劉忠橋

(莊河市水務(wù)事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 莊河 116422)

近年來(lái)，通過(guò)檢驗(yàn)沿海地區(qū)的一些水工混凝土構(gòu)件，發(fā)現(xiàn)橋涵、閘板等靠近沿海的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)被滲水銹蝕的問(wèn)題突出，尤其是施工質(zhì)量較差的構(gòu)件，正常使用幾年后就因鋼筋銹蝕而產(chǎn)生順筋脹裂，從而大大降低結(jié)構(gòu)的耐久性[1-2]。文章以交通橋、防潮閘為例，結(jié)合工程實(shí)踐和相關(guān)資料提出水工混凝土耐久性提升的關(guān)鍵技術(shù)措施。

1 質(zhì)量缺陷原因分析

1.1 鋼筋的銹蝕

水泥水化生成的氫氧化鈣使得混凝土內(nèi)部的pH值達(dá)到12.5-13.5，鋼筋處于含有大量氫氧根離子的高堿環(huán)境中可生成一層致密的鈍化膜，鈍化膜的存在能夠有效保護(hù)鋼筋，鈍化膜破壞后鋼筋才開始銹蝕[3]。如某進(jìn)水閘門板出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕，深入分析造成銹蝕的原因有：冬季混凝土拌制時(shí)摻入的外加劑和水含有一定的氯鹽，料場(chǎng)不凈致使河砂內(nèi)摻入一定量的海砂；此外，長(zhǎng)期受海潮沖擊的鋼筋混凝土閘門板，在海水浸泡下氯鹽經(jīng)結(jié)構(gòu)微觀裂縫、宏觀缺陷滲入至鋼筋表面，造成鈍化膜的局部腐蝕，經(jīng)一系列復(fù)雜反應(yīng)鐵轉(zhuǎn)變成鐵銹。與原來(lái)鐵的體積相比，鐵銹的體積增加2-4倍，鋼筋體積的增大使得原來(lái)致密的混凝土表面脫落或開裂[4]。

1.2 施工操作不當(dāng)

若施工支模時(shí)地基處理不好，混凝土澆筑過(guò)程中因支撐受力不均勻而發(fā)生沉降，使得構(gòu)件彎曲變形甚至出現(xiàn)裂縫；鋼筋混凝土構(gòu)件尺寸因圖紙掌握不夠精準(zhǔn)而偏離設(shè)計(jì)要求，模板孔洞不修補(bǔ)、支撐縫隙過(guò)大、骨料施工配合比不合理、澆筑振搗不密實(shí)等原因，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生孔洞、麻面、蜂窩、露筋等缺陷；木模板不澆水濕潤(rùn)、模板內(nèi)雜物清理不干凈、混凝土攪拌不均勻、配合比不合理等造成混凝土強(qiáng)度不足，外加劑未經(jīng)試驗(yàn)投入使用、混凝土攪拌不計(jì)量及拌制前不試配等，使得拌合物的和易性較差；澆筑完成后養(yǎng)護(hù)不到位使得水分蒸發(fā)過(guò)快或受凍，造成混凝土出現(xiàn)倆風(fēng)或強(qiáng)度不足。因此，以上因素均可在不同程度上降低水工結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.3 堿骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)是指原材料中攜帶的堿性物質(zhì)易與骨料中的氧化硅等發(fā)生反應(yīng)，生成的吸水膨脹凝膠導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的下降，進(jìn)而使得混凝土產(chǎn)生脹裂。在長(zhǎng)期高速水流和水流中泥沙的空蝕、磨損作用下，北方地區(qū)的水工結(jié)構(gòu)表面局部易出現(xiàn)鋼筋及粗骨料外露、凹痕麻面等破壞，如閘門、涵管、渡槽等部位。

