張 輝 李佳潤

(1.西南電力設計院，四川 成都 610021；2.青島鋼研納克檢測防護技術有限公司，山東 青島 266071)

0 引言

該輸碼頭屬高樁梁板式結構，位于廣東省湛江市赤坎區(qū)，屬亞熱帶海洋性季風氣候，終年溫暖潮濕。碼頭設計靠泊能力5萬噸，碼頭部分基樁采用550×550的預應力混凝土方樁，引橋部分基樁采用500×500的預應力混凝土方樁，上部構件有：樁帽270只、橫梁270根、縱梁80根、軌道梁88根(含懸臂端)、π型板293塊等。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，碼頭各樁、梁結構均有不同程度的吐銹，有的甚至出現(xiàn)混凝土脫落，露出鋼筋，針對這一腐蝕問題，我們展開了腐蝕破壞調查工作，以期為碼頭安全性評估提供腐蝕方面的參考意見。現(xiàn)場典型銹蝕形貌如圖1所示。

圖1 碼頭典型銹蝕形貌

1 調查工作

本次調查進行了全面腐蝕狀況調查和對33～35排架的專項調查。專項調查著重對該排架內兩跨的上部構件從混凝土強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度、鋼筋半電池電位、氯離子遷移深度等各角度進行。

1.1 混凝土強度檢測

1.1.1 回彈法測混凝土強度

回彈儀是用于無損檢測結構或構件混凝土抗壓強度的一種儀器。其原理是用彈簧驅動彈擊錘，并通過彈擊桿彈擊混凝土表面時產(chǎn)生的瞬時彈性變形的恢復力，使彈擊錘帶動指針指示出彈回的距離。回彈值(彈回的距離與沖擊前彈擊錘至彈擊桿的距離之比，按百分比計算)作為混凝土抗壓強度相關的指標之一。每個測區(qū)均勻分布彈擊16個回彈測點，剔除3個最大值和3個最小值，以剩下的10個回彈值的平均值作為該測區(qū)的回彈測量值。

1.1.2 鉆芯法[1]

鉆芯法是一種半破損的混凝土強度檢測方法，它通過在結構物上鉆取芯樣并在壓力試驗機上試壓得到被測結構的混凝土強度值。該方法結果準確、直觀，但對結構有局部損壞。

在實驗室中將芯樣切割成Φ100×100的試樣，根據(jù)《普通混凝土力學性能試驗方法標準GB/T50081-2002》中的“附錄B 圓柱體試件抗壓強度試驗”進行混凝土抗壓強度試驗。

1.2 碳化深度測試

采用小型沖擊鉆在構件表面打孔，孔的邊緣位置可適當加寬，清理干凈孔壁上的混凝土粉末，立即使用小型噴霧器將少量1%的酚酞乙醇溶液(含20%蒸餾水)噴灑在混凝土孔的內外表面，觀察混凝土變色部分與未變色部分的交界處，此交界處到混凝土表面的距離即為混凝土的碳化深度測量值[2]。使用游標卡尺測量，每個測量孔測量三個碳化深度值，測量值的算術平均值作為該處混凝土的碳化深度值，同時記錄最大碳化深度；測量時應避開粗骨料顆粒。碳化深度測量精確至0.5mm。

1.3 鋼筋保護層厚度

選擇不同標高的各類混凝土構件測量保護層厚度。本次調查共選取10根橫梁、14根軌道梁、18只樁帽、7根縱梁以及8根預應力方樁進行檢測，在每根鋼筋的典型部位分別測量3個點，每個測點之間的距離應大于20cm，取算術平均值為保護層厚度測量值。

1.4 半電池電位和混凝土電阻率

選取不同類型的混凝土構件進行鋼筋半電池電位和混凝土電阻率測量。

1.4.1 采用鋼筋銹蝕分析儀進行半電池電位測量，測量方法如下[3]：

(1)以網(wǎng)格形式在構件表面布置測點。一般測點的縱橫間距為100～300mm，當相鄰兩點的測量值之差超過150mV時，應適當縮小測點間距，但測點之間一般應保持不小于100mV的讀數(shù)差。

(2)測量前向待測定區(qū)域的混凝土表面噴水預濕，以確保測量值的穩(wěn)定。

(3)在待測混凝土區(qū)域，鑿除混凝土保護層，露出一根待測鋼筋，用砂紙打磨除銹直至露出金屬光澤。用鋼筋銹蝕分析儀的正極夾頭連接已除銹鋼筋，確保連接良好。

(4)鋼筋銹蝕分析儀負極連接銅－硫酸銅參比電極。

(5)將硫酸銅參比電極垂直放置在各測點處，記錄儀器儀表顯示數(shù)值。讀數(shù)時，測量讀數(shù)應不隨時間變化或者擺動，5分鐘內電位讀數(shù)變化應在±20mV以內，否則要重新預濕混凝土表面進行測量。

1.4.2 RESI型混凝土電阻率測定儀測混凝土電阻率

混凝土電阻率采用四電極阻抗測量法測定，即在混凝土表面等間距接觸四支電極，兩外側電極為電流電極，兩內側電極為電壓電極，通過檢測兩電壓電極間的混凝土阻抗獲得混凝土電阻率ρ。

