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        基于全局觀的鋼筋混凝土高樁碼頭耐久性修復研究

        2020-10-22 06:38:54龐崇安謝有福
        港工技術(shù) 2020年5期
        關鍵詞:耐久性混凝土結(jié)構(gòu)

        龐崇安,李 俊,謝有福

        (1.浙江同濟科技職業(yè)學院,浙江 杭州 311231;2.上海港灣工程質(zhì)量檢測有限公司,上海201315)

        引 言

        結(jié)構(gòu)耐久性修復系統(tǒng)的剩余使用年限是修復工程考慮的關鍵因素,因此應站在全局觀的高度進行耐久性修復方案的設計與施工[1]?;谌钟^的高樁碼頭耐久性修復方案涉及技術(shù)層面和管理層面兩個層面。技術(shù)層面涵蓋結(jié)構(gòu)本體子系統(tǒng)、粘結(jié)子系統(tǒng)和修復材料子系統(tǒng)等三部分;管理層面涉及檢測評估、修復設計、工程施工、工程監(jiān)理和碼頭使用方等五方單位。

        有別于新建結(jié)構(gòu),修復的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其耐久性影響因素較為復雜[2]。修復結(jié)構(gòu)的耐久性不僅受到外部物理化學條件的侵蝕,而且還受修復造成的內(nèi)部環(huán)境改變的影響。修復結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)之間相互關聯(lián),相互影響。而目前碼頭的耐久性修復側(cè)重于修復材料的耐久性,忽視了各子系統(tǒng)之間的相互作用[3-4]。結(jié)構(gòu)修復的目的是為了獲得良好的完整結(jié)構(gòu)修復系統(tǒng)。因此,修復系統(tǒng)中三個子系統(tǒng)均應滿足耐久性要求,達到目標使用年限;修復材料子系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)本體子系統(tǒng)具有良好相容性;修復結(jié)構(gòu)應具有整體性和耐久性,能防止結(jié)構(gòu)外觀劣化和鋼筋的再銹蝕。

        在碼頭耐久性修復項目中,碼頭使用方是核心。實際工程處于腐蝕環(huán)境下,修復構(gòu)件往往在3~5年后會再次發(fā)生腐蝕損壞。建議采用基于全局觀的修復方案,以達到良好的修復效果。修復方案和修復流程分別見圖1和圖2。在這個過程中,檢測評估方是結(jié)構(gòu)修復的主體,負責全過程耐久性修復工程。

        圖1 全局觀的修復方案

        圖2 修復流程

        1 高樁碼頭檢測結(jié)果

        1.1 碼頭工程概況

        碼頭建于 1997年,地處舟山市本島。碼頭包括一座碼頭平臺和一座引橋,平面呈反“L”型布置,長208.2 m,寬18.0 m。碼頭為高樁梁板式結(jié)構(gòu),上部結(jié)構(gòu)為敞開式平臺,由縱橫梁和預制疊合面板組成,下部為預制混凝土高樁結(jié)構(gòu),縱橫梁下設二層撐桿系統(tǒng)。基礎為600 mm×600 mm預制鋼筋混凝土方樁,樁長為55.5~57.5 m,總樁數(shù)171根。

        碼頭自建成15年先后進行了三次結(jié)構(gòu)耐久性檢測和兩次修復,具體內(nèi)容見表1。

        三次對結(jié)構(gòu)本體和工作環(huán)境進行檢測,結(jié)構(gòu)本體檢測內(nèi)容包括:構(gòu)件外觀質(zhì)量、混凝土強度、混凝土保護層厚度、混凝土碳化深度、混凝土中氯離子滲透擴散情況、鋼筋腐蝕電位、銹蝕鋼筋斷面損失、基樁完整性等;環(huán)境檢測內(nèi)容包括海水氯離子含量和pH值。第二次檢測是針對第一次修復工程的質(zhì)量,檢測內(nèi)容包括修復工程整體外觀和混凝土防腐涂層質(zhì)量。第三次檢測針對的是第二次修復工程的質(zhì)量,檢測內(nèi)容包括修復工程整體外觀、混凝土防腐涂層質(zhì)量、碳纖維修復、丙乳砂漿及環(huán)氧樹脂質(zhì)量、質(zhì)量鋼板加固質(zhì)量等。

        表1 碼頭檢測評估及修復情況

        三次檢測評估的側(cè)重點各有不同。第一次檢測和第二次檢測屬于“事后控制”,反映碼頭耐久性客觀情況;第三次檢測屬于“事中控制”,主要是為了把控工程質(zhì)量。

        1.2 檢測結(jié)果

        第一次檢測結(jié)果顯示,碼頭縱向梁系和二層撐桿普遍存在腐蝕損壞現(xiàn)象,混凝土保護層開裂,局部混凝土脫落,鋼筋嚴重銹蝕甚至銹斷;橫梁也有一定程度的腐蝕損壞。碼頭的腐蝕損壞現(xiàn)象經(jīng)過第一次修復后有所改觀。然而,三年后第二次檢測時碼頭縱向梁系和二層撐桿的腐蝕損壞現(xiàn)象依然普遍存在,且碼頭橫梁同樣存在一定程度的腐蝕損壞。