1.4 混凝土碳化

碳化降低了結(jié)構(gòu)內(nèi)部的堿度，從外到內(nèi)碳化至鋼筋表面時(shí)將破壞其鈍化膜，鋼筋逐漸發(fā)生腐蝕；碳化導(dǎo)致混凝土收縮明顯增大，內(nèi)部拉應(yīng)力顯著增加以致出現(xiàn)細(xì)微裂縫，大大降低混凝土的抗折、抗壓強(qiáng)度。普通硅酸鹽水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2，能夠占水化產(chǎn)物總量的10%-15%，這是保證混凝土高堿度的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)鋼筋保護(hù)發(fā)揮著積極作用；同時(shí)，也是最不穩(wěn)定的化學(xué)成分易與環(huán)境中的CO2發(fā)生反應(yīng)，內(nèi)部堿度下降致使鋼筋鈍化膜破壞，并逐漸產(chǎn)生銹蝕，鋼筋銹蝕又進(jìn)一步加速混凝土脫落。這種惡性循環(huán)導(dǎo)致鋼筋有效截面不斷減小，外部混凝土大量脫落，大大降低水工結(jié)構(gòu)的耐久性和力學(xué)性能，對(duì)構(gòu)筑物的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅[5]。

2 水工混凝土耐久性提升技術(shù)

2.1 工程概況

葫蘆島市某交通橋、防潮閘工程位于六股河入?？谔?，防潮閘主建筑物為2級(jí)，防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇，閘室共有12孔，總凈寬48m，閘室垂直水流和順?biāo)飨蜷L(zhǎng)54.28m、12.60m，底板厚1.2m。閘門為平面梁板式，尺寸為寬4.36m、高2.80m，屬于C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。機(jī)架橋設(shè)于防潮閘上，機(jī)房屬磚混結(jié)構(gòu)，尺寸為凈寬3.26m、凈高3.60m。橋頭堡分別布設(shè)于閘室兩端，共三層，布置配電設(shè)施、樓梯，總建筑面積582.04m2；閘室上游漿砌石護(hù)坦、鋪蓋長(zhǎng)都為12.5m，下游防沖槽、海漫、消力池長(zhǎng)分別為4.5m、12.0m、12.0m，消力池和鋪蓋兩側(cè)布設(shè)C30擋土墻。中縫墩和南北邊墩上布設(shè)三跨T型交通橋梁，橋面寬10.0m，總長(zhǎng)60.05m，按掛-100、汽-20的荷載標(biāo)準(zhǔn)校核。該工程的建成投入運(yùn)營(yíng)，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)氐穆糜伍_發(fā)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和水產(chǎn)養(yǎng)殖等發(fā)揮著重要作用，并取得顯著的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.2 增加保護(hù)層厚度

通過(guò)增加保護(hù)層厚度有效控制氯鹽侵蝕，一般地氯離子滲透深度、碳化深度與時(shí)間的平方根成正比，因此增加保護(hù)層厚度可以延長(zhǎng)氯離子滲透至鋼筋表面和鋼筋脫鈍的時(shí)間。此外，環(huán)氧涂層鋼筋是對(duì)鋼筋表面利用靜電粉末噴涂法進(jìn)行加工制作，從而保證鋼筋基體與土層之間的牢固黏結(jié)，增強(qiáng)鋼筋的耐化學(xué)腐蝕性和耐堿性。采用環(huán)氧涂層鋼筋和增加保護(hù)層厚度的方式，實(shí)現(xiàn)防潮閘的有效保護(hù)，控制最小保護(hù)層厚度見表1。

表1 最小保護(hù)層厚度

2.3 強(qiáng)化施工質(zhì)量控制

1)模板設(shè)計(jì)。澆筑支模前，做好模板設(shè)計(jì)使其具有足夠的穩(wěn)定性、強(qiáng)度和剛度，可靠地承受各種施工荷載和澆筑時(shí)的側(cè)向壓力。選用2套小縫墩、1套大縫墩和定型加工制作的鋼模板作為防潮閘閘墩模板，為了保證不漏漿、不跑漿支模時(shí)要做到接縫嚴(yán)密，并且確保各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相應(yīng)位置、幾何尺寸和形狀正確，合理處理和預(yù)留施工縫。

