臺州沿海高速橋梁防腐措施探究

1、臺州沿海高速橋梁防腐措施探究摘要：本文主要介紹了各防腐方案在臺州沿海高 速跨海大橋中的方案比選研究。關(guān)鍵詞：海工混凝土；犧牲陽極；增加混凝土保護層厚 度。中圖分類號：tu37文獻標(biāo)識碼：astudy on the anticorrosion measures of taizhou coastal highway bridgeyang junhuazhejiang traffic engineering construetion group third traffic engineering co. ltd, zhejiang hangzhou abstract： this paper main

2、ly introduces the anticorrosion scheme in taizhou coastai highway bridge across the sea in the study on the scheme selection.keywords： marine concrete； sacrificial anode； increasing the thickness of concrete cover.一、項目概況本工程地處臺州灣及樂清灣，其地質(zhì)多為海相沉積形 成，富含cl-、s042-等多種離子，為典型的近岸海洋腐蝕環(huán) 境，對橋梁結(jié)構(gòu)等腐蝕影響較大。按原設(shè)計，如樂清灣大

3、橋, 對變截面樁基的40余米預(yù)留鋼護筒采用單層環(huán)氧粉末涂裝, 對墩身位于濺浪區(qū)和水位變化區(qū)部分及承臺頂面采用硅烷 浸漬等處理措施。針對以上提出的方案，根據(jù)具體情況增加 幾種結(jié)構(gòu)防腐方案，以供參考。二、防腐參考方案（一）采用耐久海工混凝土1、海工混凝土的特點相對于普通混凝土，主要有以下 特點：高耐久性。高工作性。包括高填充性、高抗離析、 坍落度經(jīng)時損失小。高體積穩(wěn)定性，髙減水率。高強度。 高摻量、多組份外摻料。低水膠比。低水化熱。低 的升溫和降溫速率。2、混凝土組份對抗裂性能的影響。2.1膠凝材料海工耐久混凝土一般要求使用 p&#8226； 1142. 5r以上的低熱水泥，并摻入大量的顆

4、粒更細 的礦物摻合料，如礦粉、粉煤灰、硅灰等，采用i級粉煤灰 或ii級粉煤灰和s95礦渣粉、s105礦渣粉。2.1.1水泥品種、水泥用量對混凝土的性能指標(biāo)影響最 為敏感，水泥用量大，外摻料相對減少，混凝土容重增大。 由于外摻料的活性較水泥低，混凝土的早期強度及彈模迅速 增長。不同品種的水泥對抗裂性能的影響首先是溫度發(fā)展的 影響，不同的溫度發(fā)展對抗裂性能的影響不同。其次，不同 水泥有不同的變形特性，這也會影響抗裂性能。2.1.2粉煤灰：粉煤灰由于發(fā)生火山灰反應(yīng)而提高混凝 土的抗裂性能，國內(nèi)許多工程也采用大摻量粉煤灰來降低溫 升，粉煤灰具有減少混凝土早期抗開裂的優(yōu)良特性。摻加粉 煤灰能夠減少用水量

5、，降低水膠比，由于粉煤灰可延長水化 反應(yīng)的時間，降低水化熱，推遲了溫度峰值的產(chǎn)生，減少了 溫度裂縫的產(chǎn)生因素。2. 1. 3復(fù)合礦粉（含硅灰）：復(fù)合礦粉（含硅灰）具有快 速降低cl-擴散系數(shù)的能力，28天強度提前。水泥、礦渣與 粉煤灰協(xié)同摻入試件開裂時間最長，粉煤灰摻量增大更加明 顯。2.2粗細骨料采用低熱膨脹系數(shù)的集料可以減少混凝土 的溫度變形，減少混凝土收縮時的約束應(yīng)力，從而獲得較低 的開裂敏感性。粗骨料一般采用粒徑為525mm碎石，最好 是i類碎石，且無堿活性。采用細度模數(shù)為2. 6的中粗砂， 其顆粒級配要好，且有cl、s03含量控制要求，要求為ii 類砂以上，并且無堿活性。2.3外加劑

6、及拌合水主要成分是聚竣酸反應(yīng)型高分子聚 合物，具有非引氣、超塑化、高效減水和增強、低收縮等功 能。采用潔凈的自來水。3、海工耐久混凝土配比設(shè)計原則：膠凝材料的最低用 量對不同的部位，有不同的要求，如杭州灣大橋采用的部分 海工混凝土配合比（表1）,但混凝土的膠凝材料總量也不宜 高于500 kg/m3,不應(yīng)超過550 kg/m3。在滿足膠凝材料最 低用量的前提下，盡可能降低膠凝材料中的硅酸鹽水泥用 量；必須摻用粉煤灰、磨細礦渣等礦物摻和料；侵蝕環(huán)境為 e、f等級的構(gòu)件部位的混凝土中應(yīng)加入適量滲入型鋼筋阻銹 劑；通過適當(dāng)引氣來提高其耐久性?；炷潦┕r提高混凝 土密實度，改善工作性能。表1杭州灣大橋

