闡述防腐材料在跨海特大橋耐久性的應用
2017-06-05
通常跨海大橋工程規(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)境極為復雜，跨海大橋在服役期之內(nèi)會受到氯化物質(zhì)及炎熱和潮濕與海水流速等各個方面的影響。國內(nèi)跨海大橋數(shù)量及規(guī)模逐年劇增，其中不乏有橋梁開始暴露出缺陷，或者是某些橋梁建設并未達到設計使用期限，則耐久性就開始退化或出現(xiàn)更大的毀滅性的事故，導致極大的經(jīng)濟損失。
1常見防腐層特征
熔接環(huán)氧粉末防腐層，此類防腐層具備很強的附著力，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更優(yōu)良，并且其吸水率也是會持續(xù)提升，不過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對屏蔽陰極保護電流；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?shù)母街?，高溫環(huán)境下（60℃）則會導致陰極剝離高于規(guī)范，以致不能正常應用，現(xiàn)場土壤應力試驗時則膠帶土壤應力性能不高，土壤應力條件下不應該使用此類方式，高溫沙漠區(qū)域也不應運用；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，通過熱水浸泡會展現(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，通過熱水浸泡之后性能還是保持較好，不過在進行試驗的過程中不能體現(xiàn)出來，比如固化時間偏長且針孔較多，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，再加上并未有適應的潮濕環(huán)境及通氧策略。混凝土中的鋼筋銹蝕屬于電化學過程，其電化學腐蝕反應式是：
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)。鋼筋會在該類高堿性環(huán)境之下出現(xiàn)反應，并且生成非常密實的鈍化膜，鈍化膜能夠充分保護鋼筋繼續(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?；炷翆儆诙嗫左w則長時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時則鈍化膜會出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，這時也就對鋼筋沒有了保護作用；
第二，氯離子侵入。通常氯離子滲進鋼筋周邊以形成臨界濃度時則就破壞了鋼筋鈍化膜，同時也沒有了對鋼筋的保護作用。通常在有著適應濕度及通氧環(huán)境下則鋼筋會出現(xiàn)電化學腐蝕現(xiàn)象。如圖1所示，氯離子密度及時間關(guān)系曲線簡視圖。
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。最終的反應生成物為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更是會強化其間溶解程度，進而阻礙其形成結(jié)晶。并且，NaCL會同時提升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用分析
海水條件對跨海特大橋各個結(jié)構(gòu)耐久性有著極大影響，主跨橋墩承臺頂部到浪濺位置影響更大。具體來講，諸多海洋工程各方面調(diào)查結(jié)果顯示，浪濺位置的墩臺通常會嚴重遭受腐蝕。通常海洋工程要求浪濺位置構(gòu)件運用較高性能混凝土，或者是共同使用特殊性防腐策略。不過橋墩出現(xiàn)的裂紋或者是船舶撞傷等各方面因素均會影響到橋梁耐久性。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結(jié)構(gòu)內(nèi)傷力互相影響。應該持續(xù)增強對于主跨墩身方面的防護，這也是確保橋梁結(jié)構(gòu)運用耐久性的關(guān)鍵問題。
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)對性的和外部隔離開。海洋條件下水位變化范圍之內(nèi)的對應墩身，極易產(chǎn)生鋼筋銹蝕?？諝鈫柕亩趸技奥入x子均是會經(jīng)過混凝土內(nèi)部孔道進行鋼筋腐蝕。按照早期某跨海橋梁所進行的混凝土分析研究和運用狀況，加強保護層混凝土密實性及延長侵蝕性介質(zhì)滲進鋼筋表面試件，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于高強度要求，并且可以充分提升混凝土密實性和抗?jié)B性，從而有效延長結(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適宜比例優(yōu)質(zhì)粉煤灰及減水方面的成分。實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方面進行試驗確定。使用雙摻防腐高性能混凝土能夠有效確保橋梁結(jié)構(gòu)運用耐久性。
3.2增加結(jié)構(gòu)混凝土保護層厚度
鋼筋保護厚度一般均是保持在3至5厘米。海水侵蝕范圍之內(nèi)增加保護厚度來充分延長侵蝕性介質(zhì)滲進至鋼筋表面距離，從而延遲由于鋼筋銹蝕而導致結(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于主橋梁產(chǎn)生的各方面影響，再者就是保護層的厚度應該適宜，偏大時則不易于裂縫寬度控制，因此主橋梁的墩身不應該運用偏厚的保護層。主墩保護層厚度通常是使用6.5厘米，對于墩身防撞系統(tǒng)通常是運用加厚保護層方案。
3.3墩身使用環(huán)氧涂層鋼筋
鋼筋表面環(huán)氧樹脂能夠有效阻隔氯離子接觸鋼筋本體，從而實現(xiàn)延長結(jié)構(gòu)壽命。按照西方國家對于環(huán)氧涂層鋼筋抗腐蝕分析及探究和應用表面，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，可以延長17至20年。
3.4墩身防撞系統(tǒng)
跨海特大橋通常皆會存在撞橋墩事件，一般的通航標準要求是設定橋梁航標以及水面浮動導航標志，并且運用適宜的墩身防撞系統(tǒng)也是非常必要的，有助于延長橋墩運用時間。常見的橋墩防撞策略是人工筑島或者是群樁圍護和效能型護桶等策略。
3.5計算機檢測技術(shù)
盡管設計過程中會考慮到各類防腐策略，但是具體結(jié)構(gòu)應用時則總是會存在某些不足。運用時期養(yǎng)護維修工作直接關(guān)系著橋梁結(jié)構(gòu)應用期限。因為維修工程成本偏大及控制維修費用，加上強化養(yǎng)護延長結(jié)構(gòu)運用期限更是矛盾的。因此適當?shù)酿B(yǎng)護維修有助于工程資費節(jié)省，采用計算機檢測技術(shù)來構(gòu)建主橋墩臨時性在線健康檢測體系可謂是非常有效的途徑。通過全方位檢測及獲得的檢測結(jié)果分析，最終判斷是否需要進行維護，這樣有效的避免了維護工作滯后性。
4結(jié)語
總而言之，隨著國內(nèi)經(jīng)濟水平的不斷提升，各大跨海大橋逐漸建成，并且也已經(jīng)形成了整套適應于我國國情的大橋防腐體系。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用進行了分析，以便于促進國內(nèi)跨海特大橋耐久性全方位發(fā)展。
