工作面混凝土表面洁净、牢固密实无松动,涂层施工应在混凝土龄期30d以上。在清理基面的基础上,采用铁红环氧脂灰底漆刷涂或利用毛质滚筒,涂膜干燥后,混凝土表面密实,有可见漆层,要求厚度达到40um。在底漆干燥后,用环氧树脂腻子对混凝土局部缺陷进行修补。待修补的腻子干燥后,再进行聚氨脂水泥灰面漆施工,将面漆按照规定比例将甲乙组份混合搅拌均匀后,采用刷涂、毛质滚筒涂刷,要求厚度达到110um。要求专业分包施工单位提供符合规定的资质证书(二级资质)以及相关证明材料,总监办、驻地办对分包施工单位资质、施工方案及试验柱总结报告进行审批。
施工前注意进行混凝土表面处理,满足表面清洁、干燥等技术要求。施工过程中,应对每一道工序包括混凝土表面处理、各道涂层施工等进行认真检查并通过验收。涂装过程中应随时注意涂层湿膜的表面状况,当发现漏涂、流挂、变色、针孔、裂纹等情况时,及时进行修复处理。基坑回填时,不得损伤涂层,尤其是靠近承台墩柱回填料、压实机具必须精细施工,防止回填施工RT对完成的涂层造成损害。
5 结束语
桥梁防腐 篇4
一般而言,钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀机理主要可以分为两种:化学腐蚀和电化学腐蚀。海洋环境对钢筋混凝土结构而言是一种比较恶劣的生存环境。在海水中,甚至在海潮影响区域的大气环境中,都存在着大量的氯离子,而氯离子极易诱发混凝土中钢筋发生电化学腐蚀,而且发生时间远远早于混凝土碳化引起的钢筋锈蚀。这种腐蚀速度快且易产生点腐蚀,不仅严重削弱钢筋截面,而且容易导致应力集中,尤其对于以承受疲劳和冲击荷载为主的桥梁结构,危害更为严重。海洋环境钢筋混凝土桥梁耐久性问题的严重性和迫切性不仅在于危害的严重性,而且还在于在国际国内对海洋环境混凝土结构的耐久性已有较多认识和研究的情况下许多正在建设的工程仍未吸取国际和国内的大量惨痛教训,还沿着老路重蹈覆辙。一些新建成的立交桥和高速公路桥,仍没有在材料性能、结构构造和防腐技术等方面采取防止氯离子侵蚀的综合措施。有些跨海大桥,其主体结构包括浪溅区仍采用不耐海水干湿交替侵蚀的普通C30混凝土,其保护层厚度只有3~4cm,更无必要的耐久性构造措施。这样下去,欧美高速公路网建设和我国海港码头建设的悲剧势必还会重演。
混凝土中钢筋锈蚀为何会带来如此严重的危害?这主要从钢筋锈蚀造成结构性能劣化进行分析。
2 钢筋混凝土桥梁老化性能
钢筋混凝土结构是一种钢筋和混凝土复合材料结构,结构的各项性能不仅取决于钢筋和混凝土各自的物理力学性能,而且也与钢筋与混凝土的协调工作能力有关。
2.1 结构承载力降低
钢筋混凝土结构材料的劣化是一个缓慢的、渐进的过程,而最后造成的结构破坏形式则可能是突然的和脆性的。对于钢筋混凝土梁而言,一般将其设计为具有一定延性的适筋梁,钢筋与混凝土之间具有有效的粘结作用,二者协调变形。但是,对于腐蚀后的钢筋混凝土结构,当钢筋锈蚀到一定程度,混凝土保护层开裂甚至脱落以及钢筋与混凝土界面上生成的疏松的锈蚀层都会影响钢筋与混凝土之间的粘结性能。当锈蚀量较大时,粘结性能的退化已不能在钢筋与混凝土之间建立起足够的粘结应力,钢筋的强度得不到充分发挥,承载能力下降。
2.2 结构破坏形式改变
