沿海地區水工混凝土耐久性提升技術研究

劉忠橋

(莊河市水務事務服務中心，遼寧 莊河 116422)

近年來，通過檢驗沿海地區的一些水工混凝土構件，發現橋涵、閘板等靠近沿海的鋼筋混凝土結構被滲水銹蝕的問題突出，尤其是施工質量較差的構件，正常使用幾年后就因鋼筋銹蝕而產生順筋脹裂，從而大大降低結構的耐久性[1-2]。文章以交通橋、防潮閘為例，結合工程實踐和相關資料提出水工混凝土耐久性提升的關鍵技術措施。

1 質量缺陷原因分析

1.1 鋼筋的銹蝕

水泥水化生成的氫氧化鈣使得混凝土內部的pH值達到12.5-13.5，鋼筋處于含有大量氫氧根離子的高堿環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鋼筋，鈍化膜破壞后鋼筋才開始銹蝕[3]。如某進水閘門板出現嚴重銹蝕，深入分析造成銹蝕的原因有：冬季混凝土拌制時摻入的外加劑和水含有一定的氯鹽，料場不凈致使河砂內摻入一定量的海砂；此外，長期受海潮沖擊的鋼筋混凝土閘門板，在海水浸泡下氯鹽經結構微觀裂縫、宏觀缺陷滲入至鋼筋表面，造成鈍化膜的局部腐蝕，經一系列復雜反應鐵轉變成鐵銹。與原來鐵的體積相比，鐵銹的體積增加2-4倍，鋼筋體積的增大使得原來致密的混凝土表面脫落或開裂[4]。

1.2 施工操作不當

若施工支模時地基處理不好，混凝土澆筑過程中因支撐受力不均勻而發生沉降，使得構件彎曲變形甚至出現裂縫；鋼筋混凝土構件尺寸因圖紙掌握不夠精準而偏離設計要求，模板孔洞不修補、支撐縫隙過大、骨料施工配合比不合理、澆筑振搗不密實等原因，導致混凝土產生孔洞、麻面、蜂窩、露筋等缺陷；木模板不澆水濕潤、模板內雜物清理不干凈、混凝土攪拌不均勻、配合比不合理等造成混凝土強度不足，外加劑未經試驗投入使用、混凝土攪拌不計量及拌制前不試配等，使得拌合物的和易性較差；澆筑完成后養護不到位使得水分蒸發過快或受凍，造成混凝土出現倆風或強度不足。因此，以上因素均可在不同程度上降低水工結構的耐久性。

1.3 堿骨料反應

堿骨料反應是指原材料中攜帶的堿性物質易與骨料中的氧化硅等發生反應，生成的吸水膨脹凝膠導致混凝土強度的下降，進而使得混凝土產生脹裂。在長期高速水流和水流中泥沙的空蝕、磨損作用下，北方地區的水工結構表面局部易出現鋼筋及粗骨料外露、凹痕麻面等破壞，如閘門、涵管、渡槽等部位。

1.4 混凝土碳化

碳化降低了結構內部的堿度，從外到內碳化至鋼筋表面時將破壞其鈍化膜，鋼筋逐漸發生腐蝕；碳化導致混凝土收縮明顯增大，內部拉應力顯著增加以致出現細微裂縫，大大降低混凝土的抗折、抗壓強度。普通硅酸鹽水泥水化產生的Ca(OH)2，能夠占水化產物總量的10%-15%，這是保證混凝土高堿度的物質基礎，對鋼筋保護發揮著積極作用；同時，也是最不穩定的化學成分易與環境中的CO2發生反應，內部堿度下降致使鋼筋鈍化膜破壞，并逐漸產生銹蝕，鋼筋銹蝕又進一步加速混凝土脫落。這種惡性循環導致鋼筋有效截面不斷減小，外部混凝土大量脫落，大大降低水工結構的耐久性和力學性能，對構筑物的安全穩定運行構成潛在威脅[5]。

