海洋環(huán)境下的混凝土加勁梁自錨式懸索橋防腐設(shè)計

劉鵬飛

摘要：從海洋環(huán)境對混凝土的破壞作用出發(fā)，對其產(chǎn)生的原因進行分析，并結(jié)合實際案例，提出海洋環(huán)境下的混凝土加勁梁自錨式懸索橋防腐設(shè)計方案。跨海大橋作為交通運輸網(wǎng)絡(luò)中的重要載體，對于完善交通體系，促進經(jīng)濟和社會發(fā)展，具有重要的意義。由于跨海大橋的建設(shè)環(huán)境較為惡劣，嚴(yán)重的鹽霧環(huán)境對橋梁結(jié)構(gòu)的腐蝕作用，成為了跨海橋梁建設(shè)工程中不可回避的一項課題。本文以唐山灣三島跨海大橋工程為案例，針對混凝土加勁梁自錨式懸索橋的防腐設(shè)計方案進行探討。

【關(guān)鍵詞】：自錨式，懸索橋，防腐，海洋環(huán)境

1.海洋環(huán)境腐蝕作用分析

混凝土的pH值通常在12-13之間，其堿性介質(zhì)使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，從而形成了一道致密的鈍化膜，對鋼筋有良好的保護作用。而在海洋環(huán)境作用下，混凝土中的堿性環(huán)境受到破壞，趨于中性，當(dāng)pH值降低到一定程度后，這道致密的鈍化膜將受到破壞，從而引起了鋼筋的銹蝕。當(dāng)混凝土內(nèi)的附近部分發(fā)生銹蝕后，腐蝕后的鐵基體作為陽極，與鈍化膜所代表的陰極形成電位差，為電化學(xué)腐蝕營造了環(huán)境，加劇了鋼筋的腐蝕速度，鋼筋銹蝕體積不斷膨脹，從而引起了混凝土的開裂。

海洋環(huán)境對跨海大橋的腐蝕作用主要體現(xiàn)在鋼筋銹蝕、凍害、混凝土碳化、結(jié)晶壓力等幾個方面;此外，流水、波浪侵襲力、船舶及漂浮物撞擊一方面對混凝土造成了磨損與沖刷，另一方面加劇了腐蝕介質(zhì)的滲透，為海洋環(huán)境對混凝土的腐蝕創(chuàng)造了便利條件。

2.案例項目概況

唐山灣三島跨海大橋工程位于河北省唐山市東南部濱海，主橋采用混凝土獨塔自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)，主跨168m，主橋全長330.3m。

3.唐山灣三島跨海大橋防腐設(shè)計

3.1自然條件

針對上述海洋環(huán)境腐蝕作用的各種類型，在本工程防腐設(shè)計開展前，首先依據(jù)項目地勘資料，對工程所處區(qū)域的自然條件進行了分析。

跨海大橋位于河北省唐山市樂亭縣海港開發(fā)區(qū)濱海潮間帶上，近場區(qū)內(nèi)冀東平原大部屬濱海平原區(qū)。地勢總體北高南低，微向渤海傾斜。濱海平原是河流與海洋相互作用的結(jié)果，標(biāo)高在1.2～3.4m左右，地勢平坦，坡度一般為0.2‰。區(qū)內(nèi)為極淺海區(qū)，水深大部分在10m以下，至近場區(qū)東南緣水深近30m左右。橋址區(qū)域地表水為海水，水位隨潮汐而變化。海水在高潮和低潮時的水質(zhì)基本一致;結(jié)晶類型為中等腐蝕、分解類無腐蝕、結(jié)晶分解復(fù)合類為強腐蝕。因此該區(qū)域海水對混凝土的腐蝕性等級綜合評定為強腐蝕。橋址海域潮汐為不規(guī)則半日潮，最高高潮位為2.91m，最低低潮位為-1.39m，平均高潮位為1.69m。

3.2防腐設(shè)計總體思路

為確保本工程橋梁使用壽命100年的目標(biāo)，防腐方案的制定參照和借鑒了許多國內(nèi)外的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程及案例。根據(jù)橋址區(qū)域海水對混凝土具有強腐蝕的特點，分別對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋及纜索系統(tǒng)進行防腐處理。