粘结性能的破坏导致钢筋不能发挥其塑性性能,结构的破坏形式从延性破坏转变为脆性破坏。对于点腐蚀,由于存在初始缺陷和应力集中,桥梁的疲劳寿命将会大幅度降低。更为重要也是容易忽视的是,钢筋锈蚀不仅会导致结构性能发生改变,而且还会造成结构的不对称损伤,如在海岸和近海工程中,通常迎海面损伤大于背海面,浪溅区和水变区的损伤大于大气区和水下区;钢筋锈蚀差别很大,也有可能造成结构的不对称损伤。这种不对称的损伤可能引起结构实际的受力状态改变,如由延性破坏转变为脆性破坏、弯曲破坏转化为扭转破坏等等,导致不可预料的结果。通过对钢筋混凝土桥墩立柱非均匀锈蚀后结构可靠度的分析发现结构的实际可靠指标通常更低,如果仍按通常截面缺损的分析方法评估非均匀锈蚀结构的承载力和可靠度,则会使结构处于更加不安全状态。某地一座桥梁的主梁,迎海面钢筋锈蚀非常严重,而背海面则相对轻微很多,后来在车辆作用下突然发生破坏,破坏的形式已经不是弯曲破坏,而是侧向失稳破坏,这种破坏形式的转化主要是因为一侧的钢筋锈蚀量太大,几乎已经锈断。
即使对于均质材料的钢桥结构,如钢箱梁、钢桁架梁,局部的、非对称的腐蚀也会导致结构整体可靠度大幅度的下降,下降的幅度远大于仅考虑截面缺损下降的程度。
3 防腐技术
对于钢筋腐蚀产生危害的严重性,工程界已经普遍认识到,并且已经探索到许多适宜于比较有效的防腐技术措施。
3.1 高防腐性能混凝土
高防腐性能混凝土对于钢筋的保护是钢筋混凝土结构能够保持其长期耐久性的一个最基本的前提。正如人类抵御疾病一样,打针吃药是一种外在的补救措施,增强体质才是保持身体健康、延长寿命的最根本途径,结构的生存同样遵循这一原理。从海洋环境中氯离子侵蚀机理和高性能混凝土的特点即可发现,采用高防腐性能的混凝土即是增强钢筋混凝土结构体质的关键。
3.1.1 海洋环境中氯离子侵蚀机理
不管受束缚氯离子还是自由氯离子,除在拌和物中掺入的以外,其向混凝土中侵入的方式主要有以下几种:
a毛细管作用,即盐水向混凝土内部干燥的部分移动;
b渗透,即在水压力作用下,盐水向压力较低的方向移动;
c扩散,即由于浓度差的作用,氯离子从浓度高的地方向浓度低的地方移动;
d电化学迁移,即氯离子向电位较高的方向移动。
通常氯离子的侵蚀是几种侵入方式的组合。对于不存在裂缝的混凝土而言,氯离子的扩散被认为是氯离子侵蚀的一种主要方式,主要用Fick第二定律进行模拟。Fick第二定律很方便地将氯离子的扩散浓度与扩散系数和扩散时间联系起来,可以直观地体现结构的耐久性,在一定程度上能够预测结构的耐久年限。研究和实际检测结果发现氯离子的扩散受混凝土的成熟度的影响,水化越充分,混凝土内部越密实,抗侵蚀能力越强。Fick第二定律中扩散系数是一个随时间而变化的量,其含义可以理解为结构从开始暴露到检测时扩散系数的均值,是有效扩散系数。
氯离子在混凝土中的扩散受到许多因素的影响,如水灰比、水泥品种、骨料级配、外加剂种类和掺量、养护条件、暴露时间、环境温湿度等,多年来,许多学者和研究机构在研究这些因素对于氯离子的影响机理以期进一步控制氯离子侵蚀等方面倾注了大量的心血,挪威、瑞典、丹麦等一些北欧国家在这些方面做出了一些开创性工作。
(1)水灰比:从许多试验结果中可以观察到当水灰比增大时,混凝土的渗透性、氯离子的扩散系数都有不同幅度的提高。一些试验表明当水灰比从0.4增加到0.6时,氯离子的扩散速率增加4~5倍。高防腐性能混凝土具有低水胶比的特点,可以有效增加混凝土的密实度,降低氯离子的扩散性能。
