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我国虎门大桥混凝土承台防腐技术探讨

我国虎门大桥混凝土承台防腐技术探讨

       大桥防腐简述

 

虎门大桥西锚碇和水中承台防腐工程采用了表面涂层配套技术的防腐方案,表面涂层配套技术方案在混凝土表面形成了一层抗腐蚀的涂料保护层,无论在大气区和浪溅区,涂层可以有效阻隔氯盐渗入混凝土中,避免钢筋周围的氯离子浓度达到腐蚀的临界状态。同时,表面涂层还可以阻隔氧气、水分、二氧化碳、酸雨等有害介质渗入混凝土基体中,提高了混凝土的电阻率,降低钢筋腐蚀的速率,防止混凝土碳化,降低混凝土整体结构的强度,这种技术应用在虎门大桥西锚碇和水中承台防腐T程上,不仅对大桥混凝土起到有效保护作用,而且还起到美观装饰作用,改善了虎门大桥的整体景观。

 

1、虎门大桥地理环境及腐蚀现状

 

虎门大桥建成于1997年,是我国第一座大规模的大跨度悬索桥,由跨越主航道的主跨888m的悬索桥,跨越辅航道的主跨270m的预应力混凝土连续刚构桥和东、中、西引桥组成,全长约4.6km。虎门大桥位于珠江人海口,处于典型的淡、海水交汇区域,附近环境是T业产业基地及与其毗邻的沙角电厂,空气质量较差、酸雨腐蚀严重,且桥值处气侯属亚热带海洋性气侯,全年温暖多雨,致使其西锚碇室及水中承台长期处于一个腐蚀作用很严重的环境。

现场检测发现,虎门大桥水中桥墩承台已m现局部混凝土剥落、露筋情况,且个别处由于钢筋锈胀而造成混凝土开裂等现象,如图1所示。

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根据《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》(JT/T6952007),对大桥西锚碇室及水中桥墩承台混凝土结构腐蚀等级划分见表1。从全寿命周期考虑,我们已对其进行耐久性修复和防腐处理。

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2、混凝土非外力破坏下的失效机理

 

混凝土结构非外力破坏下的失效主要分为混凝土自身的破坏,及由于混凝土的白身变化造成增强钢筋的破坏。非外力引起混凝土结构破坏的因素主要有:混凝土的中性化、氯离子的侵蚀、硫酸盐的侵蚀、氧和水等因素。

2.1混凝土的中性化

混凝土的中性化是指混凝土中的碱性物质与酸性物质迸行反应,造成pH值降低的现象。酸性物质主要有:CO2、SO2、酸雨、酸性水、酸性固体物等。混凝土的碳化是最主要的中性化作用形式,是指大气中的CO2与混凝土中的Ca(OH)2起化学反应,生成中性的CaC03:

Ca(OH)2+CO2=CaCO2+H20

水泥中性化的结果使混凝土碱度降低,从而使钢筋失去钝化层的保护。

2.2氯离子的侵蚀

氯离子半径小,穿透能力强,能够加速钢筋腐蚀,对混凝土破坏主要表现在:(l)氯离子进入混凝土并到达钢筋表面,能破坏钢筋表面的钝化膜,使钢筋发生局部腐蚀;(2)氯离子的电化学作用,氯离子吸附并破坏钢筋局部钝化膜,露m钢铁基体,暴露区与周围钝化膜形成电化学腐蚀电池,使铁离子阳极反应过程发生,氯离子还强化腐蚀电池的导电性,加速电化学腐蚀过程。

2.3硫酸盐的侵蚀

我国酸雨覆盖面积已达国土面积的30%,长江以南大部分区域是酸雨区,这使得混凝土的防酸雨措施显得非常重要。SO2进一步氧化的SO3中和混凝土中的Ca(OH)2,使混凝土中性化和酸化,混凝土内的钢筋丧失碱性保护而发生腐蚀。同时,SO2、SO3。

溶于水所包含的SO22-、SO42-可直接促进钢筋的电化学腐蚀。根据1998年的统计数据,环境水中的硫酸根离子进入混凝土内部,与水泥的固相发生化学反应,生成难溶的盐矿物类——钙矾石和二水石膏,然后吸收大量的水而体积膨胀,造成混凝土的破坏。

2.4氧和水的作月

氧参与钢筋腐蚀电化学过程的阴极反应,因而其腐蚀速度受到水中溶解氧扩散过程的控制。

阳极反应:Fe→Fe+++2e

阴极反应:1/202+H20+2e→20H-

二次反应:Fe+++20H→Fe(OH)2

如果氧供应充分的话,Fe(OH)2会逐步被氧化成含水的四氧化三铁Fe304·mH20和含水的三氧化二铁Fe2O3.nH20。水不仅可加速混凝土的碳化作用,也为钢筋的腐蚀提供了条件。