        鋼筋腐蝕與構(gòu)件外觀質(zhì)量有很大關系,因此又對腐蝕損壞嚴重的軌道梁、縱梁和二層撐桿檢測鋼筋截面損失這一指標。檢測結(jié)果表明,鋼筋截面損失普遍存在于這三類構(gòu)件中。只有軌道梁和縱梁的鋼筋截面損失較小,二層撐桿因保護層開裂,其截面損失嚴重。支撐和斜撐的鋼筋截面損失分別在6 %和20 %左右,部分撐桿鋼筋銹斷。

        評估結(jié)論表明,腐蝕損壞嚴重的二層撐桿的剩余使用年限最短,其次為橫梁、縱梁、軌道梁,只有碼頭面板和基樁能達到50年的設計使用年限。

        2 基于全局觀的高樁碼頭修復工程

        2.1 修復方案

        兩次修復工程在管理層面和技術(shù)層面的區(qū)別如表2所示。

        表2 兩次修復工程比較

        2.2 修復效果分析

        1)構(gòu)件外觀質(zhì)量

        兩次修復效果比較,二層撐桿、橫梁、縱梁等構(gòu)件修復效果差別明顯,如表3所示。第一次修復后的幾年內(nèi),很多修復構(gòu)件依然出現(xiàn)腐蝕損壞現(xiàn)象;相比之下,第二次修復的構(gòu)件外觀質(zhì)量完好。

        表3 完好構(gòu)件統(tǒng)計結(jié)果

        2)鋼筋腐蝕電位

        四類構(gòu)件修復前后的鋼筋腐蝕電位數(shù)據(jù)曲線如圖3所示。

        圖3 鋼筋銹蝕曲線

        第一次檢測時,二層撐桿和縱梁的腐蝕電位負向大于-350 mV,鋼筋銹蝕概率大于90 %;軌道梁和橫梁的腐蝕電位在-200~-350 mV之間,鋼筋腐蝕性狀不確定。

        第一次修復后,只有軌道梁的腐蝕電位正向大于-200 mV,鋼筋腐蝕概率小于10 %,修復效果不理想。第二次修復效果明顯,四類構(gòu)件腐蝕電位均達到正向大于-200 mV,鋼筋腐蝕概率小于10 %,鋼筋電化學狀態(tài)穩(wěn)定。

        3)鋼筋截面損失

        修復前后軌道梁、縱梁和二層撐桿這三類構(gòu)件的鋼筋截面損失對比見圖4。第一次檢測時發(fā)現(xiàn)軌道梁和縱梁的鋼筋截面損失在規(guī)范[5]規(guī)定的5 %之內(nèi),而二層撐桿的鋼筋截面損失遠遠超出了這個范圍,因此沒有對軌道梁和縱梁進行補筋或換筋,僅對二層撐桿進行補筋或換筋。4年后第二次的檢測數(shù)據(jù)表明,二層撐桿鋼筋截面損失重新達到2.36 %,鋼筋再次被腐蝕,說明第一次修復后構(gòu)件內(nèi)殘留了大量的氯離子。另外,軌道梁和縱梁經(jīng)第一次修復后,鋼筋截面損失略有增加,分別為0.03 %和0.07 %。第二次修復后,第二年再次檢測時,各桿件均不再發(fā)生腐蝕損壞。

        圖4 鋼筋截面損失

        4)混凝土中氯離子含量

        修復后再次檢測發(fā)現(xiàn)軌道梁、縱梁和二層撐桿這三類構(gòu)件中的氯離子含量仍然高于引起鋼筋銹蝕的臨界含量。盡管構(gòu)件表面的修復措施對阻止氯離子進一步滲透有一定的作用,但因為環(huán)境中的氯離子增加,未進行氯離子脫鹽處理的構(gòu)件,其內(nèi)部仍然有較高含量的氯離子殘留。

        為有效減少混凝土中的氯離子含量,第二次修復時采取了有針對性的修復措施。由圖5可見,重新澆筑混凝土或聚合物材料的方法是最有效的,此類構(gòu)件的氯離子含量顯著低于引起銹蝕的臨界值;同時電化學脫鹽法的平均脫鹽率達40 %以上,可以有效降低氯離子含量。

        圖5 縱梁氯離子含量曲線

        3 結(jié) 語

        在分析鋼筋混凝土碼頭結(jié)構(gòu)腐蝕損壞影響因素的基礎上,采用全局觀思路設計結(jié)構(gòu)并使之貫穿整個過程的修復方案是行之有效的。全局觀的結(jié)構(gòu)耐久性修復理念包括管理層面和技術(shù)層面。在碼頭結(jié)構(gòu)耐久性修復過程中,使用方、設計方、檢測評估方、施工方和監(jiān)理方共同參與,檢測評估方全程貫穿始終。修復技術(shù)方案不只局限于損壞部位本身,而是充分考慮修復系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的有機相容,根據(jù)構(gòu)件的重要性、損壞原因和類型,有針對性地采取修復方法。以全局觀的理念來指導碼頭結(jié)構(gòu)的耐久性修復,可以獲得良好的修復效果、經(jīng)濟效益和社會效益。

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