(2)掺料种类及掺量:目前制作高性能混凝土常用的掺料主要有粉煤灰、硅灰、矿渣等,它们的掺加可以降低温升,改善工作性,增进后期强度,并且可以改善混凝土的孔结构,提高混凝土的耐久性能。研究结果表明氯离子的扩散特性随水胶比的增大而增大,随粉煤灰和高炉矿渣用量的增加而减小。也就是说,扩散系数不仅与水胶比有关,而且与掺加料的数量和种类有关。飞灰混凝土和高炉矿渣混凝土都可以有效地抵抗氯离子的侵蚀,它们的氯离子扩散系数均低于10-9cm2/s。在相同水胶比下,粉煤灰掺量不超过20%时,对混凝土性能影响不大,只是稍微降低混凝土的温升。但当掺量超过25%时,对混凝土的性能有明显的改善。掺料的掺加量应该合理的确定。试验表明,过多的硅灰掺量将降低混凝土中Ca(OH)2的含量,反而会加快腐蚀。
(3)养护条件和初始暴露时间:养护条件和初始暴露时间主要反映了混凝土初始暴露时的成熟度。随着初始暴露时间的推移,氯离子的扩散系数不断降低。这说明暴露时间过早,水泥以及一些矿物细掺料水化尚不充分,混凝土内部空隙率较大,不利于抵抗外界侵蚀介质。
(4)温度影响:离子或分子的扩散能力可以用热力学中的Gib自由能来表示。Gib自由能正比于温度,一些试验表明,当温度高时,氯离子扩散系数相应增大。
如前所述,氯离子在钢筋表面必须累积到临界浓度才能引发钢筋锈蚀。影响临界浓度的因素很多,其中比较关键的两个因素是环境湿度和氧气的输送能力,这两个因素也是钢筋锈蚀的必要条件。混凝土中的氯离子分为两类:自由氯离子和受束缚的氯离子。英国标准(BS8110:Part1“1985)规定了混凝土中氯离子的总含量不允许超过水泥重量0.4%,欧洲标准(ENV206:1992)也给出了同样的界限。美国规范(ACI318-89)规定了混凝土中自由氯离子的含量不允许超过水泥重量的0.15%。这两个数字实际上是没有本质区别的。也有观点认为用[Cl-]/[OH-]描述导致钢筋锈蚀的氯离子浓度更加精确,这个值大约在0.6左右。实际上氯离子的临界浓度值是受环境条件影响的,具体环境下氯离子浓度的临界值最好通过调查得出。
3.1.2 高防腐性能混凝土的特点
高防腐性能混凝土是混凝土结构耐久性研究的重要成果。高防腐性能混凝土的特点是低水灰比和双掺技术,即掺用高效减水剂和矿物细掺料。低水灰比可以降低孔隙率,而由于掺用了高效减水剂,仍可以获得良好的工作性能;矿物细掺料的掺加改善了混凝土的微观孔结构,提高了混凝土的密实度;影响混凝土耐久性的各种破坏过程几乎都与水的渗透有密切的关系,因此混凝土的抗渗透性被认为是评价混凝土耐久性的重要指标。高防腐性能混凝土由于具有很高的密实度,因此有效地抵抗了水的渗透,具有良好的耐久性。
由于高性能混凝土的密实度高,按目前我国现行有关国家标准用加压透水的办法根本无法准确评价其渗透性,目前世界上最流行的混凝土渗透性的评价方法是AASHTO T 277和ASTM C 1202规定的直流电量法,通过施加电压,根据通过混凝土的电量评价混凝土的渗透性。另外,还可以根据需要在混凝土中掺入拌和型阻锈剂,提高诱发钢筋腐蚀的氯离子的临界浓度,增强钢筋混凝土桥梁抗氯离子侵蚀的能力,延长耐久寿命。
高性能混凝土的这些特点为钢筋混凝土桥梁抵抗氯离子侵蚀提供了可靠的屏障。我国香港地区的青马大桥,为了确保混凝土结构的120年使用寿命,采取了多种技术途径,其中采用了复掺5%微硅粉(超细粉)和25%粉煤灰或65%矿渣的海工耐久混凝土等。澳门珠海跨海大桥也非常重视混凝土抗氯离子渗透性问题,采用了粉煤灰高性能(预应力)混凝土等技术措施。
混凝土保护层与钢筋之间是唇齿相依的关系,即使高防腐性能混凝土的强度很高,但其保护层厚度也不应太小,因为混凝土保护层的最小厚度不仅受混凝土结构的耐久性限制,而且也受到钢筋与混凝土协调工作的约束。混凝土保护层应该保证钢筋与混凝土之间能够有效地传递粘结应力。另外,过薄的保护层很容易受到局部损坏、磨损、表层裂缝等意外损伤。理论上,保护层越厚,结构耐久性越好。但实际上,过厚的保护层在硬化过程中其收缩应力和温度应力得不到钢筋的控制,很容易产生裂缝。裂缝的产生会大大削弱混凝土保护层的作用。一般情况下,混凝土保护层厚度不超过80~100mm,具体的尺寸应根据结构设计确定。