1.5 氯離子滲透情況

選擇不同類型構件，進行取樣分析。

使用鉆頭直徑為20mm的沖擊鉆分層鉆取混凝土粉樣。分5層取樣，每層的取樣深度分別為0～10mm、10～30mm、30～50mm、50～70mm、70～90mm。鉆粉取樣時，沖擊鉆應保持方向穩(wěn)定，減少晃動，以免帶出外層粉樣；每層取樣完畢應仔細清理干凈孔壁，保證下次鉆取的粉樣不受前一層粉樣的影響，以盡量減少測量偏差;混凝土中的氯離子濃度分布數(shù)據(jù)分別采用總氯離子濃度和水溶性氯離子濃度表示，參照《水運工程混凝土試驗規(guī)程》(JTJ270－98)的相關試驗方法進行。

2 調查結果及分析

2.1 混凝土強度

抽樣軌道梁的檢測結果如表1所示：

表1 軌道梁混凝土強度結果

表2 軌道梁鋼筋保護層厚度測量結果

從調查結果可知，混凝土強度均能滿足設計要求。

2.2 碳化深度

現(xiàn)場檢測結果表明，碼頭部分橫梁大部分碳化深度在0～1mm之間，新碼頭部分橫梁碳化深度在3～5mm之間；軌道梁碳化深度在0～4mm之間；樁帽碳化深度在0～1mm之間；預應力方樁的碳化深度在0～1mm之間；縱梁(π型板)的碳化深度在3.5～8mm之間。碳化深度遠小于混凝土保護層厚度，說明碳化并非是鋼筋發(fā)生銹蝕的主要原因。

2.3 鋼筋保護層厚度

軌道梁鋼筋表面保護層厚度如表2所示。

所測構件保護層厚度的平均值基本達到設計要求。但調查過程中發(fā)現(xiàn)，部分構件(圓筒護堤等)腐蝕破損嚴重的部位保護層僅幾個毫米。

2.4 半電池電位和混凝土電阻率

2.4.1 抽樣軌道梁半電池電位圖如圖2所示。

碼頭部分，在設計高水位附近(+4.75m左右)樁帽、橫梁、軌道梁的鋼筋半電池電位已負于-350mV，根據(jù)ASTM C—876標準，說明鋼筋已具有90%的腐蝕概率。

圖2 34-35排架軌道梁1西側面鋼筋半電池電位圖(vs.CSE/mV)

2.4.2 抽樣軌道梁混凝土電阻率測量結果如表3所示。

對比鋼筋半電池電位檢測結果，銹蝕概率為90%的區(qū)域，其混凝土電阻率均小于50 kΩ·cm，根據(jù)國標《建筑結構檢測技術標準》GB/T50344-2004附錄D“混凝土中鋼筋銹蝕狀態(tài)的檢測”中混凝土電阻率與鋼筋銹蝕狀態(tài)判別規(guī)定，說明其內鋼筋若發(fā)生腐蝕將具有中到高的腐蝕速率，應盡快采取相關措施阻止或延緩鋼筋的腐蝕。

2.5 氯離子滲透情況[4]

抽樣氯離子滲透情況如表4所示。

結果表明，表層氯離子含量較高，向混凝土內部依次遞減。少部分表層氯離子含量低于內部氯離子含量的反常情形，可能與所取的混凝土粉樣中砂石骨料分布不均有關。同一類構件不同標高取樣位置對比發(fā)現(xiàn)，一般標高越低氯離子含量越高。縱梁由于其標高較高，幾乎未遭受氯鹽腐蝕。

表3 34-35排架軌道梁1西側面電阻率/kΩ·cm

表4 軌道梁氯離子含量檢測結果

3 結論及修復建議

通過對碼頭進行現(xiàn)場調查與室內氯離子含量分析統(tǒng)計可以得出以下幾點結論：

(1)混凝土強度能滿足設計要求。

(2)碳化深度較淺，對鋼筋銹蝕無影響。

(3)鋼筋保護層厚度基本滿足設計要求，但存在因施工缺陷不達標的構件。

(4)結合活化狀態(tài)及混凝土電阻率測量結果，樁帽、軌道梁下部等標高較低的區(qū)域已經(jīng)發(fā)生腐蝕具有中到高的腐蝕速率，應盡快采取相關措施阻止或延緩鋼筋的腐蝕。

(5)隨著標高的增大，氯離子含量逐漸降低。發(fā)生吐銹的混凝土，氯離子已滲透至鋼筋表面，是引起銹蝕的主要原因。

綜合上述調查結論，提出修復建議如下：

(1)維修加固各類腐蝕破損的構件，尤其對已廣泛遭受氯離子侵蝕的上部構件，建議采用電化學脫鹽等電化學處理措施。

(2)定期對碼頭進行降坡清淤。

(3)對碼頭的附屬設施采取必要的維修防護，對不能繼續(xù)使用的及時更換。

(4)對于吊機正常工作，停留區(qū)域內的π型板進行跟蹤監(jiān)測，對拖輪碼頭段沉箱進行位移和沉降監(jiān)測。

(5)對護岸薄殼圓筒露砂情況請相關專家進行調查分析。

[1]建筑結構檢測技術標準. GB/T 50344-2004[S].

[2]范衛(wèi)國, 李森林. 寧波地區(qū)海工工程混凝土結構耐久性調查報告[R]. 南京: 南京水利科學研究院, 2008.

[3]李森林, 范衛(wèi)國. 寧波港北侖股份有限公司礦石碼頭1#、3#與4#泊位檢測報告[R]. 南京: 南京水利科學研究院, 2007.

[4]Tritthart J, Pettersson K, et al. Electrochemical removal of chloride from hardened cement paste[J]. Cement and Concrete Research,1993,(23): 1095-1104.