水運工程鋼筋混凝土結構實體保護層的作用探究

袁三濤

四川二灘國際工程咨詢有限責任公司 四川 成都 610000

水運工程的鋼筋混凝土結構長期處于潮濕、水霧彌漫的環境中，在氯離子作用下發生腐蝕，為提高鋼筋混凝土結構的耐久性，要充分掌握鋼筋混凝土結構實體保護層的作用，明確鋼筋混凝土結構保護的重點任務，依據實際情況，有序開展水運工程鋼筋混凝土結構實體保護活動。技術人員堅持安全第一、質量為主的基本原則，注重對鋼筋混凝土結構保護層檢驗要求進行詳細分析，強化技術人員的安全意識及工作責任，有效實施外加電流陰極保護、犧牲陽極陰極保護、腐蝕防護等多項技術，更好的發揮鋼筋混凝土結構實體保護層的作用。

1 水運工程鋼筋混凝土結構實體保護層的功能及作用

1.1 確保鋼筋與混凝土可以共同工作

水運工程中的鋼筋與混凝土共同發揮實體保護的作用，很好的保障了結構構件的承載力及安全性能。鋼筋是一種抗拉性好的延性材料，混凝土是一種抗壓性強的脆性材料，水運工程建設中將鋼筋與混凝土結合使用，促進其抗拉性與抗壓性優勢結合，形成具有一定抗壓、抗拉、抗扭、抗剪等結構性能的建筑物。鋼筋與混凝土共同工作，使得這兩種材料的粘著力、咬合力、摩擦力發揮作用，直接影響水運工程鋼筋混凝土結構的承載力，保護層厚度適中，促使鋼筋與混凝土之間的握裹力提升[1]。

1.2 提升鋼筋混凝土結構的耐久性

水運工程項目的特殊性：氯離子侵蝕、環境潮濕，導致鋼筋混凝土結構不密實，產生裂縫，嚴重的還造成鋼筋銹蝕引起結構破壞，影響水運工程項目的正常使用。混凝土保護層對鋼筋銹蝕具有保護作用，混凝土碳化嚴重影響整體結構的安全性及耐久性，結構失去承載力。保護層具有一定厚度，使得鋼筋不受高溫影響，比如以砂石為骨料的混凝土可耐700℃高溫，有效避免高溫輻射[2]。鋼筋混凝土結構保護層的厚度達到標準要求，這為人口疏散、物資轉移提供緩沖時間，最大程度避免安全事故發生。

2 水運工程鋼筋混凝土結構發揮實體保護的關鍵內容

2.1 明確鋼筋保護層厚度對結構實體的影響

鋼筋保護層厚度對混凝土結構實體的影響主要體現在承載力和耐久性這兩個方面。承載力的影響：板類、梁構件上的負彎矩鋼筋在混凝土結構中的抗力表現為抗彎矩承載力，截面高度確定的條件下，保護層厚度加大，截面高度減小，鋼筋抗彎承載力隨之降低；耐久性的影響：潮濕環境中，保護層厚度越小，混凝土發生電化學腐蝕的可能性越大，繼而導致鋼筋截面減小、強度降低，兩者的協同工作受到影響，構件耐久性年限縮短，危及結構安全。

2.2 確定鋼筋混凝土結構實體保護層厚度

受拉鋼筋與受壓區距離越遠，其承受的外部彎矩越大，鋼筋的力學效能越強，因此盡量讓受拉鋼筋靠近受拉測鋼筋混凝土構件邊緣，鋼筋保護層不能過大，以免影響鋼筋混凝土結構的承載力[3]。鐵在常溫環境中容易被氧化，尤其是在潮濕環境中，鋼筋混凝土結構保護層過小，受力時表面的混凝土剝落，其保護層失去保護功能，長此以往導致鋼筋銹蝕，力學效能降低，鋼筋與混凝土的粘結力喪失，嚴重的會導致整個鋼筋混凝土結構破壞，影響水運工程安全。

2.3 嚴把實體保護層質量關

認真做好圖紙會審工作，及時交流技術內容，依據實際情況及時確定實體保護層的厚度，迎水面實體保護層的厚度為5cm-10cm，依據圖紙要求綁扎鋼筋。注意鋼筋的翻樣工作，確保箍筋的翻樣尺寸，對于復雜的柱、梁交接處，及時對其進行放樣測量，科學設置各方向的主筋與副筋位置，避免鋼筋擠占實體保護層位置，防止露筋事件發生。認真做好模板工程的制作及安裝任務，技術人員堅持安全第一、質量為主的基本原則，要求模板尺寸精確、位置準確。檢查圖紙有無與實際不符的環節，嚴格按照圖紙要求綁扎鋼筋，有效保證鋼筋骨架各部分尺寸精確，將固定實體保護層墊塊作為水運工程建設中的重要環節，切實做到文明施工、安全施工，在混凝土澆筑操作中注意成品保護，監管人員發揮現場監督職能，認真檢查綁扎鋼筋的質量，禁止亂踩亂踏。規范操作，及時固定偏移的鋼筋，振動棒不得隨意觸及鋼筋骨架，嚴格把好實體保護層施工質量關[4]。

