電廠混凝土碼頭腐蝕破壞調(diào)查

張 輝 李佳潤

(1.西南電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 610021；2.青島鋼研納克檢測防護(hù)技術(shù)有限公司，山東 青島 266071)

0 引言

該輸碼頭屬高樁梁板式結(jié)構(gòu)，位于廣東省湛江市赤坎區(qū)，屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，終年溫暖潮濕。碼頭設(shè)計(jì)靠泊能力5萬噸，碼頭部分基樁采用550×550的預(yù)應(yīng)力混凝土方樁，引橋部分基樁采用500×500的預(yù)應(yīng)力混凝土方樁，上部構(gòu)件有：樁帽270只、橫梁270根、縱梁80根、軌道梁88根(含懸臂端)、π型板293塊等。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，碼頭各樁、梁結(jié)構(gòu)均有不同程度的吐銹，有的甚至出現(xiàn)混凝土脫落，露出鋼筋，針對這一腐蝕問題，我們展開了腐蝕破壞調(diào)查工作，以期為碼頭安全性評估提供腐蝕方面的參考意見?，F(xiàn)場典型銹蝕形貌如圖1所示。

圖1 碼頭典型銹蝕形貌

1 調(diào)查工作

本次調(diào)查進(jìn)行了全面腐蝕狀況調(diào)查和對33～35排架的專項(xiàng)調(diào)查。專項(xiàng)調(diào)查著重對該排架內(nèi)兩跨的上部構(gòu)件從混凝土強(qiáng)度、碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度、鋼筋半電池電位、氯離子遷移深度等各角度進(jìn)行。

1.1 混凝土強(qiáng)度檢測

1.1.1 回彈法測混凝土強(qiáng)度

回彈儀是用于無損檢測結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度的一種儀器。其原理是用彈簧驅(qū)動(dòng)彈擊錘，并通過彈擊桿彈擊混凝土表面時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)彈性變形的恢復(fù)力，使彈擊錘帶動(dòng)指針指示出彈回的距離?；貜椫?彈回的距離與沖擊前彈擊錘至彈擊桿的距離之比，按百分比計(jì)算)作為混凝土抗壓強(qiáng)度相關(guān)的指標(biāo)之一。每個(gè)測區(qū)均勻分布彈擊16個(gè)回彈測點(diǎn)，剔除3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，以剩下的10個(gè)回彈值的平均值作為該測區(qū)的回彈測量值。

1.1.2 鉆芯法[1]

鉆芯法是一種半破損的混凝土強(qiáng)度檢測方法，它通過在結(jié)構(gòu)物上鉆取芯樣并在壓力試驗(yàn)機(jī)上試壓得到被測結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度值。該方法結(jié)果準(zhǔn)確、直觀，但對結(jié)構(gòu)有局部損壞。

在實(shí)驗(yàn)室中將芯樣切割成Φ100×100的試樣，根據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50081-2002》中的“附錄B 圓柱體試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)”進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

1.2 碳化深度測試

采用小型沖擊鉆在構(gòu)件表面打孔，孔的邊緣位置可適當(dāng)加寬，清理干凈孔壁上的混凝土粉末，立即使用小型噴霧器將少量1%的酚酞乙醇溶液(含20%蒸餾水)噴灑在混凝土孔的內(nèi)外表面，觀察混凝土變色部分與未變色部分的交界處，此交界處到混凝土表面的距離即為混凝土的碳化深度測量值[2]。使用游標(biāo)卡尺測量，每個(gè)測量孔測量三個(gè)碳化深度值，測量值的算術(shù)平均值作為該處混凝土的碳化深度值，同時(shí)記錄最大碳化深度；測量時(shí)應(yīng)避開粗骨料顆粒。碳化深度測量精確至0.5mm。

1.3 鋼筋保護(hù)層厚度

選擇不同標(biāo)高的各類混凝土構(gòu)件測量保護(hù)層厚度。本次調(diào)查共選取10根橫梁、14根軌道梁、18只樁帽、7根縱梁以及8根預(yù)應(yīng)力方樁進(jìn)行檢測，在每根鋼筋的典型部位分別測量3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)之間的距離應(yīng)大于20cm，取算術(shù)平均值為保護(hù)層厚度測量值。

