海洋环境混凝土结构耐久性措施研究_李旭伟

海南省公路勘察设计院李旭伟海南海协建设项目工程咨询有限公司李义停

［摘要］随着耗资巨大的跨海大桥、海洋钻井平台等大型混凝土结构的修建，越来越多的人工构筑物处于恶劣的海洋环境下，如何提高混凝土结构的耐久性，使其达到混凝土结构100年的设计基准期，延长混凝土结构的使用年限，确保结构长期安全的正常使用成为工程界关注的重点。［关键词］耐久性防腐海工混凝土海洋环境

1.概述

海南岛地处高温、多雨的热带季风海洋性气候地区，四周环海，大部分公路桥梁工程位于或接近于沿海滩涂地带，甚至有些工程就直接在海上修筑，公路桥梁所处自然环境条件恶劣，受日照、台风、海水及涨落潮干湿循环等多种不利因素影响。

在正常使用条件下，公路桥涵结构的设计使用年限应达30～100年，但实际工程中许多混凝土结构远未达到其使用年限，经过二十年、十几年甚至几年就因劣化而遭到破坏，社会经济损失巨大。特别是跨（沿）海工程，处于D～F腐蚀作用等级，在侵蚀性介质和荷载的双重作用下，混凝土结构的耐久性成为工程界关注的热点问题。

为适应我国现代化建设的需要与可持续发展的战略需求，必须考虑结构使用环境的侵蚀特性，制定严格的耐久性设计方案、强化与耐久性有关的技术条款和施工组织设计，确保混凝土结构设计基准期100年。

2.耐久性设计研究现状

普通混凝土并不如人们预料的那般安全，耐久性不足而导致结构破坏的现象日益增多，由此造成的经济损失不容忽视。因此，加强混凝土结构质量控制，使其满足安全性和耐久性的要求是工程建设的当务之急。随着混凝土材料科学的不断进步，人们开始研究高工作性、高耐久性、体积稳定性好的混凝土，即高性能混凝土(HPC)。

我国正处于经济高速发展的时期，许多耗资巨大的跨海大桥、海洋钻井平台已经或即将兴建，这些构筑物处于恶劣的海洋环境下，其长期安全的正常使用成为工程界关注的重点。高性能混凝土中的海工混凝土凭借其性能的优点，很强的抗氯离子渗透能力和耐冻性，通过采用不同的掺合料及一些必要的附加措施，可以有效克服使用环境给建筑结构带来的危害，达到延长使用寿命和提高结构耐久性的目的。

