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海港码头混凝土腐蚀的原因及特殊防腐措施探讨

来源:不详 作者:未知 时间:2017-12-26 快速评论

混凝土的腐蚀直接影响着混凝土使用的耐久性和安全性,所以采取必要防腐措施避免混凝土的腐蚀显得越来越重要。
摘要:由于海上水工建筑物处于恶劣环境和暴露性环境中,经常因钢筋锈蚀而导致结构破坏。混凝土的腐蚀直接影响着混凝土使用的耐久性和安全性,所以采取必要防腐措施避免混凝土的腐蚀显得越来越重要。

  关键字:海港码头;环境;混凝土;腐蚀;措施

  海港码头工程所处环境恶劣,海水、海风、海雾中所含的氯盐将对混凝土构件造成腐蚀破坏。我国早期的调查资料表明,处于海洋环境下的混凝土构件腐蚀破坏严重、耐久性问题突出,大多达不到设计寿命,需反复修复或提前重建,经济损失巨大,如果能采取有效措施减缓混凝土构件腐蚀,最大限度延长海港码头工程使用寿命,无疑将带来巨大的经济效益和社会效益。

  一、混凝土腐蚀的原因

  引起钢筋混凝土腐蚀破坏主要是因为:各种原材料挟进混凝土中的氯离子以及海水中的氯离子不断渗入到钢筋周围,当此氯离子含量达到某一临界值时,钢筋的钝化膜开始破坏,丧失对钢筋的保护作用,从而引起钢筋锈蚀,削减其有效断面,并引起膨胀,破坏混凝土保护层,形成恶性循环,加速结构的破坏;如果在钢筋周围氯离子含量尚低,尚未引起钢筋锈蚀破坏前,对新建混凝土结构采取措施,防范这种腐蚀破坏,就起到“事半功倍”的效果。

  1、化学方面的腐蚀

  在沿海、内陆(如盐桥、盐碱地)或盐碱工业区,混凝土的集料和用水的氯盐含量较高;而且其工作环境也受氯盐的侵蚀,氯盐对混凝土和钢材有如下的腐蚀作用:

  (1)对混凝土的腐蚀:①MgCl2与混凝土中的Ca生成CaCl2能溶于水,形成多孔混凝土;②海水中的MgSO4与混凝土中的Ca(OH)2生成CaSO4,又与铝酸钙生成硫铝酸钙——水泥杆菌,混凝土膨胀破坏;③盐分子在混凝土毛细管内上升,不断结晶、聚集,胀裂混凝土。

  (2)对钢筋的腐蚀:①氯离子破坏钝化层;②氯离子与铁构成了腐蚀电极,在钢筋表面形成特有的坑蚀;③氯离子与铁离子生成FeCl2,再溶于水,转换成Fe(OH)2,释放出氯离子,周而复始,腐蚀钢筋,称为去极化作用。

  然而,并非氯离子一到达钢筋表面就能破坏其钝化保护膜、引起钢筋腐蚀的,而是当氯离子的浓度超过引起钢筋腐蚀的临界氯离子浓度时才会发生钢筋的腐蚀。有研究表明:氯离子临界浓度与pH值间存在一定的关系,当[Cl-]/[OH-]>0.6时,钢筋开始腐蚀。而且,只要少数的氯离子就可以周而复始的引发腐蚀,造成恶性循环。氯离子临界浓度与pH值之间的关系为:pH=0.83logCl-+K(其中K为常数)。到目前为止,关于临界氯离子浓度引起钢筋腐蚀的观点已得到许多科学工作者的认可,同时也取得了一些研究成果。

  2、物理方面的作用

  因水位变动所造成的干湿交替,则会产生盐类的积累、结晶以及再结晶的过程。对于处于潮汐区部分的混凝土,则又受到海浪、冰凌、泥砂等的冲击、磨耗作用。

  3、环境湿度的影响

  钢筋腐蚀与环境湿度有直接关系,在十分潮湿的环境中,其空气相对温度接近于100%时,混凝土孔隙充满水分,阻碍了空气中氧气向钢筋表面扩散,二氧化碳也难以透入,使钢筋难以腐蚀。当相对湿度低于60%时,在钢筋表面难以形成水膜,钢筋几乎不生锈,碳化也难以深入。而空气湿度在80%左右时,有利于碳化作用,混凝中钢筋锈蚀发展很快。由于环境湿度往往随气候和生产情况而变化,因而混凝土也会随之变化会碳化,钢筋会腐蚀。

  4、微生物腐蚀

  硫杆菌能将硫、硫化硫酸盐、亚硫酸盐等氧化成硫酸盐,最终转化成对混凝土有强腐蚀性的硫酸;硫酸盐还原菌能将硫酸盐还原为强腐蚀性硫化氢,但高PH值、高密实度及不易渗透的混凝土对其是免疫的。另外,流水、波浪侵袭力的磨损与冲刷,加强了腐蚀介质的渗透力量,对于码头等构筑物又常会受到船舶冲击,荷载作用下结构的应力状态给腐蚀破坏创造了方便的条件。

