賈海鷹

前言

獻(xiàn)縣樞紐始建于1966年，1967年完工，在經(jīng)歷“96·8”洪水后，工程于2000年進(jìn)行了改建。2000年9月獻(xiàn)縣樞紐除險(xiǎn)加固工程開(kāi)工建設(shè)，2002年12月工程竣工驗(yàn)收。工程等別為 Ⅱ等，工程規(guī)模為大（2）型。樞紐是子牙河系重要的防洪樞紐工程，位于獻(xiàn)縣縣城西北，在子牙河和子牙新河的進(jìn)口處，上承滹沱河、滏陽(yáng)河、滏陽(yáng)新河來(lái)水，使洪水主要由子牙新河下泄，控制子牙河不再擔(dān)負(fù)主要的泄洪任務(wù)，只作為供水、排水及相機(jī)泄洪的河道。它利用進(jìn)洪閘和節(jié)制閘調(diào)節(jié)控制子牙新河和子牙河泄量，從而實(shí)現(xiàn)通過(guò)子牙河供水興利和相機(jī)泄洪的作用。是獻(xiàn)縣泛區(qū)泄洪的重要工程，也是子牙河系三大樞紐工程之一。

1. 基本情況

獻(xiàn)縣樞紐經(jīng)過(guò)40多年的運(yùn)行，隨著運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，混凝土建筑物部位普遍出現(xiàn)老化現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在混凝土的碳化和內(nèi)部鋼筋銹蝕。樞紐機(jī)架橋部位多出出現(xiàn)長(zhǎng)度超過(guò)25cm的開(kāi)裂，形成順筋裂縫，有些部位出現(xiàn)3~5mm的鼓起甚至有銹水滲出。進(jìn)洪閘公路橋及橋墩、機(jī)架橋及橋墩、閘底部位混凝土出現(xiàn)面積大于0.015m2疏松甚至剝落，造成部分鋼筋裸露在混凝土外面，銹蝕程度比較嚴(yán)重。閘墩底部及閘底水位變化區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)碳化深度普遍較深，一般為20～60mm，最大甚至超過(guò)90mm，遠(yuǎn)均超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度，結(jié)構(gòu)鋼筋普遍銹蝕。特別是混凝土結(jié)構(gòu)變形縫部分碳化現(xiàn)象更為明顯，混凝土表面出現(xiàn)疏松剝落、裂縫鼓起，甚至有銹水滲出。這些現(xiàn)象降低了獻(xiàn)縣樞紐運(yùn)行的安全度。

2. 混凝土碳化概念及危害

2.1 混凝土碳化概念

混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學(xué)腐蝕，又稱為混凝土的中性化，是指混凝土中原呈堿性的氫氧化鈣，在空氣中二氧化碳與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化，逐漸變成呈中性的碳酸鈣的過(guò)程，幾乎所有混凝土表面都處在碳化過(guò)程中。 是造成混凝土使用機(jī)能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，其化學(xué)反應(yīng)為：Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O。混凝土碳化本身對(duì)混凝土并無(wú)破壞使用，其主要危害是由于混凝土碳化后，堿性降低使鋼筋表面在高堿環(huán)境下形成的對(duì)鋼筋起保護(hù)作用的致密氧化膜Fe2O3和Fe3O4(鈍化膜)遭到破壞，使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，加快了混凝土中鋼筋銹蝕，同時(shí)，混凝土的碳化還會(huì)加劇混凝土的收縮，這些都可能導(dǎo)致混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞。

2.2混凝土碳化危害

混凝土碳化有混凝土“癌癥”之說(shuō)，混凝土碳化碳化后使內(nèi)部的堿度降低，當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開(kāi)始生銹。同時(shí)，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱。當(dāng)鋼筋銹蝕后，銹蝕產(chǎn)生的體積比原來(lái)膨脹2~4倍，從而對(duì)周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，銹蝕越嚴(yán)重，鐵銹越多，膨脹力越大，最后導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂形成順筋裂縫。裂縫的產(chǎn)生使水和CO2得以順利的進(jìn)入混凝土內(nèi)，從而又加速了碳化和鋼筋的銹蝕。