1.4 半電池電位和混凝土電阻率

選取不同類型的混凝土構(gòu)件進(jìn)行鋼筋半電池電位和混凝土電阻率測量。

1.4.1 采用鋼筋銹蝕分析儀進(jìn)行半電池電位測量，測量方法如下[3]：

(1)以網(wǎng)格形式在構(gòu)件表面布置測點(diǎn)。一般測點(diǎn)的縱橫間距為100～300mm，當(dāng)相鄰兩點(diǎn)的測量值之差超過150mV時(shí)，應(yīng)適當(dāng)縮小測點(diǎn)間距，但測點(diǎn)之間一般應(yīng)保持不小于100mV的讀數(shù)差。

(2)測量前向待測定區(qū)域的混凝土表面噴水預(yù)濕，以確保測量值的穩(wěn)定。

(3)在待測混凝土區(qū)域，鑿除混凝土保護(hù)層，露出一根待測鋼筋，用砂紙打磨除銹直至露出金屬光澤。用鋼筋銹蝕分析儀的正極夾頭連接已除銹鋼筋，確保連接良好。

(4)鋼筋銹蝕分析儀負(fù)極連接銅－硫酸銅參比電極。

(5)將硫酸銅參比電極垂直放置在各測點(diǎn)處，記錄儀器儀表顯示數(shù)值。讀數(shù)時(shí)，測量讀數(shù)應(yīng)不隨時(shí)間變化或者擺動(dòng)，5分鐘內(nèi)電位讀數(shù)變化應(yīng)在±20mV以內(nèi)，否則要重新預(yù)濕混凝土表面進(jìn)行測量。

1.4.2 RESI型混凝土電阻率測定儀測混凝土電阻率

混凝土電阻率采用四電極阻抗測量法測定，即在混凝土表面等間距接觸四支電極，兩外側(cè)電極為電流電極，兩內(nèi)側(cè)電極為電壓電極，通過檢測兩電壓電極間的混凝土阻抗獲得混凝土電阻率ρ。

1.5 氯離子滲透情況

選擇不同類型構(gòu)件，進(jìn)行取樣分析。

使用鉆頭直徑為20mm的沖擊鉆分層鉆取混凝土粉樣。分5層取樣，每層的取樣深度分別為0～10mm、10～30mm、30～50mm、50～70mm、70～90mm。鉆粉取樣時(shí)，沖擊鉆應(yīng)保持方向穩(wěn)定，減少晃動(dòng)，以免帶出外層粉樣；每層取樣完畢應(yīng)仔細(xì)清理干凈孔壁，保證下次鉆取的粉樣不受前一層粉樣的影響，以盡量減少測量偏差;混凝土中的氯離子濃度分布數(shù)據(jù)分別采用總氯離子濃度和水溶性氯離子濃度表示，參照《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ270－98)的相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行。

2 調(diào)查結(jié)果及分析

2.1 混凝土強(qiáng)度

抽樣軌道梁的檢測結(jié)果如表1所示：

表1 軌道梁混凝土強(qiáng)度結(jié)果

表2 軌道梁鋼筋保護(hù)層厚度測量結(jié)果

從調(diào)查結(jié)果可知，混凝土強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 碳化深度

現(xiàn)場檢測結(jié)果表明，碼頭部分橫梁大部分碳化深度在0～1mm之間，新碼頭部分橫梁碳化深度在3～5mm之間；軌道梁碳化深度在0～4mm之間；樁帽碳化深度在0～1mm之間；預(yù)應(yīng)力方樁的碳化深度在0～1mm之間；縱梁(π型板)的碳化深度在3.5～8mm之間。碳化深度遠(yuǎn)小于混凝土保護(hù)層厚度，說明碳化并非是鋼筋發(fā)生銹蝕的主要原因。

2.3 鋼筋保護(hù)層厚度

軌道梁鋼筋表面保護(hù)層厚度如表2所示。

所測構(gòu)件保護(hù)層厚度的平均值基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)，部分構(gòu)件(圓筒護(hù)堤等)腐蝕破損嚴(yán)重的部位保護(hù)層僅幾個(gè)毫米。