2.5其他的作用

影响混凝土耐久性的其他因素还包括冻融交替、干湿交替、微生物、碱集料反应等。

 

3、虎门大桥混凝土防腐措施的确定

 

虎门大桥地处海洋性气候,氯离子侵蚀严重,且周边有大型电厂和化工企业,属于海洋大气加工业大气的腐蚀环境,是Ⅲ-2类强腐蚀环境;水中承台处于淡、海水交汇变动的浪溅区,在海水(盐水)和大气的不断作用下,腐蚀环境更加恶劣。针对桥梁混凝土非外力失效机理、虎门大桥所处环境及常规混凝土防腐方法,决定采用表面涂层防护技术对虎门大桥西锚碇和水中承台进行防腐处理。

根据《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTJ2752000)对混凝土所处环境的划分,虎门大桥西锚碇处于大气区,而水中承台处于浪溅区。大气区和浪溅区应采职不同的防腐涂装体系。虎门大桥西锚碇和水中承台防腐配套体系见表2。

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由于浪溅区的混凝土处于潮位涨落、浪花浸润区,湿度较高,普通涂料无法和混凝土表面产生良好的结合效果,必须采用专用湿固化涂料进行施工。

湿固化环氧封闭漆应对潮湿的混凝土表面有良好的渗透力、附着力,能够浸润到混凝土一定深度。湿固化环氧中间漆与湿固化环氧底漆及面漆之间都应该有良好的结合力,以保证涂层体系长效、稳定的防腐蚀效果。

对于大气区的混凝土防腐涂层,要求环氧封闭涂料对混凝土具有良好的渗透性和结合力,面漆具有较强的耐候性、耐粉化、耐褪色及良好的装饰性能。

 

4、虎门大桥混凝土防腐涂层的施工

 

为了保证防腐配套涂层体系长期有效,涂层施工工艺及过程是十分重要的。虎门大桥西锚碇及水中承台防腐采取了下述施TT艺。

4.1缺陷修复

虎门大桥混凝土结构由于建设时技术条件的限制及海洋、化工腐蚀环境的侵蚀,产生了局部的混凝土表层脱落及钢筋锈蚀导致的混凝土基体胀裂等缺陷。在这种情况下,进行防腐涂装之前,必须对混凝土的缺陷进行修复。

对于混凝土的缺陷,先凿开待修复处,对裸露的钢筋结构进行机械打磨后,用环氧富锌漆进行防腐处理,然后对缺陷部位进行清洗,再用聚合物水泥砂浆或环氧树脂进行修补,要求修补后该部位的抗拉强度值不小于原混凝土抗拉强度。

4.2表面处理

对混凝土基体表面采用机械打磨,暴露m新鲜的基体表面,目的是去除掉混凝土表面的污物、油渍等不利于防腐涂装的物质。对于浪溅区,还要去除掉附着在混凝土基体表面的海洋生物等。

4.3高压水冲洗

根据《海港T程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTJ2752000)的要求,对打磨完毕的待涂装表面采用高压水进行冲洗,水压应不小于20MPa,目的是彻底去除混凝土表面的附着物、基体衷面及打磨后所露m的蜂窝麻面中的灰尘,以及附着在表面的盐分等物质。

4.4涂装环氧封闭底漆

涂装环氧封闭涂料一道,目的是让涂料渗入到混凝土基体内部,对混凝土的孔隙进行有效封闭,防止二氧化碳、氯离子、水分等有害物质侵入到混凝土内部,确保对混凝土基体和内部的钢筋进行有效的保护。对于浪溅区,必须采用专用湿固化封闭漆进行施工,如图2所示。

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4.5环氧腻子修补

环氧腻子修补的作用是对混凝土基体上的小缺陷及蜂窝麻面进行修补。一方面可增加涂层厚度,提高涂层的阻隔能力;另一方面可有效地改善缺陷造成的外观不良。对于浪溅区,采用专用湿固化环氧腻子进行施工,以确保腻子涂层和混凝土基体表面的结合力。

4.6涂装环氧云铁中间漆

环氧腻子修补完毕后,对环氧腻子涂层进行打磨,去除掉灰尘等不利于涂装施工的物质后,涂装环氧云铁中间漆。环氧云铁中间漆的作用是增加防腐涂层的厚度,加强涂层体系的抗腐蚀能力。对于浪溅区,必须使用专用湿固化环氧云铁漆施工。由于浪溅区的腐蚀环境较大气区恶劣,浪溅区的中间漆涂层厚度应大于大气区。

4.7涂装面漆

表面涂层保护体系的最后一道工序是面漆的涂装。面漆需要良好的耐候性、抗老化、杭紫外线,并且不易粉化和褪色。虎门大桥采用的是脂肪族丙烯酸聚氨酯类面漆。

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