闡述防腐材料在跨海特大橋耐久性的應(yīng)用
2017-06-05
通?？绾４髽蚬こ桃?guī)模極大，并且其所處地區(qū)的氣象及水文和地形，加上各類地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜，跨海大橋在服役期之內(nèi)會(huì)受到氯化物質(zhì)及炎熱和潮濕與海水流速等各個(gè)方面的影響。國(guó)內(nèi)跨海大橋數(shù)量及規(guī)模逐年劇增，其中不乏有橋梁開(kāi)始暴露出缺陷，或者是某些橋梁建設(shè)并未達(dá)到設(shè)計(jì)使用期限，則耐久性就開(kāi)始退化或出現(xiàn)更大的毀滅性的事故，導(dǎo)致極大的經(jīng)濟(jì)損失。
1常見(jiàn)防腐層特征
熔接環(huán)氧粉末防腐層，此類防腐層具備很強(qiáng)的附著力，低陰極剝離值及偏低的抗沖擊性，其吸水性偏低，通常溫度上升時(shí)則單層熔接環(huán)氧粉末附著力或者是陰極剝離提升表現(xiàn)非常明顯，雙層熔接環(huán)氧粉末防腐層通常在高溫下性能則會(huì)更優(yōu)良，并且其吸水率也是會(huì)持續(xù)提升，不過(guò)這也是在可以接受的范圍之內(nèi)，由于防腐層吸水率偏高則不會(huì)對(duì)屏蔽陰極保護(hù)電流；膠帶防腐劑，該類防腐劑具備更高的抗沖擊性且吸水率偏低，偏高的陰極剝離，適當(dāng)?shù)母街?，高溫環(huán)境下（60℃）則會(huì)導(dǎo)致陰極剝離高于規(guī)范，以致不能正常應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)土壤應(yīng)力試驗(yàn)時(shí)則膠帶土壤應(yīng)力性能不高，土壤應(yīng)力條件下不應(yīng)該使用此類方式，高溫沙漠區(qū)域也不應(yīng)運(yùn)用；多層結(jié)構(gòu)防腐層，該類防腐層具備更高附著力以及抗沖擊性，陰極剝離值偏低，并且吸水率偏低，通過(guò)熱水浸泡會(huì)展現(xiàn)出更好的性能且在浸泡之后還可以保持良好的附著力；環(huán)氧煤瀝青，此類防腐劑具備較高的附著力及抗沖擊性偏低，抗陰極剝離能力較高且吸水率偏低，通過(guò)熱水浸泡之后性能還是保持較好，不過(guò)在進(jìn)行試驗(yàn)的過(guò)程中不能體現(xiàn)出來(lái)，比如固化時(shí)間偏長(zhǎng)且針孔較多，而且面積電阻不高；聚氨酯，此類防腐劑具備更好的抗沖擊性及偏低的附著性，陰極剝離率偏高且吸水率偏低，經(jīng)過(guò)熱水浸泡之后性能偏差；擠塑聚乙烯，該類防腐劑有著更好的附著力及抗沖擊性，吸水率偏低則經(jīng)過(guò)熱水浸泡之后能力偏差，陰極剝離值在可以接受的范圍之內(nèi)。
2橋梁結(jié)構(gòu)腐蝕機(jī)理
2.1鋼筋銹蝕
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)方面最關(guān)鍵的就是鋼筋出現(xiàn)銹蝕。出現(xiàn)鋼筋銹蝕的主要環(huán)境是鋼筋表面鈍化膜被破壞，再加上并未有適應(yīng)的潮濕環(huán)境及通氧策略?；炷林械匿摻钿P蝕屬于電化學(xué)過(guò)程，其電化學(xué)腐蝕反應(yīng)式是：
腐蝕產(chǎn)物Fe（OH）2體積增加2至4倍則所產(chǎn)生的膨脹力導(dǎo)致鋼筋周邊混凝土出現(xiàn)脹裂現(xiàn)象，從而損壞了混凝土保護(hù)層，并加快鋼筋銹蝕現(xiàn)象。質(zhì)量較好的混凝土孔隙液有著極高的堿性，pH值是在12至14范圍之內(nèi)。鋼筋會(huì)在該類高堿性環(huán)境之下出現(xiàn)反應(yīng)，并且生成非常密實(shí)的鈍化膜，鈍化膜能夠充分保護(hù)鋼筋繼續(xù)遭受侵蝕。海水條件下混凝土中鋼筋表面鈍化膜出現(xiàn)損壞通常是由于：