3.混凝土碳化影響因素

水工建筑物混凝土碳化的影響因素較多，既有水泥及骨料品種、水泥用量、水灰比、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量等內(nèi)在因素，也有周圍介質(zhì)的濃度高低及濕度大小、混凝土附近水的更新速度、水流速度、結(jié)構(gòu)尺寸、水壓力及養(yǎng)護(hù)方法等外界因素。這里主要是探討周邊環(huán)境等外界因素對(duì)樞紐混凝土碳化的影響。

3．1 酸性介質(zhì)

酸性水體、氣體（如CO2）滲入混凝土孔隙溶解在混凝土的液相中形成酸，與混凝土中的氫氧化鈣、硅酸鹽、鋁酸鹽及其他化合物發(fā)生中和反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土逐漸變質(zhì)，混凝土的堿度降低，這是引起混凝土碳化的直接原因。由于近年來(lái)上游服裝、化工、電鍍等工業(yè)產(chǎn)生的大量工業(yè)污水排入滹沱河、滏陽(yáng)河、滏陽(yáng)新河中，水體嚴(yán)重污染，造成水體常年呈酸性PH＜6，且水體中含有大量的氯離子（CL-），這些廢水匯集到樞紐上游，加速了混凝土的碳化。特別是浸水部位閘墩底部混凝土中鋼筋銹蝕情況尤其明顯，水體中的氯離子（CL-）在混凝土液相中形成鹽酸，與氫氧化鈣作用生成氯化鈣，氯化鈣具有高吸濕性，在其濃度及濕度較高時(shí)，能劇烈地破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋發(fā)生潰燦性銹蝕。

3．2溫度和光照

環(huán)境溫度引起混凝土溫度驟升驟降，導(dǎo)致其表面收縮產(chǎn)生拉力，一旦超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，混凝土表面便開(kāi)裂，導(dǎo)致形成裂縫或逐漸脫落。節(jié)制閘機(jī)架橋、公路橋等向陽(yáng)面混凝土溫度較背陽(yáng)面混凝土溫度高，特別是在晝夜溫差較大的情況下，溫度驟升驟降，容易形成細(xì)微裂縫，為二氧化碳和水分滲入創(chuàng)造了條件，加速了其化學(xué)反應(yīng)和碳化速度，出現(xiàn)露筋情況，造成陽(yáng)面比陰面混凝土碳化情況更加明顯。

3．3含水量和相對(duì)濕度

混凝土碳化速度跟混凝土的含水量及周圍環(huán)境介質(zhì)的相對(duì)濕度有密切聯(lián)系。周圍介質(zhì)的相對(duì)濕度直接影響混凝土含水率和碳化速度系數(shù)的大小。當(dāng)周圍介質(zhì)的相對(duì)濕度為50~70%，混凝土碳化速度最快。過(guò)高的濕度（如95%），使混凝土孔隙充滿水，二氧化碳不易擴(kuò)散到水泥石中，過(guò)低的濕度（如15%），則孔隙中沒(méi)有足夠的水使二氧化碳生成碳酸，碳化作用都不易進(jìn)行；樞紐混凝土結(jié)構(gòu)近水部位碳化程度比較明顯，這主要是受濕度影響的結(jié)果。

3．4凍融和滲漏

在混凝土浸水區(qū)或水位變化部位，由于溫度交替變化，特別是初冬初春季節(jié)，混凝土內(nèi)部孔隙水交替的凍結(jié)膨脹和融解松弛，造成混凝土大面積疏松剝落或產(chǎn)生裂縫，導(dǎo)致混凝土碳化。滲漏水會(huì)使混凝土中的氫氧化鈣流失，在混凝土表面結(jié)成碳酸鈣結(jié)晶，引起混凝土水化產(chǎn)物的分解，其結(jié)果是嚴(yán)重降低混凝土強(qiáng)度和堿度，惡化鋼筋銹蝕條件。

