论文部分内容阅读
【摘 要】结合海洋环境下混凝土桥梁腐蚀机理的分析，总结了目前常用的桥梁防腐蚀技术和措施，指出了适合于海洋环境下桥梁结构的防腐蚀技术。
【关键词】海洋环境；混凝土桥梁；腐蚀
1 引言
沿海及近海地区的混凝土结构腐蚀破坏是较为常见的一种混凝土病害，由于氯离子的大量存在对桥梁结构的耐久性和安全产生直接的影响[1]。在我国近海地区的桥梁结构中，由于腐蚀防护措施不足等原因而导致严重钢筋锈蚀破坏的事例时有发生，极大影响了桥梁结构的安全。因此，海洋环境下的桥梁结构腐蚀防护和耐久性问题必须引起我们的充分重视。为保障桥梁结构的使用寿命和安全，应采取积极有效的防腐蚀措施，以提高近海地区混凝土桥梁结构的耐久性。
2 海洋环境下混凝土结构的腐蚀机理分析
海洋环境下钢筋混凝土的腐蚀主要包括两种形式。一种是混凝土的碳化作用, 由于钢筋混凝土中的水泥在水化过程中产生大量的Ca(OH)2,使混凝土中的钢筋处于高碱性的溶液发生钝化,这种碱性介质对钢筋起到了良好的保护作用.当空气中的CO2渗透到混凝土内,与Ca(OH)2发生化学反应生成碳酸盐和水,引起混凝土碱度降低,混凝土内部碱性环境遭到破坏,当碳化深度达到钢筋表面时,钢筋失去碱性环境的保护开始生锈.可见，混凝土碳化作用主要通过减弱了钢筋混凝土的碱性环境,使钢筋失去保护作用.一种是氯盐腐蚀,这是引起临海和近海地区钢筋混凝土构件破坏的最主要原因。海水中存在大量氯离子,通过扩散、毛细管和渗透等作用进入混凝土并到达钢筋表面，吸附于局部钝化膜处，可使该处的PH值迅速降低，氯离子的局部酸化作用可使钢筋表面呈显著酸性(PH<4)，使钝化膜完全破坏，钢筋暴露于腐蚀环境中。氯离子首先以小范围面积的形式附着在钢筋表面，破坏了该处的钝化膜，使钢筋表面产生电位差，露出的铁基体作为阳极而受到腐蚀。由于大阴极（钝化膜区）对应小阳极（钝化膜的破坏点）的存在，形成腐蚀电池，使钢筋腐蚀持续稳定地进行，最终在钢筋表面产生坑蚀。
3 常用的防腐蚀技术
解决桥梁结构的防腐蚀问题，提高桥梁结构耐久性，归结起来分为可分为以下措施：
3.1 电化学措施，包括阴极保护法、混凝土电化学碱化法、混凝土电化学除氯法等。其中阴极保护法是最常用的一种电化学保护法，主要由牺牲阳极法和外加电流法。杭州湾跨海大桥是我国首个应用阴极防护技术的桥梁结构工程，在南、北航道桥主墩承台、塔座及下塔柱处浪溅区，设置了外加电流阴极防护系统，实时监控和调节电流大小，使钢筋始终处于阴极状态。
3.2 化学措施，从混凝土的角度着手，通过改善混凝土的密实度，改善混凝土内部结构，减小孔隙，从而降低氯离子对混凝土的渗透性，具体措施主要包括采用高性能混凝土，加入缓蚀剂和钝化剂等。
3.3 物理措施，又称表面涂层法，是指在混凝土的外表面涂抹涂层阻止氯离子的侵蚀和混凝土碳化深入混凝土内部，或者在钢筋表面涂抹环氧涂层阻隔外界腐蚀介质对钢筋的侵入，从而延长结构的使用寿命。美国试验与材料学会的调查结果显示，采用环氧涂层钢筋可延长结构使用寿命20年左右。我国的杭州湾跨海大桥在腐蚀严重的浪溅区现浇墩身中就采用了环氧涂层钢筋的技术。
目前工程中应用较广泛的防腐技术主要包括高性能混凝土的应用和混凝土表面涂层技术，在我国近年来兴建的多座跨海大桥中均得到了重视。
4 高性能混凝土的特点及主要技术指标
高性能混凝土是混凝土结构耐久性研究的重要成果。其特点是低水灰比和双掺技术，即掺用高效减水剂和矿物细掺料。低水灰比可以降低孔隙率，而由于掺用了高效减水剂，仍可以获得良好的工作性能；矿物细掺料的掺加改善了混凝土的微观孔结构，提高了混凝土的密实度；有效地抵抗了水的渗透和氯离子的渗透，具有良好的耐久性。我国香港地区的青马大桥和澳门珠海跨海大桥就采用了双掺技术来提高桥梁结构的耐久性。
