海洋環境下橋梁混凝土結構耐久性的防腐措施

周 禮 吳 楠 蔣 蕾

(1.昆山市軌道交通投資發展有限公司，江蘇 蘇州 215000; 2.江蘇省交通科學研究院股份有限公司，江蘇 南京 210017)

0 引言

我國交通部分別于1963年，1965年，1980年針對我國沿海工程結構混凝土破壞狀況組織過3次調查。1960年，在對華南、華東地區27座海港混凝土結構的調查分析中發現，導致結構破壞的影響因素中，鋼筋銹蝕占到74%。1980年，在對華南18座使用7年～25年海港鋼筋混凝土碼頭的調查分析中發現，鋼筋銹蝕或不耐久的占調查結果89%，出現銹蝕破壞的時間有的僅5年～10年，這些結構使用壽命基本上都達不到設計使用年限要求[1]。

20世紀30年代，美國俄勒岡州Alsea海灣上的多拱大橋，因氯離子侵入導致鋼筋嚴重銹蝕，在短期內便發生結構損壞。20世紀60年代，美國舊金山海灣建造的San Mateo－Hayward大橋，浪濺區的預制橫梁在海水作用下，鋼筋發生嚴重銹蝕，1980年不得不花巨資修補。阿拉伯和紅海上建造的大量海工混凝土結構，由于嚴重的侵蝕環境作用，往往在使用一年后鋼筋就遭到明顯腐蝕。日本運輸省通過對103座混凝土海港碼頭的檢查發現，使用20年以上的碼頭都存在嚴重的順筋銹裂[2]。

由此可見，氯鹽侵蝕是導致沿海工程混凝土結構破壞的主要原因。本文針對沿海橋梁所處的特殊環境，依據現有規范的規定，對此特殊環境下已建橋梁采用的耐久性防護措施進行分析，以期能夠為類似環境下橋梁的建設提供參考。

1 國內相關規范的規定

對于沿海工程混凝土的防腐蝕技術，我國《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范》和《混凝土結構耐久性設計規范》均提出了明確的要求。

JTJ 275－2000海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范3.0.2中明確規定:“混凝土結構防腐蝕耐久性設計，應針對結構預定功能和所處環境條件，選擇合理的結構形式、構造和抗腐蝕性、抗滲性良好的優質混凝土;對處于浪濺區的混凝土構件，宜采用高性能混凝土，或同時采用特殊防腐蝕措施”[3]。

JTG/T B07－01－2006公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范4.1中明確規定:“對于重要工程中受環境嚴重作用(D，E和F級)的結構部位，應考慮是否需要采取附加防腐蝕措施”[4]。

GB/T 50476－2008混凝土結構耐久性設計規范3.1.2中明確規定:“混凝土結構的耐久性設計應包括下列內容:1)結構的設計使用年限、環境類別及其作用等級;2)有利于減輕環境作用的結構形式、布置和構造;3)混凝土結構材料的耐久性質量要求;4)鋼筋的混凝土保護層厚度;5)混凝土裂縫控制要求;6)防水、排水等構造措施;7)嚴重環境作用下合理采取防腐蝕附加措施或多重防護策略;8)耐久性所需的施工養護制度與保護層厚度的施工質量驗收要求;9)結構使用階段的維護、修理與檢測要求。”由此可見，《混凝土結構耐久性設計規范》已將防腐蝕附加措施作為混凝土結構耐久性設計的一項必要內容加以明確規定。

對于后張預應力混凝土結構，GB/T 50476－2008混凝土結構耐久性設計規范3.5.10中明確規定:“后張預應力混凝土應采取多重防護措施”。

GB/T 50476－2008混凝土結構耐久性設計規范6.1.6中明確規定:“氯化物環境下的重要混凝土結構和構件，當環境作用等級為E或F級時應采用防腐蝕附加措施”。