第一，混凝土碳化。混凝土屬于多孔體則長(zhǎng)時(shí)間處于濕度較高的環(huán)境下，空氣中二氧化碳及混凝土孔隙液間堿度減低。通常在pH值小于11時(shí)則鈍化膜會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)也就對(duì)鋼筋沒(méi)有了保護(hù)作用；
第二，氯離子侵入。通常氯離子滲進(jìn)鋼筋周邊以形成臨界濃度時(shí)則就破壞了鋼筋鈍化膜，同時(shí)也沒(méi)有了對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。通常在有著適應(yīng)濕度及通氧環(huán)境下則鋼筋會(huì)出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。如圖1所示，氯離子密度及時(shí)間關(guān)系曲線簡(jiǎn)視圖。
2.2混凝土腐蝕
水泥是經(jīng)由硅酸三鈣及硅酸二鈣，再加上鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣等所構(gòu)成。水泥在出現(xiàn)水化之后主要生成物質(zhì)為凝膠，即水化硅酸鈣及水化鐵酸鈣、晶體，即氫氧化鈣和水化鋁酸鈣及水化硫酸鈣。通常氫氧化鈣和海水中的鎂鹽及氧化硫出現(xiàn)反應(yīng)。最終的反應(yīng)生成物為CaSO4及CaCL2，這兩類物質(zhì)均是極易被溶解的物質(zhì)，海水中含有的NaCL更是會(huì)強(qiáng)化其間溶解程度，進(jìn)而阻礙其形成結(jié)晶。并且，NaCL會(huì)同時(shí)提升Mg（OH）2及Ca（O）2溶解程度，最終把它們?nèi)拷鲆灾禄炷量紫堵食掷m(xù)提升且整體結(jié)構(gòu)弱化。
3防腐材料在跨海特大橋耐久性的應(yīng)用分析
海水條件對(duì)跨海特大橋各個(gè)結(jié)構(gòu)耐久性有著極大影響，主跨橋墩承臺(tái)頂部到浪濺位置影響更大。具體來(lái)講，諸多海洋工程各方面調(diào)查結(jié)果顯示，浪濺位置的墩臺(tái)通常會(huì)嚴(yán)重遭受腐蝕。通常海洋工程要求浪濺位置構(gòu)件運(yùn)用較高性能混凝土，或者是共同使用特殊性防腐策略。不過(guò)橋墩出現(xiàn)的裂紋或者是船舶撞傷等各方面因素均會(huì)影響到橋梁耐久性。因此通常主橋是連續(xù)性鋼結(jié)構(gòu)方案，則梁部和墩與主要基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)傷力互相影響。應(yīng)該持續(xù)增強(qiáng)對(duì)于主跨墩身方面的防護(hù)，這也是確保橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)用耐久性的關(guān)鍵問(wèn)題。
3.1雙摻防腐高性能混凝土
混凝土可謂是橋梁架構(gòu)關(guān)鍵材料，實(shí)際上是屬于多孔體，混凝土的內(nèi)部鋼筋也就不可以結(jié)對(duì)性的和外部隔離開(kāi)。海洋條件下水位變化范圍之內(nèi)的對(duì)應(yīng)墩身，極易產(chǎn)生鋼筋銹蝕?？諝鈫?wèn)的二氧化碳及氯離子均是會(huì)經(jīng)過(guò)混凝土內(nèi)部孔道進(jìn)行鋼筋腐蝕。按照早期某跨海橋梁所進(jìn)行的混凝土分析研究和運(yùn)用狀況，加強(qiáng)保護(hù)層混凝土密實(shí)性及延長(zhǎng)侵蝕性介質(zhì)滲進(jìn)鋼筋表面試件，這也是充分推遲鋼筋出現(xiàn)銹蝕的有效途徑之一。使用雙摻防腐高性能混凝土能夠適應(yīng)于高強(qiáng)度要求，并且可以充分提升混凝土密實(shí)性和抗?jié)B性，從而有效延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)耐久性最終目的。配置雙摻防腐高性能混凝土均是普通硅酸鹽水泥摻進(jìn)適宜比例優(yōu)質(zhì)粉煤灰及減水方面的成分。實(shí)際配合比例是要成分結(jié)合所選用的水泥及減水方面外加劑類型，加上砂石狀況和施工方案等幾個(gè)方面進(jìn)行試驗(yàn)確定。使用雙摻防腐高性能混凝土能夠有效確保橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)用耐久性。