我国《高性能混凝土应用技术规程》（CECS 207：2006）[2]对高性能混凝土的主要技术指标作出以下要求：水胶比不大于0.38；56d龄期的6h总导电量小于1000C；300次冻融循环后相对动弹性模量大于80%；胶凝材料抗硫酸盐腐蚀试验的试件15周膨胀率小于0.4%，混凝土最大水胶比不大于0.45；混凝土中可溶性碱总含量小于3.0kg/m3.《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ/T B01-7-2006）[3]要求高性能混凝土：混凝土拌合物水胶比不大于0.35，胶凝材料总量不小于400kg/m3；坍落度不小于140mm；标准硬化混凝土强度等级不小于C50；抗氯离子渗透性不小于1000C。可以看出，虽然两种规范规定的内容不尽相同，但是对高性能混凝土的水胶比和抗氯离子渗透性的规定都很严格，这也是高性能混凝土良好耐久性的保证。
5 混凝土表面涂层保护
混凝土表面采用防腐蚀涂层，在混凝土表面会形成一层屏蔽阻隔层，阻止氯离子了侵入混凝土造成钢筋腐蚀，在海洋环境下混凝土涂层保护占有十分重要的作用，对于海边桥梁混凝土结构，要求混凝土防腐蚀涂层具有良好的耐碱性、耐候性，耐老化性，耐腐蚀性。规范[4]推荐：环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、氯化橡胶涂料、乙烯树脂涂料、丙烯酸树脂涂料等有机涂料适用于混凝土表面涂层的防腐涂装。
从材料特性和涂料涂装的先后顺序可依次分为：
5.1 底层：渗透型环氧封闭漆。渗透型封闭漆可增强混凝土的表面强度，增加涂层与混凝土的附着力，具有一定封闭性和抗渗透性，常用的有FPP502。
5.2 找平层：环氧腻子。环氧腻子具有很好的附着力、耐碱性、耐腐蚀性和强度，是一种理想的找平材料。
5.3 中间层：环氧树脂漆。中间层选用的环氧树脂漆应采用厚膜型中涂漆，除具有极佳的附着力、耐碱性和抗渗透性，涂装后还增加了涂层厚度，增强了整个涂层的抗氯离子渗透性。
5.4 面层：聚氨酯面漆。具有极好的耐盐雾性和耐海洋大气腐蚀性，强日光紫外线照射下不易降解、粉化和变色，持久性卓越。
除此以外，涂料的选择还需考虑到结构所处的部位，例如在浪溅区和水位变动区混凝土表面常处于潮湿状态，采用的涂料应具有湿固化和快固结的性能。
6 结语
沿海地区桥梁结构的腐蚀主要以氯盐腐蚀为主，存在于大气和海水中的氯离子通过渗透进入混凝土中，降低了桥梁的耐久性，也给桥梁结构的养护和维修带来了困难，同时也给人们的生命财产造成了威胁，因此必须重视沿海桥梁结构的防腐蚀问题，积极使用新材料、新工艺，降低桥梁腐蚀病害，提高桥梁结构的耐久性。
参考文献
[1]刘志宇. 北方海洋环境桥梁混凝土涂层防腐蚀设计. 北方交通，2009，（1）：77-79.
[2] CECS 207：2006高性能混凝土应用技术规程[S]. 北京：中国计划出版社，2006.
[3] JTJ/TB01-7-2006公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S]. 北京：人民交通出版社，2006.
[4] JTJ275—2000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S]. 北京：人民交通出版社，2001.