值得注意的是,高性能混凝土胶凝材料用量比较大,易产生干缩裂纹,早期应该注意做好养护工作,也可掺加适量膨胀剂减少混凝土表面裂纹。
3.2 其他防腐技术
目前的防锈措施主要有防锈涂层法、电化学保护法、惰化钢筋法和防锈混凝土等方法,这些防腐措施基本上属于外在的附加防腐措施,是在混凝土不能提供有效的防腐蚀效果的基础上而采用的。
涂层法主要包括混凝土表面涂层、混凝土表面聚合物浸渍、钢筋表面涂层等,这类方法主要通过设置致密层切断氯离子或其他侵蚀介质到达钢筋表面的路径而达到防止钢筋腐蚀的目的。
电化学保护法主要有牺牲阳极阴极保护、外加电流阴极保护、电化学除盐等方法,阴极保护方法主要通过补偿铁原子失去的电子而达到防止钢筋锈蚀的目的,电化学除盐主要是利用电学方法将混凝土中的氯离子脱离出来、降低混凝土中氯离子的含量而达到保护混凝土中钢筋的目的。
惰化钢筋法主要通过采用不锈钢筋、碳纤维棒等活性低的金属或惰性材料部分或全部代钢筋。
这些方法施工技术要求高,工艺比较复杂,后期维护费用高,目前大多应用于大型重要钢筋混凝土桥梁的重点部位或重要构件的辅助防腐,或者应用于结构腐蚀以后的补救措施。多数外部防腐技术措施是大量混凝土结构耐久性凸现不足之后应运而生的。
另外,有些防腐措施还受到许多因素的制约,如阴极保护技术、电化学除盐技术在应用于预应力钢筋混凝土桥梁时需要特别慎重,如果应用不好,反而会导致钢筋析氢腐蚀,加速结构的破坏等。
4 结束语
在一般建筑结构、桥梁结构方面,高性能混凝土是随着结构向高层化、大跨度化方向发展而发展的,其使用年限要求已不再只是几十年,而是上百年,因此要求混凝土具有很高的耐久性。对于海潮作用区以及在其它恶劣环境条件下服役的工程结构,高性能混凝土的发展随着人们对钢筋混凝土结构耐久性破坏机理认识的不断深入而日益迫切。我国于2001年5月开始实施的《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中对海港工程明确提出:对处于浪溅区的混凝土结构宜采用高性能混凝土。高性能混凝土是一种新型高技术混凝土,根据设计要求不仅可以大幅度提高混凝土强度,而且可以明显改善混凝土结构的耐久性能和其他性能,适应了现代社会中改善和保护环境、节省资源和能源的需要,在未来的土木工程中必将有广阔的应用前景。
参考文献
桥梁防腐 篇5
1 环境对混凝土结构的腐蚀机理
环境对混凝土结构的腐蚀作用主要体现为钢筋的锈蚀和混凝土的腐蚀或损伤。混凝土结构在内外部作用条件下的腐蚀破坏过程主要分为盐类危害及中性化的破坏过程和混凝土内部因碱性材料反应造成的破坏过程两大类。
1.1 盐类危害和中性化的破坏过程
盐类危害和中性化的破坏过程, 分为四个阶段, 如图1所示。
第一阶段:腐蚀物质的渗透 随着水分的渗透, 氯离子、二氧化碳、氧气也渗透进去, 受二氧化碳影响, 混凝土开始为中性化;第二阶段:钢筋的腐蚀 渗透进去的水、氧气、氯离子等腐蚀了钢筋, 由于盐的介入, 即使不发生中性化, 也会引起腐蚀;第三阶段:钢筋的腐蚀 钢筋因受腐蚀而体积膨胀 (2.5倍) , 混凝土开始出现裂缝, 发生开裂;第四阶段:强度降低 混凝土出现裂缝后, 引起腐蚀物质更进一步侵入, 加速钢筋的腐蚀和体积进一步膨胀, 致使混凝土的强度降低。