2.4 半電池電位和混凝土電阻率

2.4.1 抽樣軌道梁半電池電位圖如圖2所示。

碼頭部分，在設(shè)計(jì)高水位附近(+4.75m左右)樁帽、橫梁、軌道梁的鋼筋半電池電位已負(fù)于-350mV，根據(jù)ASTM C—876標(biāo)準(zhǔn)，說明鋼筋已具有90%的腐蝕概率。

圖2 34-35排架軌道梁1西側(cè)面鋼筋半電池電位圖(vs.CSE/mV)

2.4.2 抽樣軌道梁混凝土電阻率測量結(jié)果如表3所示。

對比鋼筋半電池電位檢測結(jié)果，銹蝕概率為90%的區(qū)域，其混凝土電阻率均小于50 kΩ·cm，根據(jù)國標(biāo)《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50344-2004附錄D“混凝土中鋼筋銹蝕狀態(tài)的檢測”中混凝土電阻率與鋼筋銹蝕狀態(tài)判別規(guī)定，說明其內(nèi)鋼筋若發(fā)生腐蝕將具有中到高的腐蝕速率，應(yīng)盡快采取相關(guān)措施阻止或延緩鋼筋的腐蝕。

2.5 氯離子滲透情況[4]

抽樣氯離子滲透情況如表4所示。

結(jié)果表明，表層氯離子含量較高，向混凝土內(nèi)部依次遞減。少部分表層氯離子含量低于內(nèi)部氯離子含量的反常情形，可能與所取的混凝土粉樣中砂石骨料分布不均有關(guān)。同一類構(gòu)件不同標(biāo)高取樣位置對比發(fā)現(xiàn)，一般標(biāo)高越低氯離子含量越高?？v梁由于其標(biāo)高較高，幾乎未遭受氯鹽腐蝕。

表3 34-35排架軌道梁1西側(cè)面電阻率/kΩ·cm

表4 軌道梁氯離子含量檢測結(jié)果

3 結(jié)論及修復(fù)建議

通過對碼頭進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查與室內(nèi)氯離子含量分析統(tǒng)計(jì)可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)混凝土強(qiáng)度能滿足設(shè)計(jì)要求。

(2)碳化深度較淺，對鋼筋銹蝕無影響。

(3)鋼筋保護(hù)層厚度基本滿足設(shè)計(jì)要求，但存在因施工缺陷不達(dá)標(biāo)的構(gòu)件。

(4)結(jié)合活化狀態(tài)及混凝土電阻率測量結(jié)果，樁帽、軌道梁下部等標(biāo)高較低的區(qū)域已經(jīng)發(fā)生腐蝕具有中到高的腐蝕速率，應(yīng)盡快采取相關(guān)措施阻止或延緩鋼筋的腐蝕。

(5)隨著標(biāo)高的增大，氯離子含量逐漸降低。發(fā)生吐銹的混凝土，氯離子已滲透至鋼筋表面，是引起銹蝕的主要原因。

綜合上述調(diào)查結(jié)論，提出修復(fù)建議如下：

(1)維修加固各類腐蝕破損的構(gòu)件，尤其對已廣泛遭受氯離子侵蝕的上部構(gòu)件，建議采用電化學(xué)脫鹽等電化學(xué)處理措施。

(2)定期對碼頭進(jìn)行降坡清淤。

(3)對碼頭的附屬設(shè)施采取必要的維修防護(hù)，對不能繼續(xù)使用的及時(shí)更換。

(4)對于吊機(jī)正常工作，停留區(qū)域內(nèi)的π型板進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，對拖輪碼頭段沉箱進(jìn)行位移和沉降監(jiān)測。

(5)對護(hù)岸薄殼圓筒露砂情況請相關(guān)專家進(jìn)行調(diào)查分析。

[1]建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn). GB/T 50344-2004[S].

[2]范衛(wèi)國, 李森林. 寧波地區(qū)海工工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性調(diào)查報(bào)告[R]. 南京: 南京水利科學(xué)研究院, 2008.

[3]李森林, 范衛(wèi)國. 寧波港北侖股份有限公司礦石碼頭1#、3#與4#泊位檢測報(bào)告[R]. 南京: 南京水利科學(xué)研究院, 2007.

[4]Tritthart J, Pettersson K, et al. Electrochemical removal of chloride from hardened cement paste[J]. Cement and Concrete Research,1993,(23): 1095-1104.