表1常见耐久性措施的优缺点比较

耐久性措施

优点

缺点

需要精心施工、适当的养护，以达到良好的抗氯离子渗透性能保护层厚度过大，会导致保护层收缩裂缝

劣。为达到混凝土结构的使用寿命采用以下措施。

（1）提高混凝土保护层厚度

上部结构按全预应力混凝土结构设计，钢筋混凝土结构裂缝宽度不大于0.1mm；加大保护层厚度见表2。

表2各部位混凝土保护层厚度

结构部位钻孔桩

海上

承台

陆上

桥墩箱梁

756040

保护层厚度（mm）

7590

（2）采用海工耐久性混凝土

采用42.5P.Ⅱ型硅酸盐水泥，粉煤灰和磨细高炉矿渣粉配制海工混凝土，控制混凝土的最大水胶比和胶凝材料最少用量，见表3。

表3最大水胶比和胶凝材料最低用量

工程部位

基桩、承台、现浇桥墩及索塔

预制箱梁、预制桥墩现浇梁及其他部位混凝土

最大水胶比胶凝材料最低用量

W/Bkg/m3

0.400.330.35

400450450

低渗透性混凝土成本低、效果好基本

增加保护层厚度成本低、效果好措施

透水模板布

（3）氯离子扩散系数检测

氯离子扩散系数为本桥混凝土判定耐久性的主要监控指标，检测采用RCM法，桥梁各部位抗氯离子参透性要求见表4。

表4混凝土抗氯离子渗透性要求（12周龄期）

结构部位钻孔灌注桩

承台墩身箱梁桥塔

混凝土氯离子扩散系数（10-12m2/s）

≤3.0≤2.5≤1.5≤1.5≤1.5

提高外观和保护层砼

粘贴受施工条件、

质量、适用于墩柱结

重复使用存在色差

构

维护费用低，可延长降低握裹力，涂层易破

环氧涂层钢筋结构使用寿命20年损、潮湿环境中粘结不

左右良易剥离不锈钢钢筋

附加

措施

优异的耐蚀性能，可达到钢筋60年不损坏

价格昂贵

阻锈剂

使用方便，可延长结必须了解氯化物的含构使用寿命15-20年量，长期效果需检证使用方便，可延长结构使用寿命10-20年

使用寿命长

易老化，需重新涂刷

维护费用高

表面涂层阴极保护

3.国内外类似工程耐久性设计

3.1杭州湾跨海大桥

杭州湾跨海大桥全长36km，设计使用年限100年。工程所处的杭州湾是世界三大强潮海湾之一，风浪大，潮差高，海流急，环境条件恶

（4）钢束防腐

为了保护处在高应力状态下的钢束不被盐雾侵蚀，要求灌浆料流动性好、易填充、不离析、不泌水，并采用塑料玻纹管和真空辅助压浆技术灌浆。

（5）其它防腐蚀措施①混凝土表面涂层。

②钻孔桩钢护筒施工后作为牺牲厚度，以保护钻孔桩上段砼不被腐蚀。

③承台、墩身浪溅区混凝土掺加亚钙类钢筋阻绣剂。④浪溅区现浇墩身采用环氧涂层钢筋和透水模板布。⑤主墩采用外加电流阴极保护。以上各项措施中，提高保护层厚度和采用海工耐久混凝土是混凝土结构防腐蚀的最基本措施。外表涂装具有阻隔腐蚀介质接触特点，可延长结构的寿命20年左右，需要复涂。外加电流方案从原理上可对混凝土结构进行长期保护，透水模板布对抗氯离子侵蚀效果显著，但后

（下转第394页）两项技术目前存在费用高的问题。

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科技信息高压变频器在4100mm轧机湿法除尘风机上的应用

重庆钢铁集团三峰科技有限公司舒文吉

［摘要］利用高压变频器使除尘风机在轧钢板时高速运转，没轧钢板时降为低速运转，从而达到节能的目标。［关键词］节能降耗除尘高压变频器

重钢4100mm轧机每天将生产好的钢胚源源不断的加工成合格的板材。在这个生产过程中，产生了大量的灰尘，如果不加以控制将对厂房的空气环境产生很大的污染。我们利用除尘风机将这些烟气吸入湿法除尘器，将烟气中的灰尘除去后再排向空中。重钢4100mm轧机除尘风机电机为10KV高压电机。该除尘电机在最初的设计方案上采用高压软起动方式，电机启动后就一直满负荷运行，而轧制钢板是间歇工作的，这就在很大程度上会造成用电的浪费。随着集团公司对电资源利用上的进一步要求，采用合理的电气节能方式（变频技术），既能保证生产和设备的安全运行，又能节约用电量，产生明显的经济效益。

1、高压设备选型

4100mm湿法除尘系统的除尘风机配套电机的参数如下：额定功率为1000KW；额定电压为AC10KV；额定频率为50Hz；额定转速为1000r/min。为了达到节能降耗的目的，我们为湿法除尘系统配置一台额定容量为1250KVA的高压变频器。我们利用高压变频器使除尘风机在轧钢板时高速运转，没轧钢板时降为低速运转。除尘风机的高速与低速运行转换是通过轧机的启停信号进行控制。

2、节能分析

根据4100mm设计情况结合生产实际,轧机平均最高作业率达到80%(每年292天运行),系统停机时间约为20%,除尘系统低速运转时间约7.2小时每天,而每套除尘系统在低速运转时的风量为正常运行状态（上接第393页）

3.2丹麦大贝尔特大桥

表5大贝尔特海峡工程混凝土技术标准对混凝土原材料的要求种类水泥低碱、抗硫酸盐硅酸盐水泥28d强度水化热粉煤灰微硅粉细度:＞0.045mm烧失量细度:＞0.045mm烧失量有层理颗粒含量吸水率立方体颗粒含量＞50MPa最小水泥用量对混凝土配合比的要求最大水灰比0.35(配合比A)0.45(配合比B)300kg/m3的50%左右。

依据下列公式：Q1/Q2=n1/n2P1/P2=(n1/n2)3Q为风量，P为功率。湿法除尘系统：

使用高压变频器一天所节约的电能为：1000×（1-0.5×0.5×0.5）×7.2=6300kWh

电价按0.元计算，整个系统按照一年运行292天计算，则一年节约电费为：6300×0.×292=1177344元。

3、应用效果

湿法除尘系统现在采用高压变频器控制后在很大程度上节约了电能（与最初设计方案比较），按当前的电价0.元计算，全年仅电费一项就可以节约117万。高压变频器的使用延长了风机的使用寿命，减少了机械设备的磨损。现在，湿法除尘系统风机采用高压变频控制已经稳定运行一年多了，完全满足环保对除尘的要求，效果很好。