2.4 提高實體保護層結構強度

鋼筋與混凝土是水運工程中的結構實體，二者發揮著共同載荷的關鍵作用，鋼筋混凝土結構實體保護層確保整個結構的抗力強度。技術人員充分認識到實體保護層強度對水運工程質量的影響程度，積極提高安全意識，加強與管理人員的技術溝通，將提高鋼筋混凝土強度作為質量管理要點，有助于提高技術人員的責任意識，通過采取加固處理措施，有效提升鋼筋混凝土結構實體保護層的荷載承受力度，使鋼筋與混凝土可以正常工作[5]。

2.5 延長實體保護層壽命

水運工程的施工環境復雜，鋼筋和混凝土等施工材料長期處于水化狀態呈堿性，導致鋼筋混凝土結構實體保護層受到水侵蝕，從而縮短其使用壽命。為延長鋼筋混凝土結構實體保護層的使用年限，堅持執行巡查制度，認真落實崗位值班制，認真檢查水運工程鋼筋、混凝土等材料的使用情況，關注鋼筋混凝土結構實體保護層，及時發現腐蝕的鋼筋、混凝土，第一時間上報，確保鋼筋混凝土結構實體保護層腐蝕問題得到快速解決。延長保護層壽命的案例：某水運工程技術人員考慮到，增大實體保護層厚度是提高整體結構使用壽命最直接的方法，于是在施工圖紙上標明主筋保護層的厚度32cm，嚴格做好事前控制、事中檢查、事后反思。及時校正鋼筋的位置，保證鋼筋位置不偏移，分析保護層厚度對結構構件高度及承載力的影響，采用電化學保護法對鋼筋表面進行有效處理，延長保護層壽命。

3 水運工程鋼筋混凝土結構實體保護層的關鍵技術及具體過程

3.1 外加電流陰極保護技術的運用

外加電流陰極保護技術運用要點：陰極保護是防止鋼筋混凝土結構實體保護層腐蝕的主要技術之一，指的是將外加電流負極與被保護金屬相連，利用外部電源保護電流，該技術的優勢為：可以有效調控輸出電流，便于實現自動化監控，管理起來方便，系統使用壽命較長。陰極保護系統運行中，需要考慮這幾點因素：性能、安裝方法、造價、運作環境等，在鋼筋混凝土結構外添加電流進行陰極防護，該技術在水運工程鋼筋混凝土結構實體保護過程得到廣泛運用。外加電流陰極保護技術的運用過程：利用外加電流陰極保護系統在鋼筋混凝土結構外添加電流，同時借助柔性陽極設備保護電流，利用高硅鑄鐵輔助陽極系統實施陰極保護，將硅鐵陽極固定于鋼筋混凝土結構表面，覆蓋一層導電混凝土，使其發揮重要的安全防護作用。掌握外加電流陰極保護技術的操作要點，確保混凝土中所有的鋼筋都是電連通的，避免陰極、陽極短路，負電位極限為-1.10V（CSE），正確實施陰極保護[6]。

3.2 犧牲陽極陰極保護技術的運用

鋼筋混凝土結構實體保護中，技術人員及時增設犧牲陽極陰極保護裝置，該裝置呈網格狀，將該裝置與混凝土中的鋼筋電連接起來，形成犧牲陽極陰極保護系統，確保犧牲陽極保護技術的有效運用。砂漿水灰比配比為0.5:1，灰砂比配比為0.4:1，活性添加劑摻量為0.1/cm3，合成纖維摻量為0.2%，將犧牲陽極陰極保護裝置固定在鋼筋混凝土頂面、底面，在鋼筋混凝土結構鑿除一塊露出一小段鋼筋，在鋼筋上焊接陰極電纜，在網格狀陰極保護裝置上焊接陽極電纜，將鋼筋上的陰極電纜與犧牲陽極陰極保護裝置上的陽極電纜連接起來，焊接處進行密封防水處理，利用犧牲陽極陰極保護系統控制混凝土中鋼筋的腐蝕。為保證犧牲陽極保護技術的有效運用，技術人員還對該裝置進行優化設計，敷設活性砂漿之前還要進行以下操作：將鋼筋混凝土結構表面的金屬件、污物清除干凈；連接陰極電纜與陽極電纜時要利用接線盒進行連接，通過優化設計，使得犧牲陽極陰極保護系統使用起來更為便利，運行期間也不需要進行維護管理，可廣泛運用于水運工程鋼筋混凝土結構防腐處理工作[7]。