2 水工混凝土耐久性提升技術

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，防洪設計標準為20a一遇，閘室共有12孔，總凈寬48m，閘室垂直水流和順水流向長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鋼筋混凝土結構。機架橋設于防潮閘上，機房屬磚混結構，尺寸為凈寬3.26m、凈高3.60m。橋頭堡分別布設于閘室兩端，共三層，布置配電設施、樓梯，總建筑面積582.04m2；閘室上游漿砌石護坦、鋪蓋長都為12.5m，下游防沖槽、海漫、消力池長分別為4.5m、12.0m、12.0m，消力池和鋪蓋兩側布設C30擋土墻。中縫墩和南北邊墩上布設三跨T型交通橋梁，橋面寬10.0m，總長60.05m，按掛-100、汽-20的荷載標準校核。該工程的建成投入運營，對促進當地的旅游開發、生態環境保護和水產養殖等發揮著重要作用，并取得顯著的生態、經濟和社會效益。

2.2 增加保護層厚度

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

表1 最小保護層厚度

2.3 強化施工質量控制

1)模板設計。澆筑支模前，做好模板設計使其具有足夠的穩定性、強度和剛度，可靠地承受各種施工荷載和澆筑時的側向壓力。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、不跑漿支模時要做到接縫嚴密，并且確保各結構構件的相應位置、幾何尺寸和形狀正確，合理處理和預留施工縫。

2)鋼筋綁扎、下料。根據設計要求對鋼筋進行除銹、防銹處理，進料之前要檢查鋼筋規格、鋼號、種類、試驗單或出廠質量證明書等資料，鋼筋采購時應按不同規格、級別進行鋼筋抽樣，并做冷彎、延伸率、拉力試驗。鋼筋下料前要準確計算錨固筋的長度，以防出現下料返工的情況，節約工料成本。綁扎過程中貫徹執行相關規范，做到鋼筋焊接、綁扎位置、接頭、間距、直徑、根數、材質等復核規范規定和設計要求。

3)混凝土澆筑。按照設計配合比和混凝土標號進行配制，拌制過程中對各種材料用量進行精準控制，保證投料誤差不超過允許的范圍?；炷翑嚢钑r間、塌落度、和易性要符合要求，澆筑前清理干凈模板內的雜物，澆筑時安排專人振搗以防出現露筋、麻面、蜂窩等質量缺陷?？茖W處理和留置施工縫，保證接搓的處理、留設的位置等符合規定；澆筑完成后按規定進行養護，夏季高溫時應灑水養護保持一定的濕度，冬季施工時摻入適量的防凍劑，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交通橋梁板、防潮閘閘門板進行處理。

2.4 加強原材料質量控制

1)水泥質量控制。該防潮閘選用抗侵蝕性水泥，不同結構部位所用的水泥標號不同，具體見表2。

表2 不同部位的水泥品種

2)細骨料質量控制。采用級配良好、顆粒潔凈、質地堅硬的天然河砂作為細骨料，其細度模數為2.2-3.0，主要技術參數見表3。

表3 細骨料技術參數

3)粗骨料質量控制。采用級配、粒形良好且質地堅硬的碎石作為粗骨料，其主要技術參數見表4。

表4 粗骨料技術參數

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，通過改善和易性增強混凝土的抗凍性、抗滲性；引氣劑的摻入能夠形成封閉、穩定、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 論

鋼筋銹蝕對水工結構的危害越來越引起人們的重視，為了保證水工混凝土質量必須嚴格按照施工規范，采取切實可行的技術措施，如采取優質原材料、摻入適量的外加劑和礦物集料、加強原材料質量控制等，由此可大大減少混凝土體積收縮、內部孔隙率和水泥用量；施工過程中嚴格把控質量關，加強各環節控制，保證坍落度、水灰比符合設計要求，嚴格執行規范合理操作混凝土振搗，并且注重抹面施工，以防出現露筋、麻面、蜂窩等缺陷，通過以上措施的實施進一步提升水工結構耐久性[9-11]。