1.2 混凝土内部因碱性材料反应造成的破坏过程
混凝土内部因碱性材料反应造成的破坏过程, 分为四个阶段, 如图2所示。
2 混凝土结构涂装防腐技术的应用
众所周知多数腐蚀性介质对混凝土材料或钢筋的腐蚀作用均离不开水这一媒介。美国著名混凝土专家Mathe曾经有如下论述:“从长远角度来看, 混凝土的可穿透性或渗水性是唯一与耐久性直接相关的特征。”大量事实证明, 防止了水的进入, 混凝土结构的病害, 包括钢筋锈蚀、碱骨料反应和冻融循环破坏根本就不会发生。然而事实上混凝土结构的施工与使用过程中, 开裂问题一直是难以根除的顽疾。因而, 除了结构的防排水构造与材料密实性的设计和施工要求以外, 具有防水功能的各种附加防腐蚀措施往往成为整个结构防腐蚀体系中必不可少的屏障。
第一阶段:水分渗透;第二阶段:碱性材料反应 由于水的渗透, 混凝土中含有的反应性二氧化硅同碱发生反应, 生成硅酸钠, 体积膨胀;第三阶段:产生裂缝 伴随碱性材料反应的进行, 混凝土膨胀体积增大, 产生裂缝;第四阶段:强度降低 开裂后可引起腐蚀物质更容易侵入, 促进钢筋的腐蚀和体积进一步膨胀, 强度降低。
2.1 涂装防腐技术的防腐机理
海洋环境可以分为海洋大气区、浪溅区、水位变动区 (潮差区) 和水下区。混凝土的腐蚀破坏一般都在平均潮位以上的部分, 在潮位以下, 由于混凝土处于饱水状态, 供氧条件差, 钢筋的腐蚀就变得极为缓慢。相关资料也显示, 混凝土在水位变动区 (潮差区) 腐蚀破坏最为严重, 其次是浪溅区。目前用防腐涂料对混凝土结构涂装是一种行之有效的防腐蚀措施, 可以起到以下作用:
(1) 防腐蚀作用:在混凝土表面形成一层屏蔽阻隔层, 以阻止氯离子、二氧化碳、二氧化硫等腐蚀介质浸入混凝土, 造成腐蚀。
(2) 防水作用:阻止水浸入混凝土内部, 引起钢筋锈蚀和混凝土劣化。
(3) 防潮作用:在潮湿环境能保持混凝土内部处于干燥状态, 有利于提高混凝土的使用寿命。
涂装位置一般确定在平均潮位以上的部位, 即水位变动区、浪溅区和大气区, 将涂装位置确定在此区域也是考虑了涂装施工问题。涂料涂装是一种最主要、最广泛、最容易被业主接受的混凝土防腐蚀措施之一。日本相关研究表明, 选择合适的涂装方案, 跨海大桥混凝土防护涂层的预期寿命可达60年以上, 一般的方案也在25年以上。由此可见防护涂料对混凝土结构所起到的作用不可忽视。
2.2 国内外常用的涂装防腐技术
目前国内外较常采用的涂装防腐技术分为涂料硅烷和环氧两大类。
2.2.1 涂料硅烷防腐技术
硅烷具有小分子结构, 应用于混凝土表面, 可深层渗透混凝土毛细孔壁与水化的水泥发生反应形成聚硅氧烷互穿网络结构, 并与混凝土材料形成稳定的共价键连接, 形成一牢固的斥水层, 使毛细孔壁憎水化。它以一种最简单、最有效、最经济的方式将水与混凝土隔离, 使它具有其他防水材料无与比拟的施工价值。它能深层渗透混凝土表层, 与混凝土结构结合为一体, 不受动载力的影响;优异的表面斥水效果, 0.2mm裂缝自愈合及防水层自我修复能力;不改变混凝土自然外观独特的透气性, 保持混凝土的正常“呼吸”;极佳的抗氯离子性能;很好的抗碳化能力、耐酸碱能力;可解决冻融引起的混凝土剥落和风化, 提供长久的耐侯和防水保护。硅烷浸渍的施工方法较简单, 要求在4～40℃的环境下, 在清洁干燥的混凝土表面用喷枪、滚筒或刷子等进行施工, 施工时要求混凝土尽量的干燥, 越干燥越有利于硅烷浸渍后的渗透。如果混凝土表层内是湿润的, 含有饱和水溶液的话, 硅烷就无法渗透进去。