4.混凝土碳化的防止措施

4．1設(shè)計(jì)及施工方面

設(shè)計(jì)上應(yīng)根據(jù)水工建筑物中不同的結(jié)構(gòu)形式和所處的不同環(huán)境因素，分別對(duì)混凝土的保護(hù)層采取不同的厚度，對(duì)近水部位增加厚度，應(yīng)盡量避免一律采用2~3cm。

施工中為保證混凝土的質(zhì)量。一要認(rèn)真選擇混凝土材料。水泥選用抗碳化能力強(qiáng)的硅酸鹽水泥；集料選用質(zhì)地硬實(shí)和級(jí)配良好的砂石料；施工中要進(jìn)行篩洗以及剔除集料中的有害物質(zhì)。二要摻入適宜的優(yōu)質(zhì)減水劑、阻水劑等，提高強(qiáng)度和密實(shí)性、抗?jié)B性、抗凍性。三要嚴(yán)格控制水灰比，盡量減少混凝土的自由水，把水的用量控制在滿足配料和施工需要的最低范圍內(nèi)。四要充分振搗并嚴(yán)格按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，必要時(shí)可作表面處理。五要養(yǎng)護(hù)及時(shí)，一旦混凝土達(dá)到初凝時(shí)應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，控制好環(huán)境的溫度和濕度，按不同水泥品種所要求的時(shí)間養(yǎng)護(hù)。六要保證鋼筋混凝土保護(hù)層厚度，使鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求。七要做到少留或不留施工縫，必須要留的應(yīng)作好接縫處的工藝處理，對(duì)水上部位可采用SR嵌縫膏進(jìn)行表面封閉；對(duì)水下部位可采用SBS改性瀝青灌注封閉。

4．2運(yùn)行使用方面

在樞紐運(yùn)行使用過(guò)程中，水工建筑物使用條件的改變，直接關(guān)系到外界水體、氣體、溫度、濕度等因素變化所引起的混凝土內(nèi)部某些情況的變化，尤其是對(duì)于混凝土構(gòu)件的容易碰撞部位，更應(yīng)當(dāng)設(shè)置包角和隔層保護(hù)。水工建筑物要嚴(yán)格按照原設(shè)計(jì)的使用條件運(yùn)行。

4．3日常管理方面

對(duì)于樞紐水工建筑中混凝土構(gòu)件的管理，主要是定期檢查、加強(qiáng)維護(hù)。對(duì)于容易產(chǎn)生碳化的混凝土構(gòu)件，應(yīng)派專門(mén)技術(shù)人員定期觀察及測(cè)試溫度、濕度，檢查裂縫情況和碳化深度，并作好詳細(xì)記錄。若發(fā)現(xiàn)混凝土表面有開(kāi)裂、剝落現(xiàn)象時(shí)，則應(yīng)及時(shí)利用防護(hù)涂料對(duì)混凝土表面進(jìn)行封閉或采取使混凝土表面與大氣隔離措施，絕對(duì)不允許其裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，必要時(shí)可作混凝土補(bǔ)強(qiáng)處理。

4.4 水污染治理方面

近年來(lái)，隨著上游服裝、化工、電鍍、制革等工業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生的大量未經(jīng)處理工業(yè)污水排入被稱為“冀南母親河”的子牙河中，特別是96·8后污染情況加劇，導(dǎo)致樞紐混凝土的碳化速度明顯變快，大大縮短了工程運(yùn)行壽命。因此，應(yīng)通過(guò)完善水污染防治法律法規(guī)，健全污染治理組織機(jī)構(gòu)，加大水污染的治理的力度通過(guò)限排等手段，使河流水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，減緩沿途樞紐碳化速度，延長(zhǎng)工程運(yùn)行壽命。

5．結(jié)束語(yǔ)

影響水工建筑物中混凝土碳化的因素很多，問(wèn)題比較復(fù)雜，預(yù)防防治措施還有待于進(jìn)一步研究。以上所述的樞紐水工建筑物混凝土碳化的因素與對(duì)策，也適用于其他建筑物中混凝土碳化的研究。

公路橋側(cè)擋墻碳化點(diǎn)

機(jī)架橋承重梁碳化