3.2增加結(jié)構(gòu)混凝土保護(hù)層厚度
鋼筋保護(hù)厚度一般均是保持在3至5厘米。海水侵蝕范圍之內(nèi)增加保護(hù)厚度來(lái)充分延長(zhǎng)侵蝕性介質(zhì)滲進(jìn)至鋼筋表面距離，從而延遲由于鋼筋銹蝕而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞事件。有效控制墩身截面的尺寸以降低溫度附加力對(duì)于主橋梁產(chǎn)生的各方面影響，再者就是保護(hù)層的厚度應(yīng)該適宜，偏大時(shí)則不易于裂縫寬度控制，因此主橋梁的墩身不應(yīng)該運(yùn)用偏厚的保護(hù)層。主墩保護(hù)層厚度通常是使用6.5厘米，對(duì)于墩身防撞系統(tǒng)通常是運(yùn)用加厚保護(hù)層方案。
3.3墩身使用環(huán)氧涂層鋼筋
鋼筋表面環(huán)氧樹(shù)脂能夠有效阻隔氯離子接觸鋼筋本體，從而實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)壽命。按照西方國(guó)家對(duì)于環(huán)氧涂層鋼筋抗腐蝕分析及探究和應(yīng)用表面，通常質(zhì)量較好的環(huán)氧涂層鋼筋比普通的鋼筋結(jié)構(gòu)使用壽命長(zhǎng)，可以延長(zhǎng)17至20年。
3.4墩身防撞系統(tǒng)
跨海特大橋通常皆會(huì)存在撞橋墩事件，一般的通航標(biāo)準(zhǔn)要求是設(shè)定橋梁航標(biāo)以及水面浮動(dòng)導(dǎo)航標(biāo)志，并且運(yùn)用適宜的墩身防撞系統(tǒng)也是非常必要的，有助于延長(zhǎng)橋墩運(yùn)用時(shí)間。常見(jiàn)的橋墩防撞策略是人工筑島或者是群樁圍護(hù)和效能型護(hù)桶等策略。
3.5計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)
盡管設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)考慮到各類防腐策略，但是具體結(jié)構(gòu)應(yīng)用時(shí)則總是會(huì)存在某些不足。運(yùn)用時(shí)期養(yǎng)護(hù)維修工作直接關(guān)系著橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)用期限。因?yàn)榫S修工程成本偏大及控制維修費(fèi)用，加上強(qiáng)化養(yǎng)護(hù)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)運(yùn)用期限更是矛盾的。因此適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)維修有助于工程資費(fèi)節(jié)省，采用計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)來(lái)構(gòu)建主橋墩臨時(shí)性在線健康檢測(cè)體系可謂是非常有效的途徑。通過(guò)全方位檢測(cè)及獲得的檢測(cè)結(jié)果分析，最終判斷是否需要進(jìn)行維護(hù)，這樣有效的避免了維護(hù)工作滯后性。
4結(jié)語(yǔ)
總而言之，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，各大跨海大橋逐漸建成，并且也已經(jīng)形成了整套適應(yīng)于我國(guó)國(guó)情的大橋防腐體系。因此防腐材料在跨海特大橋耐久性的應(yīng)用也就非常關(guān)鍵。本文就防腐材料在跨海特大橋耐久性的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以便于促進(jìn)國(guó)內(nèi)跨海特大橋耐久性全方位發(fā)展。
