淺談范和港大橋防腐體系

【摘 要】在惡劣的海洋環境影響下，最終影響橋梁使用壽命的不只是承載力，混凝土抵抗腐蝕能力的耐久性能也是非常重要的因素。本文詳細介紹了惠州市第一座跨海大橋——范和港大橋防腐體系的設計理念、具體措施及施工方法，在行業類具有較好的借鑒和指導價值。

【關鍵詞】跨海大橋；防腐；海工高性能混凝土

范和港大橋是廣東省惠州市第一座跨海大橋，是惠東凌坑至碧甲高速公路的控制性工程，大橋建成后，可解決惠東縣稔平半島與島外的快速交通問題，把半島的可開發資源有效的連接起來，從而帶動巽寮旅游度假區的開發和經濟發展。范和港大橋全長2741m。橋跨組合為：（30+23×50）mPC連續箱梁+（152+300+152）mPC斜拉橋+（19×50）mPC連續箱梁，主橋長604m，主橋采用雙塔單索面，是墩、塔、梁固結的預應力混凝土斜拉橋，引橋上部采用30M、40M、50M預應力砼連續箱梁，采用移動模架現澆施工。

1. 工程環境

范和港大橋設計基準期為100年，對耐久性設計和施工提出了很高的要求。大橋地處亞熱帶海洋性季風氣候的海洋環境，大氣濕潤，氯離子含量高，對工程結構的耐久性和使用壽命帶來了不利影響。環境作用按其對鋼筋混凝土結構的腐蝕作用的嚴重程度分為6級，具體分級見下表1。

表1 環境作用等級［1］

范和港大橋附近海域最高潮位為3.183m，最低潮位-0.894m，設計最高通航水位為2.105m，設計最低通航水位為-0.766m。根據有關規定，結合項目所處環境，可知該工程主要構件受環境作用的級別為D、E、F三級，均將遭受嚴重程度以上的腐蝕作用。

2. 防腐體系

為提高混凝自身的抗腐蝕能力，范和港大橋全橋的永久結構均采用海工高性能混凝土，相比陸地上的橋梁，構件的保護層也增大了不少，其抗腐蝕能力得到了很大的提高，為了達到設計使用年限，對處于惡劣環境條件下的工程部位，在常規防腐措施的基礎上結合附加防腐方案來確保橋梁的耐久性。具體防腐方案見下表2：

2.1 海工高性能混凝土。 海工高性能混凝土系用常規原材料、常規工藝、雙摻礦物摻合料及化學外加劑，經配合比優化而制成，在海洋環境中具有高抗氯離子擴散性、高抗裂性和良好工作性。范和港大橋海工高性能混凝土的配合比及施工情況如下：

（1）通過試配來選用性能優良的水泥，水泥中氯離子含量小于0.03%，C3A含量小于10%；礦物摻合料采用粉煤灰和磨細礦渣粉雙摻，其氯離子含量均小于0.02%，磨細礦渣粉28d活性指數大于等于95%；集料中氯離子含量小于0.02%，細集料采用河砂；混凝土拌合用水中氯離子含量小于200mg/L；所用減水劑為復合型高性能減水劑，具有一定的引氣效果，其氯離子含量小于混凝土膠凝材料總重的0.01%；混凝土拌合物中各種原材料引入的氯離子總重量小于膠凝材料總量的0.1%（鋼筋混凝土結構）和0.06%（預應力混凝土結構）。

表2 范和港大橋防腐方案

（2）根據設計要求，樁基、承臺、主引橋墩身、橋臺及主塔水膠比≤0.4，膠凝材料用量≥400Kg/m3；引橋箱梁及其他混凝土水膠比≤0.35，膠凝材料用量≥450Kg/m3，最高膠凝材料用量不宜高于500Kg/m3。

2.2 混凝土保護層。混凝土保護層是包裹在鋼筋外面的一件幫助鋼筋抵抗銹蝕的“外套”，這件“外套”至關重要，其厚度跟質量決定了內部鋼筋何時開始銹蝕。混凝土保護層越厚，其對鋼筋的保護時間就越長，但同時其產生裂縫的風險也在增加，混凝土一旦產生裂縫，空氣中的水汽更容易與混凝土內部鋼筋接觸，更早地出現鋼筋銹蝕問題。混凝土保護層施工控制措施如下：