  二、混凝土防腐措施的规定

  海港码头工程混凝土结构防腐蚀耐久性设计,要求结构在其设计使用年限内,不会超越预定的失效概率,或支付过高的维修费用,亦不会出现难以接受的外观形状。

  海港码头工程混凝土结构防腐蚀是系统工程,必须在勘察、规划、设计、施工、使用等各个阶段就所涉及的防腐蚀问题,进行细致的了解、分析和处理,各部门应通力合作共同完成。混凝土结构良好的抗腐蚀耐久性能的获得,除结构的合理、选形和构造外,最主要的是混凝土质量的保证,这是基础工作,否则其它特殊防腐蚀措施也难以得到良好的效果。但应鼓励基础工作和特殊防腐蚀措施的优化组合运用,从而起到多方面多阶段的防护作用,使结构寿命达到更高的概率。

  另外,海港码头工程混凝土除直接受到氯离子渗透作用外,也会因加载、温度、徐变、收缩等引起的变形和裂缝促使腐蚀的加速和结构寿命的缩短。因此,在设计中必须限制过宽的裂缝和过大的拉应力。

  三、混凝土特殊防腐措施应用

  混凝土表面涂层是海港工程混凝土结构耐久性特殊防护措施之一,海港码头混凝土防腐涂层施工必需符合《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTJ275-2000)规定。该标准对海港码头工程混凝土结构防腐蚀涂层体系及涂层性能提出了比较具体的要求。标准推荐了环氧涂料、聚氨酯涂料、丙烯酸涂料、氯化橡胶涂料、乙烯类涂料、环氧焦油涂料、聚氨酯焦油涂料等适宜的配套涂层体系,规定了10年和20年的防腐寿命涂层体系,10年与20年寿命的涂层配套体系基本相同,防腐寿命的区别主要在于涂层体系漆膜厚薄的差异。

  涂层配套体系主要有两种,类型一为:环氧树脂封闭清漆+环氧厚浆涂料+氯化橡胶涂料(或丙烯酸聚氨酯涂料、有机硅耐候涂料),采用高固体份的环氧厚浆涂料便于厚膜施工,采用耐候面漆抵御紫外线的破坏作用,保护底涂层。氯化橡胶涂料具有优异的耐水性能,丙烯酸聚氨酯涂料、有机硅涂料具有更优异的耐候性能,此类型还有一个特点就是色彩丰富。类型二为:环氧树脂封闭清漆+环氧(或聚氨酯)焦油涂料,该类型涂料综合性能好,缺点是色彩单一。

  表湿区可采用与表干区相同的配套体系,为增加屏蔽效果适当增加了涂层厚度,主要采用环氧封闭清漆+环氧煤焦油涂料。该配套把环氧树脂优异的力学性能和煤沥青优异的耐水性相结合,赋予了该类涂料优异的综合性能,再加上价格上的优势,使其特别适用于浸水环境条件下高性价比的防腐。

  四、实例分析

  1、工程概况

  某油料码头工程位于珠江口出海口。本码头为新建一座5000吨级成品油泊位2个,泊位总长度为320米和接岸引桥一座长度为301.4米。结构形式为:码头为高桩梁板式结构,码头排架间距7.8m,联系桥排架间距7.0、7.5、9.25m;引桥排架间距7.5m等。高桩梁板式结构,码头和引桥部分桩基设计采用700PHC管桩261根,近岸段4排采用800钻孔灌注桩8根,码头上部结构设有桩帽、拦油坎、护轮坎、水平撑、系缆墩、集污池、横梁、靠船构件、板及码头面等。

  2、砼面防腐涂层施工

  根据设计图纸,码头、引桥浪溅区外露部分需要进行防腐涂层。对构件表面首先清除浮尘杂物,对构件外表面气泡用环氧树脂砂浆填补,人工用砂纸摩擦吹干,保持结构基面干净光滑。

  用环氧树脂封闭底层涂装、滚涂混凝土防腐漆、亚光聚氨酯磁漆面漆涂装,待第一遍涂完8—10小时才可涂第二遍。涂布需均匀,以免出现局剖面有明显色差。一次调料不能过多,一人每次调料一桶。滚涂(涂层厚度50微米),面涂完成后将有关施工材料、工具搬离现场,严密封闭保护完成饰面。漆膜完全固化需7天时间进行搬运、安装等施工。构件某些部位在路上地面不能作业外,待构件安装后,采用槽钢制作成吊桥配合交通船在水上涂装作业。

  3、涂装质量控制及效果

  该码头的特殊防腐措施在混凝土验收合格后进行,其涂装工艺、质量控制、检查、验收及维修均符合《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTJ275-2000)规定:涂装过程中对涂装道数和涂膜厚度按设计和规范要求进行;涂装后进行外观目视检查,涂层表面均匀、无气泡和裂缝等缺陷;涂装7天后,进行干膜厚度测定,符合设计要求。经验收评定,其质量符合《水运工程质量检验标准》(JTS257-2008),涂装质量合格。

  五、结语

  随着科学技术的不断进步,结构的可靠性(安全性、适用性、耐久性)已经受到人们的普遍关注,因此,环氧涂层钢筋在防腐混凝土工程中的应用前景广阔,我们要重视并掌握这项新技术,为我国工程建设作出新贡献。

  参考文献

  [1]李季《水工混凝土腐蚀及防护措施》丹东海工2009

  [2]罗献彬《混凝土结构的腐蚀因素及预防办法》中国新技术新产品2009

  [3]沈海鹰《我国海洋工程用混凝土保护涂料的现状》涂料工业2003

  [4]王爱华李伟华《浅谈海工混凝土结构防腐涂料》山西建筑2007

  [5]交通部《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTJ275-2000)

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