作者简介：
张明广（1971— ），男，江苏盐城市人，主要从事公路桥梁施工。
【关键词】海洋环境；混凝土桥梁；腐蚀
1 引言
沿海及近海地区的混凝土结构腐蚀破坏是较为常见的一种混凝土病害，由于氯离子的大量存在对桥梁结构的耐久性和安全产生直接的影响[1]。在我国近海地区的桥梁结构中，由于腐蚀防护措施不足等原因而导致严重钢筋锈蚀破坏的事例时有发生，极大影响了桥梁结构的安全。因此，海洋环境下的桥梁结构腐蚀防护和耐久性问题必须引起我们的充分重视。为保障桥梁结构的使用寿命和安全，应采取积极有效的防腐蚀措施，以提高近海地区混凝土桥梁结构的耐久性。
2 海洋环境下混凝土结构的腐蚀机理分析
海洋环境下钢筋混凝土的腐蚀主要包括两种形式。一种是混凝土的碳化作用, 由于钢筋混凝土中的水泥在水化过程中产生大量的Ca(OH)2,使混凝土中的钢筋处于高碱性的溶液发生钝化,这种碱性介质对钢筋起到了良好的保护作用.当空气中的CO2渗透到混凝土内,与Ca(OH)2发生化学反应生成碳酸盐和水,引起混凝土碱度降低,混凝土内部碱性环境遭到破坏,当碳化深度达到钢筋表面时,钢筋失去碱性环境的保护开始生锈.可见，混凝土碳化作用主要通过减弱了钢筋混凝土的碱性环境,使钢筋失去保护作用.一种是氯盐腐蚀,这是引起临海和近海地区钢筋混凝土构件破坏的最主要原因。海水中存在大量氯离子,通过扩散、毛细管和渗透等作用进入混凝土并到达钢筋表面，吸附于局部钝化膜处，可使该处的PH值迅速降低，氯离子的局部酸化作用可使钢筋表面呈显著酸性(PH<4)，使钝化膜完全破坏，钢筋暴露于腐蚀环境中。氯离子首先以小范围面积的形式附着在钢筋表面，破坏了该处的钝化膜，使钢筋表面产生电位差，露出的铁基体作为阳极而受到腐蚀。由于大阴极（钝化膜区）对应小阳极（钝化膜的破坏点）的存在，形成腐蚀电池，使钢筋腐蚀持续稳定地进行，最终在钢筋表面产生坑蚀。
3 常用的防腐蚀技术
解决桥梁结构的防腐蚀问题，提高桥梁结构耐久性，归结起来分为可分为以下措施：
3.1 电化学措施，包括阴极保护法、混凝土电化学碱化法、混凝土电化学除氯法等。其中阴极保护法是最常用的一种电化学保护法，主要由牺牲阳极法和外加电流法。杭州湾跨海大桥是我国首个应用阴极防护技术的桥梁结构工程，在南、北航道桥主墩承台、塔座及下塔柱处浪溅区，设置了外加电流阴极防护系统，实时监控和调节电流大小，使钢筋始终处于阴极状态。
3.2 化学措施，从混凝土的角度着手，通过改善混凝土的密实度，改善混凝土内部结构，减小孔隙，从而降低氯离子对混凝土的渗透性，具体措施主要包括采用高性能混凝土，加入缓蚀剂和钝化剂等。
3.3 物理措施，又称表面涂层法，是指在混凝土的外表面涂抹涂层阻止氯离子的侵蚀和混凝土碳化深入混凝土内部，或者在钢筋表面涂抹环氧涂层阻隔外界腐蚀介质对钢筋的侵入，从而延长结构的使用寿命。美国试验与材料学会的调查结果显示，采用环氧涂层钢筋可延长结构使用寿命20年左右。我国的杭州湾跨海大桥在腐蚀严重的浪溅区现浇墩身中就采用了环氧涂层钢筋的技术。
目前工程中应用较广泛的防腐技术主要包括高性能混凝土的应用和混凝土表面涂层技术，在我国近年来兴建的多座跨海大桥中均得到了重视。
4 高性能混凝土的特点及主要技术指标
高性能混凝土是混凝土结构耐久性研究的重要成果。其特点是低水灰比和双掺技术，即掺用高效减水剂和矿物细掺料。低水灰比可以降低孔隙率，而由于掺用了高效减水剂，仍可以获得良好的工作性能；矿物细掺料的掺加改善了混凝土的微观孔结构，提高了混凝土的密实度；有效地抵抗了水的渗透和氯离子的渗透，具有良好的耐久性。我国香港地区的青马大桥和澳门珠海跨海大桥就采用了双掺技术来提高桥梁结构的耐久性。