（1）混凝土保護層厚度從鋼筋外緣而不是主筋外緣算起，其控制偏差為（+10，0），骨架鋼筋和綁扎固定墊塊的扎絲不得侵入保護層。墊塊尺寸不允許出現負偏差，正偏差不得大于5mm，構件側面和底面所布設的墊塊數量不少于4個/m2［2］。

（2）海工高性能混凝土具有高膠凝材料用量、低水膠比與摻入大量活性摻合料等特點，其早期體積穩定性差、容易開裂。大體積混凝土由于其散熱困難，混凝土內部容易積聚較高溫度，更容易出現由于水化熱引起的開裂問題。在范和港大橋多個工程部位的大體積混凝土施工中，采用冷卻水管的水循環和熱傳遞效應來降低混凝土內部的溫度，控制住大體積混凝土施工的開裂現象。

（3）混凝土構件許多后期發現的裂縫都是由于初期養護措施不到位產生的細微裂紋逐漸發展形成的，海工高性能混凝土初期養護的質量是裂縫產生的關鍵。為防止表面混凝土失水造成干縮裂縫，在混凝土初凝后必須進行養護。由于不能使用海水進行養護，而淡水供應比較緊張，確保混凝土表面一直處于濕潤狀態比較困難；使用薄膜包裹養護最大的問題是海風容易將其吹開，造成養護措施失效。綜合考慮上述因素以后，最確定個別工程部位采用養護劑進行養護。養護劑是一種高分子涂膜材料，噴灑在混凝土表面后固化，形成一層致密的薄膜，使混凝土表面與空氣隔絕，防止水分過快蒸發，保證混凝土有較好的保水養生條件。

2.3 附加防腐措施。

2.3.1 樁基。樁基采用鋼護筒作為附加防腐措施將混凝土與海水隔開，保護混凝土免受海水腐蝕。鋼護筒直徑最小的為1800mm，最大的為3000mm，其壁厚分別為15mm和22mm，為Q235B號鋼。從樁基頂部往下9米范圍，該段鋼護筒進行了防腐涂裝處理，鋼護筒表面凈化后噴砂除銹達Sa3級，除銹后鋼結構表面達到徹底除掉表面上的油脂、氧化皮、銹蝕產物等一切雜物，表面無任何可見殘留物，呈現均一的金屬本色，并有一定的粗糙度，再電弧噴鋁120μm，采用磁性測厚儀測定，100%檢查合格方可進入下道工序。最后涂上環氧云鐵封閉漆60μm，涂裝厚度同樣要進行檢查，不合要求的位置進行局部修補。涂裝施工必須在無雨的天氣進行，若遇天氣濕度較大或濃霧期間，則不進行施工，確保涂裝質量。樁基施工采用淡水造漿，開孔前將鋼護筒內海水抽干，并注入淡水進行置換，樁基成孔后檢查泥漿中的氯離子含量，將其控制在1000mg/L以內。

2.3.2 承臺。引橋、主橋承臺施工所用混凝土中摻入克汰，克汰是一種結合了疏水和堵孔成分的雙組分混凝土添加劑，以30L/m3的比例加入，其能夠與混凝土中的堿反應，沿毛細管及在整個混凝土上形成防水化合物，可消除通常會將水帶入毛細管及微裂紋中的表面張力，并將水阻擋在外，從而起到防水和防腐蝕的作用。克汰混凝土需充分濕養護才能更好發揮其耐腐效應，采用土工布覆蓋澆水保持濕潤進行養護，養護期不小于14d。主橋承臺6m高，按照1m、2m、3m高度分三層三次進行澆注，為了使承臺混凝土接縫位置具有良好的防腐效果，承臺四周采用6mm的Q235b鋼板包裹一周，將海水與承臺混凝土隔開，提高承臺的防腐性能。引橋深水區承臺3m高，按照1m、2m高度分兩層兩次進行澆注，在混凝土接縫位置設置了3mm厚30cm高的Q235b鋼板進行輔助防腐。鋼板安裝時一定不能與承臺內鋼筋連接，避免形成腐蝕通道。

