硅烷浸漬在某濱海核電廠泵房中的應(yīng)用

摘要：海洋環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)比正常環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境更惡劣，耐久性及防腐蝕設(shè)計非常重要。文章闡述了硅烷浸漬技術(shù)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(yīng)用，研究了硅烷浸漬處理效果的影響因素，總結(jié)了硅烷浸漬技術(shù)的優(yōu)點，提出了提高混凝土防腐蝕的其他措施。

關(guān)鍵詞：硅烷浸漬；核電廠；防腐蝕設(shè)計；泵房；海洋環(huán)境；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 文獻標(biāo)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(jīng)濟的快速發(fā)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(huán)境的污染嚴(yán)重，與此同時人們越來越重視環(huán)境影響和氣候變化，而核電作為可大力發(fā)展的清潔、安全、可靠的能源，將在我國的能源結(jié)構(gòu)當(dāng)中扮演越來越大的作用。根據(jù)國家《核電中長期發(fā)展規(guī)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(zhǔn)建設(shè)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(gòu)筑物的耐久性問題。

我國某濱海核電廠二期工程采用國內(nèi)自主三代核電技術(shù)設(shè)計，規(guī)劃建設(shè)兩臺機組，每臺機組有三座供水泵房，分別為一座循環(huán)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(guān)系統(tǒng)供應(yīng)海水。循環(huán)水泵房向循環(huán)水系統(tǒng)、輔助冷卻水系統(tǒng)、鼓網(wǎng)沖洗水系統(tǒng)提供冷卻用海水，向循環(huán)水處理系統(tǒng)提供生產(chǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)，部分位于水下區(qū)及水位變動區(qū)，而海水環(huán)境對鋼筋混凝土有較強的腐蝕作用。本泵房的設(shè)計使用壽命為60年，為延緩泵房壽期內(nèi)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕，須對水下及水位變動區(qū)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(yōu)異的方法，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外各種海工工程，如港珠澳大橋預(yù)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(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)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(shù)防腐蝕基本原理

眾所周知，水分和有害物質(zhì)的侵入是引起混凝土結(jié)構(gòu)破壞的必要條件，而海水環(huán)境中的氯離子是引起鋼筋銹蝕的最主要原因，混凝土內(nèi)部由于存在毛細(xì)孔，海水環(huán)境中的氯離子會通過這些毛細(xì)孔滲入和擴散到混凝土內(nèi)部，當(dāng)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(dǎo)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(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫、剝落和強度降低。

硅烷浸漬是利用硅烷活性物質(zhì)與混凝土基材中的堿性物質(zhì)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(nèi)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(nèi)部的水分蒸發(fā)又能阻止外界的水滲入混凝土內(nèi)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(jié)構(gòu)防腐蝕設(shè)計

由于該濱海核電廠各海水泵房所處環(huán)境完全相同，所以防腐設(shè)計要求均一致，水位變動區(qū)及水下臨水側(cè)混凝土表面均噴涂硅烷，相關(guān)技術(shù)要求如下：

2.1 混凝土技術(shù)要求

泵房中混凝土所處環(huán)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(shù)指標(biāo)如下：

（1）水下區(qū)混凝土強度等級C45，最大水膠比0.40，抗?jié)B等級采用W10，抗氯離子侵入性指標(biāo)DRCM≤7（10-12m2/s）；（2）水位變動區(qū)混凝土強度等級C55，最大水膠比0.36，抗?jié)B等級采用W8，抗氯離子侵入性指標(biāo)DRCM≤4（10-12m2/s）；（3）大氣區(qū)混凝土強度等級C55，最大水膠比0.36，抗?jié)B等級采用W8，抗氯離子侵入性指標(biāo)DRCM≤4（10-12m2/s）；（4）混凝土中均應(yīng)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(shù)要求

為了能夠達到較好的防腐蝕效果，根據(jù)規(guī)范要求及經(jīng)驗，本泵房采用的硅烷浸漬技術(shù)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(yīng)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(yīng)為100%，不得以溶劑或其他液體稀釋。

2.3 質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)

為了對硅烷浸漬的處理效果量化評估，硅烷浸漬質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：（1）對強度等級不大于C45的混凝土，浸漬深度應(yīng)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(yīng)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(xiàn)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(nèi)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(yīng)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(jié)施工時應(yīng)加熱混凝土表面并做好保溫措施。

4 硅烷浸漬的優(yōu)點

與其他防腐蝕方法相比，硅烷浸漬具有如下優(yōu)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(chǎn)品，安全環(huán)保，無毒無污染；（5）檢測及驗收標(biāo)準(zhǔn)明確，可操作性強，施工質(zhì)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(shù)以外，提高混凝土的抗腐蝕能力措施還有很多，可根據(jù)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(yōu)質(zhì)水泥、級配良好的骨料以及高品質(zhì)的摻合料如優(yōu)質(zhì)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(huán)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(nèi)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(zhì)量，如采用優(yōu)質(zhì)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(yǎng)護等。

參考文獻

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作者簡介：黃小俊（1985-），男，江西撫州人，深圳中廣核工程設(shè)計有限公司水工結(jié)構(gòu)設(shè)計師，碩士，研究方向：水工結(jié)構(gòu)工程。

（責(zé)任編輯：蔣建華）