参考文献

［1］吴忠智.变频器应用手册.机械工业出版社,2004［2］王占奎.变频调速应用百例.北京科学出版社,1999

凝土标准考虑的其它耐久性要求包括：抗冻性—通过引气和气泡质量控制保证；耐磨性（抗海冰冲磨）—掺加微硅粉保证；无碱集料反应—活性骨料含量、总含碱量、掺加微硅粉和粉煤灰防止；抗硫酸盐侵蚀—使用抗硫酸盐水泥和掺加微硅粉保证；热应力裂缝控制—使用低热水泥、掺加微硅粉与粉煤灰降低水化热，浇筑时采用对混凝土内部降温。在该工程中，还采用了环氧涂层钢筋作为钢筋防锈的双重保险。尤其值得注意的是大贝尔特桥采用了严格的养护制度。

该工程混凝土技术标准见表5。

4.提高滨海地区钢筋混凝土结构抗腐蚀的方法规范规定，公路桥涵应根据其所处环境条件进行耐久性设计。结构混凝土耐久性针对不同的环境类别，对最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度的等级、最大氯离子含量以及最大碱含量有明确规定。对于位于III类（海水环境）或IV类（受侵蚀性物质影响的环境）环境的桥梁，当耐久性确实需要时，其主要受拉钢筋宜采用环氧树脂涂层钢筋，预应力钢筋、锚具及连接器应采取专门的防护措施。

（1）合理选择水泥品种不同品种的水泥，其化学成分及制成混凝土后的性能不同，其耐腐蚀程度也不相同，尽量采用硅酸盐水泥，其特点是早期强度高、硬化快，制成的混凝土密实性好、碱度高，对钢筋的保护性好。

（2）合理选择混凝土添加剂在混凝土中掺加减水剂，可以减少拌合水量，达到提高混凝土密实性的目的；掺入引气剂，可以在混凝土搅拌过程中产生大量均匀分布的微小气泡，改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗渗性能，达到抑制腐蚀的目的。

（3）严格控制氯离子含量

氯离子是破坏钢筋表面钝化膜，引起钢筋腐蚀的重要原因。混凝土中钢筋腐蚀的氯离子临界浓度与PH值存在着一定的关系，混凝土孔隙溶液的PH值低，则钢筋腐蚀的氯离子临界浓度也低。规范根据使用年限、环境类别规定混凝土中的最大氯离子含量为0.06~1.0%。

（4）严格控制水胶比、水泥用量、提高混凝土耐久性能5.结论

本文以实际跨海大桥工程为依据，研究了海洋环境下提高混凝土结构的耐久性所应采用的抗渗防腐措施，为今后此类工程在类似环境下的长期使用起到借鉴作用。

参考文献［1］GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》［S］［2］JTGD62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》［S］

［3］GB/T50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》［S］［4］GB50010-2002《混凝土结构设计规范》［S］［5］金伟良，赵羽习.混凝土结构耐久性，科学出版社，2002（9）

＜320kJ/kg最小粉煤灰掺量胶结材的10%＜25%＜4%＜10%＜2%最大加水量＜5%＜1%＞70%最大含气量(<0.35mm)最小含气量(<0.35mm)最大引气量气泡最小比表面积最小微硅粉掺量最大微硅粉掺量胶结材的5%胶结材的8%粉煤灰+微硅粉胶结材的25%最多135kg/m3(配合比A)140kg/m3(配合比B)浆体体积的20%浆体体积的8%浆体体积的7%25mm2/mm3粗骨料(砾石)碱活性成份含量<1%体积＜0.5×10-6(配合比A)砂20周碱膨胀＜1×10-6最大氯离子含量胶结材的0.1%(配合比B)＜1%最大含碱量(当量Na2O)3kg/m3云母含量大贝尔特海峡工程包括长6.5km的公路、铁路并列双线桥，主跨为长1634m的悬索桥，总长7km的公路桥和长8km的双孔铁路隧道，建于

3

19～1997年间，混凝土用量为106万m，总投资70亿美元。该工程首次提出了使用寿命为100年，即规定钢筋在100年内不得开始锈蚀。为保证实现设计寿命100年，预先进行了大量专题研究，规定了严格的混凝土技术标准。其混凝土标准中没有直接规定氯离子渗透性指标，而是通过规定掺加一定量微硅粉和粉煤灰保证混凝土的低渗透性。混

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