硅烷使用量为250～300g/m2, 喷涂两遍。10h不沾水自然风干, 72h后泼水实验。与阴极保护、环氧涂层钢筋相比, 浸渍硅烷较经济, 施工简便, 建议可用于大气区混凝土的防护。在水位变动区, 因受海浪的飞溅和冲刷, 表面常处于潮湿状态, 可采用硅烷膏体进行防护, 膏体中有效组分的高含量能保证深度的渗透, 较液体浸渍可得到最好的渗透深度和防水效果, 在水位变动区和浪溅区采用这种硅烷膏体能起到很好的防护作用。在硅烷浸渍施工中, 保证涂覆量是保证其具有良好防腐蚀性能的关键。对于浸渍硅烷的使用效果, 交通部《JTG/T B07-01-2006 公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》条文说明中提到, 附加防腐蚀措施6.2.3要求浸渍硅烷的质量验收可参考欧洲标准草案 (prEN13580) , 憎水效果保持15年以上。
2.2.2 环氧防腐技术
环氧是一种较常采用的防腐涂料, 一般是由底层、中间层和面层等配套涂料涂膜组成, 底层涂料 (封闭漆) 具有低粘度和高渗透能力, 能渗透到混凝土内起封闭孔隙和提高后续涂层附着力的作用;中间层涂料具有较好的防腐蚀能力, 能抵抗外界有害介质的入侵;面层涂料具有抗老化性, 对中间层和底层起保护作用。环氧涂料具有优良的耐化性和耐海水性;具有极好的附着性、耐冲击性和耐磨损性;适用于厚涂。环氧涂料的一般做法是先涂一层环氧树脂封闭漆, 再涂中间层环氧树脂漆, 最后涂面漆。环氧涂料的种类较多, 其中有一种为施工湿固化环氧涂料 (TECE BARRIER SP) , 它是应用于海上建筑、水下部位和会被水溅湿部位的一种能与水固化反应、并能在潮湿表面上施工的环氧胶泥涂料, 俗称湿固化的涂料。它作为一种半永久性的防腐涂料已被广泛应用于海洋工程、码头、桥梁、水道等重要工程上。可先在混凝土表面涂湿固化环氧涂料, 之后在其上涂聚氨酯面漆或氟碳面漆。混凝土表面涂层的耐久性和防护效果, 与混凝土涂装前的表面处理关系很大。良好的表面处理, 能使涂层经久耐用, 防护效果也显著。因此, 环氧涂层施工时首先应检查混凝土基材面是否牢固和坚实;除去表面残浆灰等。其次按膜厚要求涂装环氧漆, 只有确保涂层厚度, 才能保证工程质量。之后按要求涂装面漆。最后涂装完成后必须进行总膜厚检测。环氧涂料能有效防护外界有害介质的入侵, 且工艺成熟, 价格合理, 在我国工程建设中广泛应用。
3 结论
以上是对海洋环境桥梁混凝土腐蚀与涂装防腐技术的简单介绍, 根据国内外经验, 如果采取有效的防护手段, 其中25%～40%的腐蚀损失是完全可以避免的。综合分析, 笔者认为涂装防腐技术是当前解决海洋环境桥梁混凝土结构腐蚀行之有效的方法, 对于降低由于腐蚀造成的重大灾难性事故的发生, 延长海洋环境桥梁的使用寿命具有重要意义。
摘要：海洋环境下混凝土结构易受到腐蚀, 目前用涂装防腐技术是一种行之有效的混凝土防腐蚀措施, 国内外较常采用的两种涂料是硅烷和环氧。
桥梁防腐 篇6
在我国近海地区的桥梁中,常有因腐蚀防护措施不到位或耐久性设计不完善等原因,发生严重钢筋锈蚀破坏而重建或加固的事例。根据JTG/T B07-01-2006公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范的相关规定,海洋环境对应的环境作用等级为D—F级,即腐蚀程度为严重到极端严重。因此,在海洋环境中建设混凝土桥梁时,因钢筋腐蚀导致的结构耐久性问题必须引起我们的充分重视。本文介绍了钢筋腐蚀与结构耐久性的关系,以及目前桥梁上常用的腐蚀防护技术,并结合现行规范和国内外相关耐久性设计资料,针对混凝土桥梁提出了耐久性设计要点,以供海洋环境中的混凝土桥梁的耐久性设计参考借鉴。