GB/T 50476－2008混凝土結構耐久性設計規范7.2.6中明確規定:“當混凝土構件處于硫酸根離子濃度大于1 500 mg/L的流動水或pH值小于3.5的水中時，應在混凝土表面設置專門的防腐蝕附加措施”[5]。

由此可見，對于沿海工程混凝土的防腐蝕技術，除了選擇合理的結構形式和抗腐蝕性、抗滲性良好的混凝土之外，采用防腐蝕附加措施也是提高海工混凝土結構物耐久性的重要措施。

2 耐久性附加措施的實際工程應用

2.1 國內橋梁工程實例

本文主要調研了東海大橋、黃海大橋和崇啟大橋三座大橋的耐久性附加措施的應用情況。在對三座大橋服役環境對比的基礎上(如表1所示)，分別分析三座大橋耐久性附加措施的實際應用情況。

表1 三座大橋服役環境對比

2.1.1 東海大橋

在東海大橋工程建設的過程中，根據結構安全使用100年的要求，確定耐久性的設計思路為:首先，采用高性能混凝土來提高混凝土材料本體的耐久性;其次，針對不同構件和部位，確定合理的鋼筋保護層厚度;最后，對于環境條件嚴苛的結構部位增加其他輔助措施，如增加防護涂層等等，以提高大橋混凝土結構的使用壽命。

東海大橋各結構部位采用的具體的耐久性防護方案如表2所示。

表2 東海大橋各結構部位耐久性方案

2.1.2 黃海大橋

為提高混凝土結構的耐久性能及抗海水侵蝕性能，黃海大橋采取的主要防腐蝕措施為:在混凝土結構物表面采用硅烷浸漬和環氧涂層兩道防護措施。

黃海大橋各結構部位采用的具體的耐久性防護方案如表3所示。

表3 黃海大橋海上段混凝土結構耐久性方案

2.1.3 崇啟大橋

在崇啟大橋工程建設前期，首先對橋位環境進行調研分析，根據環境的特殊性進行理論分析研究，最終根據理論研究成果，在保證橋梁結構安全滿足設計要求的前提下，確定經濟合理的耐久性防護措施。

崇啟大橋各結構部位采用的具體的耐久性防護方案如表4所示。

表4 崇啟大橋各結構部位耐久性方案

對上述三座橋梁采用的耐久性防護措施進行對比分析，發現目前國內主要的防護措施是選用高性能混凝土，并進行混凝土表面防護。但各個橋梁采用的防護措施都不盡相同，是根據橋梁所處的特殊環境以及施工技術水平而制定的具有其工程特點的施工方案。

2.2 國外橋梁工程實例

國外一些跨海工程的耐久性防護措施如表5所示。

表5 國外跨海工程耐久性防護措施

對表5分析可知，國外跨海工程中使用較多的耐久性防護措施是進行表面涂層防護，也有工程選用了陰極防護措施、防腐蝕套和摻加阻銹劑的方法。

3 結語

沿海橋梁所處環境及運營條件比較惡劣，橋梁混凝土結構受到環境侵蝕程度較大，這對沿海橋梁的耐久性設計工作提出了更高的要求，需要在防腐蝕附加措施的經濟性、可施工性以及可更換性方面進行全面的考慮。如果耐久性附加措施設計不當，不僅浪費人力、物力和財力，而且也會增加橋梁后期運營維護的壓力。因此需要根據實際環境及工程特點，采取適宜的耐久性附加措施，以提高橋梁混凝土結構耐久性能和使用壽命。

[1] 陳 駒.氯離子侵蝕作用下混凝土構件的耐久性[D].杭州:浙江大學，2002.

[2] 宏定海.混凝土中鋼筋的腐蝕與保護[M].北京:中國鐵道出版社，1998.

[3] JTJ 275－2000，海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范[S].

[4] JTG/T B07－01－2006，公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范[S].

[5] GB/T 50476－2008，混凝土結構耐久性設計規范[S].