3.3 腐蝕防護技術的運用

3.3.1 腐蝕檢測

技術人員利用計算機系統、互聯網手段，對鋼筋混凝土結構實體保護層進行全面腐蝕檢測，通過獲取的腐蝕信息，采取有效的防腐處理措施，嚴格落實定期巡查制度，認真檢查混凝土、鋼筋、實體保護層的工作狀態，進行科學的局部檢測，及時對腐蝕部位進行快速補救，避免腐蝕范圍擴大。局部腐蝕檢測：比如某水運工程技術人員采用化學浸蝕法、物理檢驗法、電化學檢測、恒應變速率檢驗法等技術檢測局部腐蝕問題，電化學檢測環節，利用線性極化技術進行腐蝕檢測，依據腐蝕電化學理論，極化電流與過電位成正比，根據極化電阻計算出腐蝕電流，便于及時了解局部腐蝕程度，為局部防腐處理奠定基礎。電位梯度法檢測：利用電位圖技術及運用理論得到電位分布數據，采用單片機自動化測量裝置繪制電位圖，同時得到腐蝕速率，及時確定腐蝕區，得到精確的腐蝕數據；電位圖檢測技術：這是一種非破壞性的檢測手段，通過分析腐蝕程度、范圍，運用電位分布圖得到腐蝕區信息，利用極化作用得到混凝土結構特征，便于正確評價腐蝕程度，保證腐蝕檢測工作的實效性；交流阻抗檢測技術：采用靜態頻譜分析技術，依據外部施加的交流信號，快速得到鋼筋混凝土覆蓋層雙電層電容、混凝土電阻、鋼筋腐蝕速度、混凝土腐蝕機理等詳細信息，根據施加的交流信號判斷輸出信號與輸入信號之間的線性關系，充分借助交流阻抗譜技術理論判斷輸入信號與輸出信號之間的關系及該電極體系的性質。水運工程技術人員根據實際情況選用合適技術對鋼筋混凝土結構實體保護層進行腐蝕檢測，及時得到腐蝕區信息，有助于完善防腐技術。

3.3.2 全面防腐方法

為最大限度避免鋼筋混凝土結構實體保護層腐蝕，認真做好基本防護工作，混凝土保護層厚度適中，水灰比適當低，在混凝土表面涂抹緩蝕劑，同時采用陰極保護、電化學除氯等多種方法進行科學防護。利用環氧涂料提高結構的耐蝕性及機械性能，使其在水運工程鋼筋混凝土結構實體保護中發揮一定優勢。使用防水添加劑避免鋼筋外露、減少裂紋，使用復合型防腐涂料增強結構的耐蝕性，這種涂料的優點為：安全、無毒、無污染。將細微粒玻璃珠運用于水泥混凝土中，提高流動性、耐久性，有效降低水灰比，利用細微粒玻璃珠與水泥產生的水化反應放出碳酸鈣，由此生成磯石型水化物或硅酸鈣，便于發揮其抗鹽侵蝕性能[8]。

3.3.3 局部防腐方法

對于鋼筋腐蝕的情況，及時采取修補措施加強深層防護，例如某水運工程鋼筋混凝土結構實體保護層局部腐蝕問題檢測出來之后，技術人員對結構表面進行物理修補：打補丁法，將微腐蝕部位先鑿除，然后將鋼筋表面的部分銹蝕處理干凈，接著對鋼筋腐蝕部位進行氧化膜涂層，最后使用一定配比的砂漿將腐蝕部位抹平，同時在混凝土中添加緩蝕劑，待混凝土硬化后涂抹抗碳化涂料、滲透密封型涂料，有效提升鋼筋混凝土結構實體保護層的防腐性能。

3.3.4 腐蝕防護技術運用案例

水運工程技術人員仔細查看鋼筋混凝土結構實體保護層工作狀況，發現保護層部位鋼筋銹蝕，及時對其進行除銹處理：先鑿除脫落的混凝土保護層，使用丙酮清洗受油污的位置，繼而在這個位置涂上環氧樹脂，接著在鑿除的部位放置鍍鋅鋼絲網，與鋼筋進行點焊連接，最后使用細石混凝土進行局部修補。對于銹蝕嚴重的部位，先進行除銹處理，然后進行加固處理：鑿除銹蝕的混凝土保護層；梁底增設臨時支撐板，保護粘貼碳纖維；將失去強度的銹蝕鋼筋換掉后澆筑21cm厚HF混凝土，其強度達到C40F250，HF混凝土的砂率為0.36，外加劑摻量為0.025；植筋采用HRB400級熱軋帶肋鋼筋，植筋間距為0.4m，植筋直徑為16mm，鋼筋錨固長度為250mm，外露160mm，使用膠粘劑連接植筋，保留設計伸縮縫。

4 結語

綜上所述：為最大限度避免水運工程鋼筋混凝土結構實體保護層發生腐蝕情況，技術人員要嚴格遵守安全責任制，重視鋼筋混凝土結構實體保護層的功能及作用：確保鋼筋與混凝土可以共同工作、提升鋼筋混凝土結構的耐久性，加強腐蝕檢測，積極采用外加電流保護技術、犧牲陽極陰極保護技術，認真做好腐蝕防護工作，有效提升水運工程鋼筋混凝土結構實體保護層的承載力。