2 钢筋腐蚀与结构耐久性的关系
2.1 钢筋腐蚀的危害
钢筋腐蚀的具体危害主要归结为以下三点:1)胀裂破坏。由钢筋锈蚀后体积膨胀所引起的拉应力将使混凝土顺筋开裂,这将进一步加剧了钢筋的锈蚀速度。2)影响钢筋与混凝土之间的粘结性能。钢筋锈蚀后,将从胶结力、摩擦力和机械咬合力三方面弱化钢筋与混凝土之间的粘结。3)引起钢筋的应力腐蚀与脆断。
2.2 钢筋腐蚀与结构寿命的关系
一般地,钢筋腐蚀与结构寿命的关系如图1所示。t0～t1阶段,碳化前锋面逐渐到达钢筋表面或Cl-在钢筋表面的浓度积累达到临界值,钢筋钝化膜不再稳定,开始活化。t1～t2阶段,钢筋开始发生局部腐蚀,腐蚀产物积累膨胀最终导致混凝土保护层开裂。t2～t3阶段,钢筋严重锈蚀,混凝土保护层大面积开裂,钢筋与混凝土粘结力逐渐丧失,导致计算简图彻底改变,结构承载力丧失。对于常见的海工混凝土结构使用年限预测模型,一般将临界锈蚀点t1或胀裂点t2视作耐久性极限状态[1]。
3 常用腐蚀防护技术
1)采用高性能混凝土。掺粉煤灰的低水胶比的高性能混凝土,与同水胶比的未掺粉煤灰的混凝土相比,氯化物的渗透性能要低1个～2个数量级。通过有效地提高抗渗性能、抑制碱集料反应及增强护筋效果,提高了混凝土耐久性。
2)采用涂层保护技术。混凝土表面的涂层可以阻止氯离子侵蚀和混凝土碳化深入混凝土内部。常用的主要有聚合物改性水泥砂浆和渗透型涂层两种。
3)采用钢筋阻锈剂。阻锈剂通过提高氯离子产生腐蚀的临界值来稳定钢筋表面的氧化物保护膜,从而达到延长使用寿命的目的。该技术被美国混凝土委员会(ACI)确认为钢筋防护的长期有效措施之一。
4)采用环氧涂层钢筋。环氧涂层钢筋利用环氧涂层与钢筋优良的粘结力,阻隔外界腐蚀介质对钢筋的侵入,从而延长混凝土结构的使用寿命。美国试验与材料学会的调查结果显示,采用环氧涂层钢筋可延长结构使用寿命20年左右。鉴于其优点,杭州湾跨海大桥在腐蚀严重的浪溅区现浇墩身中采用了环氧涂层钢筋[1]。但是,在涂层不完整情况下,局部锈蚀发展常常比无涂层钢筋还快。因此保证膜层的完整性是环氧涂层钢筋有效性的关键。
5)采用纤维增强塑料(FRP)筋。FRP筋具有轻质、高强、耐腐蚀性强等优点。单向碳纤维束配合高性能混凝土使用,将彻底解决针对预应力钢筋的腐蚀所引起的混凝土桥梁破坏问题,并可使结构使用寿命长达100年。目前,经济因素是FRP筋替代普通预应力钢筋的最大障碍,但在恶劣的海洋环境中建设桥梁时,其适用性和经济效益值得进一步探讨研究。
6)采用阴极防护技术。阴极保护法(CP法)是最常用的一种电化学保护法,主要有牺牲阳极CP法和外加电流CP法两种。近年来,阴极防护技术不仅应用于已受氯离子腐蚀的结构的修复,还应用于新建结构,并取得了良好效果。杭州湾跨海大桥作为我国首个应用阴极防护技术的钢筋混凝土结构,在南、北航道桥主墩承台、塔座及下塔柱处浪溅区,设置了外加电流阴极防护系统。采用全自动监控系统自动调节电量的方法,使结构钢筋始终处于阴极状态而不发生锈蚀,保证最少100年的使用年限[2]。
4 桥梁结构的耐久性设计要点
4.1 严格控制混凝土的水胶比与强度等级