7、混凝土結(jié)構(gòu)典型配合比(二) 對鋼管樁采用環(huán)氧粉末涂裝和犧牲陽極保護法1、環(huán)氧粉末涂裝環(huán)氧型粉末涂料具有優(yōu)異的耐化學(xué)性和耐腐蝕性。環(huán)氧 粉末涂覆鋼管防腐，已經(jīng)有20多年的歷史，工藝較簡單。1. 1涂覆方法的特點(1) 一次涂復(fù)就可以達到足夠的厚度(300微米)；(2) 粉末可以回收，材料損失少；(3) 大直徑管樁的涂復(fù)速速快；(4) 涂層有足夠的硬度、耐磨性和柔軟性；(5) 對金屬有優(yōu)良的附著力，和水泥涂層的結(jié)合力也 很好；(6) 耐陰極保護，涂層不會受影響而脫落；(7) 耐土壤的化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕。1.2單層環(huán)氧粉末的施工工藝(1) 預(yù)熱鋼管，去除表面雜物，疏松氧化層；(2) 進行噴砂或拋丸處

8、理，然后清除表面灰塵；(3) 經(jīng)過表面處理的鋼管采用無污染的熱源均勻加熱。 一般利用中頻線圈加熱鋼管(即電感應(yīng)加熱，鋼管通過載有 交變大電流的線圈所形成的交變磁場產(chǎn)生渦流加熱)，加熱 溫度可根據(jù)生產(chǎn)速度、管壁的厚薄以及希望的涂層膠化、固 化時間進行調(diào)整；(4) 環(huán)氧粉末先在流化床內(nèi)充分流化，然后通過靜電噴 槍使粉末顆粒帶負電，均勻地粘附在經(jīng)預(yù)熱的接地鋼管表 面。粘附在預(yù)熱鋼管表面的環(huán)氧粉末受熱熔化并流動，進一 步流平覆蓋整個鋼管表面，特別是覆蓋在鋼管表面的凹陷 處，以及焊道兩側(cè)，熔融的涂料流入填平，使涂層與鋼管緊 密結(jié)合，最大限度減少孔隙，流平后的涂層進一步膠化、固 化。根據(jù)不同的生產(chǎn)速度，以

9、及對膠化、固化溫度、時間的 要求，有不同類型的粉末與之相對應(yīng)。固化時間一般為11. 5mino(5) 澆水冷卻，終止反應(yīng)；1.3關(guān)鍵問題(1) 環(huán)氧粉末材料：管道防腐對環(huán)氧粉末的要求，首 先是要固化快，而且還要求涂層有良好的機械性能，耐化學(xué) 性能，耐水性能和耐低溫性能等。(2) 表面預(yù)處理：這是一項關(guān)鍵工藝，管子表面涂復(fù) 前一定要保證無銹，管子表面要平整，不能有毛刺、凹痕等 缺陷。噴砂要均勻，噴砂后的均屬粉塵一一定要清理干凈。 噴砂至涂復(fù)中間的時間應(yīng)盡可能縮短，以免清理好的金屬表 面重新氧化生銹。(3) 焊接處的涂復(fù)：焊接處的涂復(fù)比較麻煩，因為要 在現(xiàn)場施工，時間要短，施工環(huán)境惡劣，而防腐性能

10、又不能 降低，目前采用流化床和“flock”噴涂法。2、犧牲陽極保護法2.1犧牲陽極的基本要求及特點 要有足夠的負電位，且很穩(wěn)定； 工作中陽極化要小，溶解均勻，產(chǎn)物易脫落； 陽極必須有高的電流效率，即實際電容量與理論電容 量的百分比數(shù)要大； 電化學(xué)當(dāng)量高，即單位重量的電容量要大； 腐蝕產(chǎn)物無毒，不污染環(huán)境； 材料來源廣，加工容易； 價格便宜。2. 2犧牲陽極材料的選擇 70年代初，經(jīng)過科技工作者的研究，在鋁中添加兩種或兩種以上的合金素，大大提高了鋁陽極的性能，獲得了長 壽命、重度小、電化當(dāng)量大、電流效率高、表面溶解均勻、 易生產(chǎn)制造、價格低廉的新型鋁合金犧牲陽極，滿足了海洋 大型鋼結(jié)構(gòu)工程的長