我国《高性能混凝土应用技术规程》（CECS 207：2006）[2]对高性能混凝土的主要技术指标作出以下要求：水胶比不大于0.38；56d龄期的6h总导电量小于1000C；300次冻融循环后相对动弹性模量大于80%；胶凝材料抗硫酸盐腐蚀试验的试件15周膨胀率小于0.4%，混凝土最大水胶比不大于0.45；混凝土中可溶性碱总含量小于3.0kg/m3.《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ/T B01-7-2006）[3]要求高性能混凝土：混凝土拌合物水胶比不大于0.35，胶凝材料总量不小于400kg/m3；坍落度不小于140mm；标准硬化混凝土强度等级不小于C50；抗氯离子渗透性不小于1000C。可以看出，虽然两种规范规定的内容不尽相同，但是对高性能混凝土的水胶比和抗氯离子渗透性的规定都很严格，这也是高性能混凝土良好耐久性的保证。
5 混凝土表面涂层保护
混凝土表面采用防腐蚀涂层，在混凝土表面会形成一层屏蔽阻隔层，阻止氯离子了侵入混凝土造成钢筋腐蚀，在海洋环境下混凝土涂层保护占有十分重要的作用，对于海边桥梁混凝土结构，要求混凝土防腐蚀涂层具有良好的耐碱性、耐候性，耐老化性，耐腐蚀性。规范[4]推荐：环氧树脂涂料、聚氨酯涂料、氯化橡胶涂料、乙烯树脂涂料、丙烯酸树脂涂料等有机涂料适用于混凝土表面涂层的防腐涂装。
从材料特性和涂料涂装的先后顺序可依次分为：
5.1 底层：渗透型环氧封闭漆。渗透型封闭漆可增强混凝土的表面强度，增加涂层与混凝土的附着力，具有一定封闭性和抗渗透性，常用的有FPP502。
5.2 找平层：环氧腻子。环氧腻子具有很好的附着力、耐碱性、耐腐蚀性和强度，是一种理想的找平材料。
5.3 中间层：环氧树脂漆。中间层选用的环氧树脂漆应采用厚膜型中涂漆，除具有极佳的附着力、耐碱性和抗渗透性，涂装后还增加了涂层厚度，增强了整个涂层的抗氯离子渗透性。
5.4 面层：聚氨酯面漆。具有极好的耐盐雾性和耐海洋大气腐蚀性，强日光紫外线照射下不易降解、粉化和变色，持久性卓越。
除此以外，涂料的选择还需考虑到结构所处的部位，例如在浪溅区和水位变动区混凝土表面常处于潮湿状态，采用的涂料应具有湿固化和快固结的性能。
6 结语
沿海地区桥梁结构的腐蚀主要以氯盐腐蚀为主，存在于大气和海水中的氯离子通过渗透进入混凝土中，降低了桥梁的耐久性，也给桥梁结构的养护和维修带来了困难，同时也给人们的生命财产造成了威胁，因此必须重视沿海桥梁结构的防腐蚀问题，积极使用新材料、新工艺，降低桥梁腐蚀病害，提高桥梁结构的耐久性。
参考文献
[1]刘志宇. 北方海洋环境桥梁混凝土涂层防腐蚀设计. 北方交通，2009，（1）：77-79.
[2] CECS 207：2006高性能混凝土应用技术规程[S]. 北京：中国计划出版社，2006.
[3] JTJ/TB01-7-2006公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S]. 北京：人民交通出版社，2006.
[4] JTJ275—2000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S]. 北京：人民交通出版社，2001.
作者简介：
张明广（1971— ），男，江苏盐城市人，主要从事公路桥梁施工。