影响混凝土结构耐久性的首要因素是混凝土的密实性,所以为了保证混凝土的密实性,首先要规定最大水胶比的限制。《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》提出以最低强度等级与最大水胶比进行双控。此外,关于最小水泥用量、最大氯离子含量和矿物掺加料比例等限制规定,设计时应遵照执行。
4.2 严格选取最小混凝土保护层厚度
一般来说,钢筋的锈蚀总是从最外侧分布筋及箍筋开始的,并能引起混凝土开裂和剥落。所以在耐久性设计中,混凝土保护层厚度的选取首先要考虑到分布筋及箍筋的需要,同时应充分考虑到保护层施工偏差的影响。故建议采用的保护层厚度,应该是规范规定的最小厚度与一定施工允许误差之和。
4.3 采用塑料波纹管和真空辅助压浆
对于预应力混凝土结构,孔道的不密实极易造成高应力状态下预应力筋的锈蚀。为增强预应力孔道压浆的密实性,提高预应力体系的耐久性,桥梁预应力混凝土梁采用耐腐蚀、密封性能好的塑料波纹管配合真空辅助压浆技术,作为预应力混凝土结构的耐久性措施之一。
浆体性能是真空辅助压浆成败的关键,为此专门需根据《公路桥涵施工技术规范》进行了浆体配合比设计。浆体水灰比要求控制在0.30～0.35,浆体强度不小于主体结构混凝土强度的80%。灌浆方向由下往上,灌浆速度控制在30 L/min～45 L/min,当孔道各处浆体一致时,方能停止灌浆[4]。
杭州湾跨海大桥的相关试验表明[1]:采用高性能真空辅助压浆助剂配置的浆体和配套的压浆工艺进行真空压浆,孔道浆体饱满、密实,可有效提高预应力系统的耐久性。
4.4 采用多束少根的预应力束,对锚头采取多重保护[4]
增加钢绞线束的数量,减少每束中的钢绞线根数,以减轻在单束遭受腐蚀或更换时对整个桥梁的影响。对锚头至少采取四重保护,包括灌浆、带O形环的耐磨塑料锚帽、封锚涂层以及封锚混凝土。
4.5 加强构造配筋,防止和控制混凝土裂缝
当混凝土开裂后,侵蚀速度将大大加快,使耐久性进一步退化。控制混凝土裂缝,除了按规范要求进行正常使用状态的检算外,更重要的是通过构造措施控制施工及使用过程中出现的大量非工作裂缝。重视水平构造钢筋和箍筋在控制温度裂缝和收缩裂缝中的作用,提高相应部位钢筋的配筋率和钢筋间距。
4.6 加强桥面防水设计,保证桥梁密水性
桥面铺装应采用密实性较好的C30以上的混凝土,混凝土铺装层内应设置钢筋网,防止混凝土开裂,并采用复合纤维混凝土和在混凝土中掺入水泥基渗透结晶材料。桥面铺装层顶面应设防水层,特别是负弯矩段更应十分重视防水层设计。加强泄水管及伸缩缝处的细部排水设计,防止水分从该处渗入梁内。对阶段施工的桥梁,各节段间应该用环氧树脂密封。尽量避免在桥面上开孔,不得已开孔时,应开锥形孔,以便于回堵[4]。
5 结语
海洋环境中的混凝土桥梁应根据所处的环境进行耐久性设计,这是接受无数工程经验和教训后,在桥梁设计时必须考虑的重要问题。提高结构耐久性,对节约资源和保护环境意义重大。桥梁设计者应根据以防为主的战略方针,选择最佳腐蚀防护措施、优化结构设计方案,以有效延长混凝土桥梁的实际使用寿命。
摘要：针对海洋环境混凝土桥梁的腐蚀问题,介绍了钢筋腐蚀与结构耐久性的关系及常用腐蚀防护技术,并结合现行规范和国内外相关资料,提出了混凝土桥梁耐久性设计要点。
关键词：海洋环境,混凝土桥梁,腐蚀防护,耐久性设计
参考文献
[1]张宝胜,干伟忠,陈涛.杭州湾跨海大桥混凝土结构耐久性解决方案[J].土木工程学报2,0063,9(6):72-77.
[2]吕忠达.杭州湾跨海大桥关键技术研究与实践[M].北京:人民交通出版社2,009.
[3]刘钊.桥梁概念设计与分析理论[M].北京:人民交通出版社2,010.