2)鋼筋綁扎、下料。根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹、防銹處理，進(jìn)料之前要檢查鋼筋規(guī)格、鋼號(hào)、種類、試驗(yàn)單或出廠質(zhì)量證明書等資料，鋼筋采購(gòu)時(shí)應(yīng)按不同規(guī)格、級(jí)別進(jìn)行鋼筋抽樣，并做冷彎、延伸率、拉力試驗(yàn)。鋼筋下料前要準(zhǔn)確計(jì)算錨固筋的長(zhǎng)度，以防出現(xiàn)下料返工的情況，節(jié)約工料成本。綁扎過(guò)程中貫徹執(zhí)行相關(guān)規(guī)范，做到鋼筋焊接、綁扎位置、接頭、間距、直徑、根數(shù)、材質(zhì)等復(fù)核規(guī)范規(guī)定和設(shè)計(jì)要求。

3)混凝土澆筑。按照設(shè)計(jì)配合比和混凝土標(biāo)號(hào)進(jìn)行配制，拌制過(guò)程中對(duì)各種材料用量進(jìn)行精準(zhǔn)控制，保證投料誤差不超過(guò)允許的范圍?；炷翑嚢钑r(shí)間、塌落度、和易性要符合要求，澆筑前清理干凈模板內(nèi)的雜物，澆筑時(shí)安排專人振搗以防出現(xiàn)露筋、麻面、蜂窩等質(zhì)量缺陷?？茖W(xué)處理和留置施工縫，保證接搓的處理、留設(shè)的位置等符合規(guī)定；澆筑完成后按規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，夏季高溫時(shí)應(yīng)灑水養(yǎng)護(hù)保持一定的濕度，冬季施工時(shí)摻入適量的防凍劑，并做好保溫措施以維持水泥的正常水化，有效防止干縮裂縫的形成。

4)混凝土外涂覆層。外涂覆層有各種樹脂、油漆、瀝青焦油、土料、水泥基涂層、浸漬性和滲透性涂層，可采用外涂防銹漆的方式對(duì)交通橋梁板、防潮閘閘門板進(jìn)行處理。

2.4 加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制

1)水泥質(zhì)量控制。該防潮閘選用抗侵蝕性水泥，不同結(jié)構(gòu)部位所用的水泥標(biāo)號(hào)不同，具體見表2。

表2 不同部位的水泥品種

2)細(xì)骨料質(zhì)量控制。采用級(jí)配良好、顆粒潔凈、質(zhì)地堅(jiān)硬的天然河砂作為細(xì)骨料，其細(xì)度模數(shù)為2.2-3.0，主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 細(xì)骨料技術(shù)參數(shù)

3)粗骨料質(zhì)量控制。采用級(jí)配、粒形良好且質(zhì)地堅(jiān)硬的碎石作為粗骨料，其主要技術(shù)參數(shù)見表4。

表4 粗骨料技術(shù)參數(shù)

2.5 使用改善耐久性的外加劑

一般地，用于改善耐久性的外加劑有阻銹劑、防水劑和引氣劑等，其中阻銹劑能夠抑制鈍化膜的破壞，有效阻礙氯離子的侵蝕；防水劑能夠有效減少拌合物的泌水離析，通過(guò)改善和易性增強(qiáng)混凝土的抗凍性、抗?jié)B性；引氣劑的摻入能夠形成封閉、穩(wěn)定、分布均勻的微小氣泡，主要有烷基苯磺酸鹽、松香皂和松香熱聚物等，引氣劑的使用可以增加混凝土含氣量，在降低混凝土彈性模量的同時(shí)提高其抗裂性能。因此，可以在防潮閘混凝土中摻入適量的阻銹劑和引氣劑[6-8]。

3 結(jié) 論

鋼筋銹蝕對(duì)水工結(jié)構(gòu)的危害越來(lái)越引起人們的重視，為了保證水工混凝土質(zhì)量必須嚴(yán)格按照施工規(guī)范，采取切實(shí)可行的技術(shù)措施，如采取優(yōu)質(zhì)原材料、摻入適量的外加劑和礦物集料、加強(qiáng)原材料質(zhì)量控制等，由此可大大減少混凝土體積收縮、內(nèi)部孔隙率和水泥用量；施工過(guò)程中嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，加強(qiáng)各環(huán)節(jié)控制，保證坍落度、水灰比符合設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范合理操作混凝土振搗，并且注重抹面施工，以防出現(xiàn)露筋、麻面、蜂窩等缺陷，通過(guò)以上措施的實(shí)施進(jìn)一步提升水工結(jié)構(gòu)耐久性[9-11]。