2.3.3 墩身。

（1）處于浪濺區的引橋、主橋墩身下段（標高低于6.403m）所用混凝土同樣也摻入了克汰系統，其施工要求與承臺一致。

（2）引橋墩身采用透水模板布這一新工藝進行施工。透水模板布是一種安裝在混凝土模板內側，以排出混凝土表層多余水分和空氣，并截留混凝土表層顆粒的纖維結合體，其材質為100%聚丙烯，在施工中緊貼混凝土表面，其保水作用能確保混凝土在最初的養護階段保持高濕度，減小細微裂縫產生的風險，從而使混凝土表面變得細致、密實，減少表面的砂眼和裂紋，提高抵抗海水的腐蝕作用。［3］透水模板布的施工工藝為：模板表面清理 模板布裁剪 噴膠 粘貼模板布。

（3）處于重度鹽霧區的引橋、主橋墩身段（6.403m~15.541m）的混凝土表面進行硅烷浸漬施工，保護混凝土不受氯離子侵蝕。浸漬硅烷工作應連續噴涂實施，自下往上，使被涂立面至少有5s保持目測是濕的狀態，每遍噴涂量為180~240ml/m2，共噴涂兩遍，兩遍之間相隔4h。噴涂硅烷的混凝土齡期要大于28d，混凝土修補后的要大于14d，硅烷噴涂的下限為墩身克汰混凝土與硅烷浸漬分界線以下150mm。

圖1 鋼護筒涂裝厚度檢測

圖2 保護層厚度檢測3. 防腐措施檢測

3.1 泥漿中氯離子含量檢測。采用硝酸銀滴定法對終孔后的樁基泥漿進行氯離子檢測，其檢測原理是以鉻酸鉀為指示劑，用硝酸銀滴定氯化物時，由于氯化銀的溶解度小于鉻酸銀的溶解度，氯離子首先被完全沉淀出來后，然后鉻酸鹽以鉻酸銀的形式被沉淀，產生磚紅色時即停止滴定，進行氯化物含量的計算，推算泥漿中氯離子含量。

3.2 鋼護筒涂裝檢測。 采用磁性測厚儀對鋼護筒涂裝厚

度進行檢測，噴鋁及環氧云鐵封閉漆涂裝都要利用儀器進行檢測，檢測合格后才能進行下道工序施工，對于檢測不合格的部位，進行局部修補后重新檢測，必須確保鋼護筒兩道防腐涂裝均達到甚至超過設計厚度（見圖1）。

3.3 混凝土保護層檢測。采用智博聯ZBL-R630型混凝土鋼筋檢測儀對構件混凝土保護層進行檢測，以檢驗保護層控制措施的效果，指導后續保護層控制施工（見圖2）。

表3 海洋環境下混凝土氯離子擴散系數要求．

3.4 氯離子擴散系數檢測。采用RMC法測定混凝土中氯離子非穩態快速遷移的擴散系數，定量評價混凝土抵抗氯離子擴散的能力。通過對混凝土試塊進行氯離子擴散系數的測定，評估混凝土成型后自身抵抗腐蝕的能力。

4. 結束語

（1）范和港大橋工程構件多為圓角，除起到抗風效果以外，還是減少表面積，減輕海水對構件腐蝕的有效措施。

（2）承臺的橫坡一定要設置好，使排水通暢，避免積水引起混凝土腐蝕問題嚴重化。

（3）在有條件的情況下，一定要優先選擇對初凝后的混凝土進行保濕養護，養護劑的實質作用是“保護”而不是“養護”，“養護”不僅要防止混凝土水分損失，還要補充水分幫助水泥水化，使強度健康增長。養護劑的使用只能避免混凝土內部水分的散失，并不能對其補充水分，使用養護劑后，利用回彈儀進行回彈時，其檢測值相比同條件進行保濕養護的混凝土要低。使用養護劑進行養護前應通過試驗驗證其養護效果。

參考文獻

［1］ JTG T B07-01-2006 公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］ JTG T F50-2011 公路橋涵施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［3］ JT T 736-2009 混凝土工程用透水模板布［S］.北京：人民交通出版社，2009.