根據(jù)橋址海域潮位情況，并結(jié)合《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，本大橋環(huán)境分區(qū)的劃分為：大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動區(qū)、水下區(qū)。針對不同分區(qū)，提出了不同的防腐措施，具體如下：（1）對水下區(qū)、水位變動區(qū)、浪濺區(qū)和大氣區(qū)的混凝土表面進行涂層保護處理。（2）對水下區(qū)、水位變動區(qū)混凝土構(gòu)件鋼筋添加阻銹劑處理。（3）對浪濺區(qū)混凝土構(gòu)件鋼筋添加環(huán)氧涂層處理。（4）承臺鋼筋保護層厚度不得小于90mm;橋塔及橋墩墩墩身鋼筋保護層厚度不得小于65mm。（5）對樁基鋼護筒進行保留處理，將施工用鋼護筒作為鉆孔灌注樁樁的一道防腐蝕措施而進行保留，鋼護筒外表面采用涂鋅處理。鋼護筒的壁厚為22mm，鋼護筒在水下區(qū)可使用近70年，疊加涂層防護后，使用壽命預(yù)計可達近90年。（6）樁基鋼筋保護層厚度不得小于75mm。（7）箱梁鋼筋凈保護層厚度不得小于50mm。

3.3混凝土涂裝方案

3.3.1水下區(qū)、水位變動區(qū)、浪濺區(qū)混凝土表面涂裝方案。水下區(qū)混凝土涂層體系應(yīng)由底層、面層配套涂料涂膜組成，總干膜平均厚度為500μm。涂層體系詳表1。

水位變動區(qū)和浪濺區(qū)混凝土涂層體系應(yīng)由底層、中間層和面層配套涂料涂膜組成，總干膜平均厚度為440μm。涂層體系詳表2。

3.3.2大氣區(qū)混凝土表面涂裝。大氣區(qū)混凝土表面涂層體系應(yīng)由底層、中間層和面層等配套涂料涂膜組成，總干膜平均厚度310μm。涂層體系詳表3。

3.4鋼筋阻銹劑方案

為保證橋梁使用壽命，延緩鋼筋銹蝕，對水下區(qū)、水位變動區(qū)混凝土構(gòu)件鋼筋添加阻銹劑處理，阻銹劑的摻量應(yīng)通過試驗確定。海工耐久混凝土中的阻銹劑可與聯(lián)合表面涂層、硅烷浸漬等使用，具有疊加保護效果。

3.5鋼筋環(huán)氧涂層方案

大量的理論及實驗證明，環(huán)氧涂層鋼筋有很好的耐蝕性，可大大提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。本工程中，對浪濺區(qū)混凝土構(gòu)件鋼筋添加環(huán)氧涂層處理。但與無涂層鋼筋相比，環(huán)氧涂層鋼筋可使鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)強度下降20%，故需對受拉鋼筋的綁扎搭接長度、裂縫及剛度的計算要求進行相應(yīng)的提高。

3.6纜索系統(tǒng)結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計

3.6.1主纜防腐涂裝。主纜的防腐涂裝施工在橋面附屬設(shè)施竣工后進行，具體順序如下：主纜的捆扎鋼帶及外層纖維捆扎帶的逐段拆除由低端開始，然后對主纜表面進行清洗;之后在主纜表面刷涂一道磷化底漆，干膜厚度10μm;然后不干性嵌縫防護膩子涂覆（3500μm）。纏絲后清除表面的防護膩子，刷涂一道磷化底漆，干膜厚度10μm;然后涂裝環(huán)氧云鐵底漆，干膜厚度80μm;刮涂密封劑（2500μm），采用密封劑對索夾端口嵌縫;涂裝聚氨脂面漆（180μm）;最后在主纜頂面（30cm范圍）復(fù)涂聚氨脂面漆防滑涂層。

3.6.2主索鞍、散索鞍防腐涂裝。主索鞍及散索鞍槽內(nèi)加工表面、各隔板全部表面、索槽表面按Sa3.0級噴砂處理后，進行噴鋅處理，鋅層厚度≥200μm。未加工的表面需采用噴砂處理，清除污垢、銹層、氧化皮后，涂無機富鋅底漆、面漆各兩道。加工表面應(yīng)采用涂脂防銹處理。

3.6.3索夾、纜套防腐涂裝。索夾及纜套內(nèi)、外表面的防腐涂裝應(yīng)按表4的要求進行。其他鋼制緊固件的表面面漆與索夾外表面相同。

4.結(jié)束語

本文通過對海洋環(huán)境對混凝土的腐蝕作用進行分析，在明確病害產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，依托唐山灣三島跨海大橋工程，有針對性的提出了解決方案。設(shè)計方案中，對大橋環(huán)境分區(qū)進行劃分，并針對不同的分區(qū)提出不同的防腐體系及措施，同時針對自錨式懸索橋的纜索系統(tǒng)提出了相應(yīng)的防腐涂裝方案，對于今后同等環(huán)境下同類型橋梁的防腐設(shè)計及施工具有一定的參考價值。

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