硅烷浸漬在某濱海核電廠泵房中的應用

摘要：海洋環境中的鋼筋混凝土結構比正常環境中的鋼筋混凝土結構所處環境更惡劣，耐久性及防腐蝕設計非常重要。文章闡述了硅烷浸漬技術防腐蝕基本原理，介紹了硅烷浸漬對鋼筋混凝土保護的機理及硅烷浸漬在某濱海核電廠泵房中的應用，研究了硅烷浸漬處理效果的影響因素，總結了硅烷浸漬技術的優點，提出了提高混凝土防腐蝕的其他措施。

關鍵詞：硅烷浸漬；核電廠；防腐蝕設計；泵房；海洋環境；鋼筋混凝土結構 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU502 文章編號：1009-2374（2017）05-0074-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.036

近年來，隨著我國經濟的快速發展，對能源的需求越來越大，以燃煤、燃油等為主的化石能源對環境的污染嚴重，與此同時人們越來越重視環境影響和氣候變化，而核電作為可大力發展的清潔、安全、可靠的能源，將在我國的能源結構當中扮演越來越大的作用。根據國家《核電中長期發展規劃（2005～2020年）》，到2020年末我國核電運行裝機容量要達到4000萬千瓦，在建裝機容量約1800萬千瓦。目前我國批準建設的核電廠主要以沿海核電廠址為主，沿海核電廠以海水作為冷源，必然會涉及到海工建構筑物的耐久性問題。

我國某濱海核電廠二期工程采用國內自主三代核電技術設計，規劃建設兩臺機組，每臺機組有三座供水泵房，分別為一座循環水泵房和兩座重要廠用水泵房，均從泵房前池吸取海水給核電廠相關系統供應海水。循環水泵房向循環水系統、輔助冷卻水系統、鼓網沖洗水系統提供冷卻用海水，向循環水處理系統提供生產用海水，為非核安全級建筑物。重要廠用水泵房向核島提供設備冷卻水，為核安全級建筑物。三座泵房均分為地上和地下部分，地下部分均為鋼筋混凝土箱型結構，部分位于水下區及水位變動區，而海水環境對鋼筋混凝土有較強的腐蝕作用。本泵房的設計使用壽命為60年，為延緩泵房壽期內鋼筋混凝土結構的腐蝕，須對水下及水位變動區鋼筋混凝土采取額外的保護措施。硅烷浸漬作為一種成熟且防腐性能優異的方法，廣泛應用于國內外各種海工工程，如港珠澳大橋預制墩身、深圳媽灣港某高樁碼頭、德國萊茵河口Flehe橋梁等工程?！逗８酃こ袒炷两Y構防腐蝕技術規范》（JTJ275-2000）也將硅烷浸漬作為特殊防腐措施列入其中。

1 硅烷浸漬技術防腐蝕基本原理

眾所周知，水分和有害物質的侵入是引起混凝土結構破壞的必要條件，而海水環境中的氯離子是引起鋼筋銹蝕的最主要原因，混凝土內部由于存在毛細孔，海水環境中的氯離子會通過這些毛細孔滲入和擴散到混凝土內部，當氯離子突破混凝土保護層，到達鋼筋表面，破壞鋼筋表面的鈍化保護膜，引起鋼筋銹蝕，銹蝕后的鋼筋膨脹導致混凝土表面開裂，海水中的氯離子透過這些開裂的裂縫更容易與鋼筋接觸，又進一步加劇了鋼筋的銹蝕，最終將導致鋼筋混凝土結構發生裂縫、剝落和強度降低。

硅烷浸漬是利用硅烷活性物質與混凝土基材中的堿性物質作用，生成幾毫米至幾十毫米厚的憎水膜，憎水膜既能防止外界的水分滲入混凝土內部，也能阻止海水中的氯離子滲入。硅烷浸漬屬于滲透性涂層，硅烷涂層平衡了混凝土材料的透氣性和防水性，它既能讓混凝土內部的水分蒸發又能阻止外界的水滲入混凝土內部。正是利用了硅烷的這種特性，硅烷浸漬才能阻止鋼筋混凝土與水分及氯離子接觸，進而起到保護鋼筋混凝土的