11、壽命保護的需求，并獲得了滿意的防腐 效果這些新型鋁合金犧牲 陽極主要有a1znhg系陽極， a1znin系陽極和aizns n系陽極等，目前我國廣泛 應(yīng)用的鋁合金犧牲陽極材料是al-zn-in系陽極，其中有 aizni n cd 卩日極、a1zninsn 卩日極、a1 一 z nins i 卩日極、aiznins n mg 卩日極。2. 3犧牲陽極安裝施工方法、設(shè)備及焊接質(zhì)量要求 犧牲陽極安裝的質(zhì)量直接影響到陽極的電流量、溶解性 能和使用壽命。犧牲陽極安裝必須牢固可靠，與鋼管樁電性 導(dǎo)通。根據(jù)要求，犧牲陽極安裝可采用水下濕法焊接工藝, 焊接設(shè)備為ax-500型直流弧焊機，焊條是水下焊條.每個陽

12、 極塊有兩個焊腳，四道焊縫，要求每道縫長度2100mm,焊 縫焊腳高度25mm,要求焊縫平整、連接牢固。施工中對水下焊接質(zhì)量的檢查采用水下錄像技術(shù)，設(shè)備 可采用美國產(chǎn)seal-iii型水下錄像系統(tǒng)，通過水下錄像能 直觀檢查焊接質(zhì)量。2. 4鋼管樁的電性連結(jié)根據(jù)現(xiàn)場實際特點，考慮各部位鋼管樁長度不同，潮差 區(qū)、海水區(qū)和海泥埋沒區(qū)的長度不同，保護面積不同，所需 保護電流和犧牲陽極數(shù)量不同，為了排除鋼管樁之間因電位 分布不均而造成的不良影響，以達到電位分布均勻的整體保 護效果，可對每排墩底下的所有鋼管樁進行電性連結(jié)，通過 使鋼管樁與上部結(jié)構(gòu)中特定鋼筋相連，使全部鋼管樁電性連 結(jié)為整體。2. 5犧牲陽

13、極的特殊應(yīng)用犧牲陽極除了防蝕功能外，還可以有以下功能：作接地極用：用犧牲陽極來代替過去慣用的銅或鋼接 地極，有兩個好處：不影響構(gòu)筑物本身的陰極保護；若無陰 極保護，不會因接地而引起構(gòu)筑物的電偶腐蝕。作接地電池用：在交流干擾影響范圍內(nèi)及雷電多發(fā) 區(qū)，為了防止強電沖擊引起的破壞，需要在絕緣裝置兩側(cè)或 電力接地體與管道之間裝設(shè)由犧牲陽極構(gòu)成的接地電池。由 被隔開的犧牲陽極各引出一根導(dǎo)線接至絕緣裝置相鄰的兩 側(cè)，一旦有強電沖擊，強大的電涌將通過填料的低電阻從一 側(cè)傳到另一側(cè)，而不損壞被保護構(gòu)筑物。(三) 加強結(jié)構(gòu)鋼筋的防腐3.1提高混凝土保護層厚度(1 )海工混凝土由于使用的膠凝材料較多，所處的環(huán) 境

14、條件惡劣，很難避免混凝土表面不出現(xiàn)裂縫，此類裂縫 通常為收縮裂縫。在氯鹽污染環(huán)境中，保護層的裂縫會形成 氯離子較快進入混凝土的通道。在氯鹽污染環(huán)境，期望結(jié)構(gòu) 工作壽命達到75150年，鋼筋的保護主要還是依賴于混凝 土保護層。因此，適度加厚混凝土保護層，是抵御氯離子滲 入混凝土導(dǎo)致鋼筋銹蝕的重要措施。(2 )在普通混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，保護層一般不超過50 mm。許多試驗表明即使最低水灰比、高質(zhì)量的混凝土,暴露于有氯鹽存在的海水環(huán)境中混凝土表面12mm深度內(nèi)的 氯離子含量遠遠高于2550mm深度范圍。因此，在氯鹽環(huán)境 中的工程，混凝土保護層的厚度不應(yīng)小于38mm,最好是不小 于50mmo如東海大橋建

15、設(shè)是采用的保護層厚度見表2。表2東海大橋海上段混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方案3. 2應(yīng)用阻銹劑阻銹劑能夠阻止或延緩氯離子對鋼筋鈍化薄膜的破壞。 采用阻銹劑同時應(yīng)使用低滲透性混凝土以防止阻銹劑流失。 在提高混凝土密實性的基礎(chǔ)上，摻用鋼筋阻銹劑，是最簡 單、經(jīng)濟和效果好的附加技術(shù)措施。國外已經(jīng)有30多年使 用鋼筋阻銹劑的經(jīng)驗，近些年來在國際上鋼筋阻銹劑的研究 和工程應(yīng)用，得到了十分迅速的發(fā)展。在我國，鋼筋阻銹劑 產(chǎn)品也有十多年的應(yīng)用實踐?；炷林屑尤脘摻钭桎P劑能起 到兩方面的作用：一方面，推遲了鋼筋開始生銹的時間，另 一方面，減緩了鋼筋腐蝕發(fā)展的速度。如杭州灣跨海大橋在 混凝土施工中，摻入了杭州某廠生產(chǎn)的亞