作用。

2 泵房鋼筋混凝土結構防腐蝕設計

由于該濱海核電廠各海水泵房所處環境完全相同，所以防腐設計要求均一致，水位變動區及水下臨水側混凝土表面均噴涂硅烷，相關技術要求如下：

2.1 混凝土技術要求

泵房中混凝土所處環境不同，對混凝土的要求也不同，本核電廠泵房采用的混凝土技術指標如下：

（1）水下區混凝土強度等級C45，最大水膠比0.40，抗滲等級采用W10，抗氯離子侵入性指標DRCM≤7（10-12m2/s）；（2）水位變動區混凝土強度等級C55，最大水膠比0.36，抗滲等級采用W8，抗氯離子侵入性指標DRCM≤4（10-12m2/s）；（3）大氣區混凝土強度等級C55，最大水膠比0.36，抗滲等級采用W8，抗氯離子侵入性指標DRCM≤4（10-12m2/s）；（4）混凝土中均應摻加Ⅰ級粉煤灰，摻量不超過水泥的20%；（5）混凝土中添加聚丙烯抗裂纖維，抗裂纖維體積率為0.1%～0.3%，要求限裂效能等級為一級。

2.2 硅烷浸漬技術要求

為了能夠達到較好的防腐蝕效果，根據規范要求及經驗，本泵房采用的硅烷浸漬技術要求如下：（1）材料采用異丁基三乙氧基硅烷，含量不小于98.9%，共噴涂兩遍，每遍300mL/m?2，兩遍間隔時間不小于6小時；（2）硅氧烷含量不應大于0.3%；（3）可水解氯化物含量不大于1/10000；（4）密度為0.88g/cm3；（5）活性應為100%，不得以溶劑或其他液體稀釋。

2.3 質量檢驗標準

為了對硅烷浸漬的處理效果量化評估，硅烷浸漬質量檢驗標準規定如下：（1）對強度等級不大于C45的混凝土，浸漬深度應不小于3～4mm；對強度等級大于C45的混凝土，浸漬深度不小于2～3mm；（2）吸水率平均值不應大于0.01mm/min0.5；（3）氯化物吸收量的降低效果平均值不小于90%。

3 硅烷浸漬處理效果的影響因素

研究表明，影響硅烷浸漬處理效果主要表現在以下四個方面：（1）混凝土齡期對浸漬硅烷時吸水率和氯化物吸收量效果有較大影響，混凝土齡期越長硅烷浸漬深度較大，氯化物吸收效果越好，施工時可選擇在14～28d齡期內進行硅烷浸漬；（2）硅烷浸漬的滲透深度隨著混凝土表面濕度的增加而減少；（3）混凝土中摻入礦物摻合料會降低吸水率、減小浸漬深度、增大氯化物吸收量降低效果和減小電通量；（4）施工時溫度對硅烷浸漬深度和氯化物的吸收也有較大影響，混凝土表面應達到一定的溫度硅烷浸漬深度會增大，氯化物吸收效果會越好，低溫季節施工時應加熱混凝土表面并做好保溫措施。

4 硅烷浸漬的優點

與其他防腐蝕方法相比，硅烷浸漬具有如下優點：（1）施工簡便、投入少、施工周期短；（2）抗侵蝕能力強，保護周期長，有效保護期可達20年；（3）硅烷有效成分滲透深度可達5mm以上，既形成較厚的保護層，又不改變混凝土的外觀；（4）有機硅產品，安全環保，無毒無污染；（5）檢測及驗收標準明確，可操作性強，施工質量易保證。

5 提高混凝土抗腐蝕性的其他措施及建議

除了采用硅烷浸漬技術以外，提高混凝土的抗腐蝕能力措施還有很多，可根據混凝土對耐久性的要求采用一種或同時采用幾種措施，通常來講，提高混凝土耐久性和抗腐蝕性能的措施還有：（1）采用高性能混凝土。通過選用優質水泥、級配良好的骨料以及高品質的摻合料如優質粉煤灰和高效減水劑，提高混凝土的致密性和抗氯離子侵蝕能力；（2）采用不銹鋼鋼筋或環氧涂層鋼筋，延緩鋼筋銹蝕的速度；（3）采用混凝土表面涂層涂料。如采用聚氨酯涂料、綠化橡膠涂料、丙烯酸酯涂料、有機硅樹脂涂料和氟樹脂涂料等；（4）增加混凝土保護層厚度，延緩氯離子侵入到混凝土內部的時間；（5）在混凝土中加入鋼筋阻銹劑；（6）加強施工控制和提高施工質量，如采用優質模板、做好施工縫的處理、控制混凝土的入模溫度以及加強澆筑后的混凝土養護等。

參考文獻

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作者簡介：黃小?。?985-），男，江西撫州人，深圳中廣核工程設計有限公司水工結構設計師，碩士，研究方向：水工結構工程。

（責任編輯：蔣建華）