16、硝酸鈣鋼筋阻銹 劑液體產(chǎn)品。所檢測的鹽水浸烘、電化學(xué)綜合、抗壓強度 比、抗?jié)B性、初終凝時間以及混凝土中鋼筋銹蝕等試驗項目 均符合大橋施工技術(shù)規(guī)范要求。需要注意的是：應(yīng)事先試驗 與其它外加劑在混凝土中的相容性；施工中應(yīng)嚴格計量，確 保阻銹劑的摻量；混凝土攪拌中須適當(dāng)延長攪拌時間。3. 3環(huán)氧涂層鋼筋(1) 環(huán)氧涂層鋼筋的生產(chǎn)工藝，是將表面經(jīng)過處理的鋼 筋采用環(huán)氧樹脂粉末以靜電噴涂的方法生產(chǎn)而成。由于環(huán)氧 涂層材料屬熱硬化，使形成后的涂層呈絕對惰性，具有極佳 的化學(xué)抗腐蝕能力，不與酸、堿等產(chǎn)生反應(yīng)，完全阻隔鋼筋與 外界環(huán)境的接觸，在鋼筋表面形成牢固的薄層，從而可以大 大提高鋼筋的抗腐蝕能力。(2)

17、 環(huán)氧涂層鋼筋國外早在70年代已開始使用，現(xiàn)已得 到普遍應(yīng)用。19981999年美國標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)協(xié)會(mst)、 美國協(xié)會(ac i )、美國試驗與材料協(xié)會(ast m)聯(lián)合調(diào)查 確認，可延長結(jié)構(gòu)使用壽命20年左右。我國建設(shè)部于1997 年制訂標(biāo)準(zhǔn)，近年來陸續(xù)在海港工程中得到應(yīng)用。(3) 如杭州灣跨海大橋橋墩施工，在海工高性能混凝土 的基礎(chǔ)上，設(shè)計采用了環(huán)氧涂層鋼筋，作為鋼筋防腐蝕的附 加措施。三、不同結(jié)構(gòu)防腐方案綜上以上的各種防腐措施，針對沿海高速的實際特點， 以提高混凝土材料抗氯離子滲透為根本，并輔以外加涂層 等補充措施，不同結(jié)構(gòu)的防腐方案如下：1、鉆孔灌注樁由于鉆孔灌注樁的混凝土靠自重壓

18、密，因此其密實性難 以與經(jīng)過振搗密實的混凝土相比，為增加鉆孔灌注樁的防 腐性能，可適當(dāng)增大鋼筋保護層的厚度，采用高性能混凝 土，并保留施工用鋼護筒。在樁基施工過程中須避免海水中 氯離子的引入，使得水位變化區(qū)的樁身混凝土初始氯離子 濃度小于0.06%,否則應(yīng) 在此部位的混凝土中摻加鋼筋阻 銹劑。2、承臺的防腐蝕措施海上承臺主要位于水位變化區(qū)和浪濺區(qū)，而陸地上承臺 按大氣區(qū)的要求考慮其耐久性。承臺體積較大，混凝土等級 相對較低，處在腐蝕環(huán)境惡劣的水位變化區(qū)和浪濺區(qū)，因 此需較大的保護層厚度才能滿足混凝土耐久性要求，初步選 用的保護層厚度為90mmo較大的保護層易使混凝土表面開 裂，如承臺側(cè)面無圍堰防護，則可采用纖維混凝土或增設(shè) 防裂鋼絲網(wǎng)。3、橋墩的防腐措施橋墩的大部分位于濺浪區(qū)，一部分位于大氣區(qū)。墩柱外 部均采用硅烷類涂層，其老化年限為15年，并且在10年 內(nèi)海水中的氯離子不會向混凝土中滲透，而混凝土的氯離 子擴散系數(shù)在10年后將再變小1個2個數(shù)量級，為安全起 見按氯離子擴散系數(shù)w1.0x1 0-12 m 2/s計算，則混凝土 的使用壽命可達100年以上。濺浪區(qū)范圍內(nèi)墩身鋼筋應(yīng)力較 大處，裂縫寬度不易控制，可考慮采用環(huán)氧樹脂鋼筋。4、混凝土箱梁的防腐措施箱梁分為現(xiàn)場澆筑，預(yù)制整孔架設(shè)和預(yù)制節(jié)段拼裝，箱 梁均位于大氣區(qū)。箱梁為薄壁結(jié)構(gòu)，混凝土保護層較薄，為 減緩氯離子