钢筋混凝土腐蚀修复技术

钢筋混凝土腐蚀修复技术钢筋混凝土腐蚀修复技术 由于腐蚀而破损的钢筋商品混凝土商品混凝土结构进行康复性修理在技术上有一定的 难度，尤其是基面终年潮湿的海港工程设施，如：海运码头和钻井平台等，进行 康复性修理是世界公认的难题。 本文重点研究海运码头的钢筋商品混凝土康复性 修理技术，试验的结果已移栽在海港码头应用实践，成效还有待经时考核。 1引言 自从 160 多年前发明了波特兰水泥水泥，它和水、碎石搅和水化成为坚如盘石 般的建筑材料，俗称商品混凝土(Ordinary Perance Concrete) ，又称人工 石，简称“砼”。商品混凝土的应用，取代了我国古建筑中常用的糯米石灰浆。 用商品混凝土包裹钢筋以增加强度使商品混凝土的功能又前进了一大步， 于是钢 筋商品混凝土(Reinforcement Concrete) 成为现代基础设施中的主体。因为腐 蚀，对高强度钢筋商品混凝土提出了耐久性问题。在全寿命经济分析法( Total Cycle Cast Analysis ，简称 LCCA) 的催生下，20 世纪 90 年代初提出了高性 能商品混凝土(High Perance Concrete 或 HPC) 的新思路，它的特征是根 据固体堆积理论能保持很高的强度；通过掺和超细高炉矿渣粉、优质粉煤灰等活 性材料和高效减水剂等，在低水胶比的条件下仍有良好的施工性和整体密实性， 从而达到耐久性的目的。 目前国内外对高性能商品混凝土技术研究方兴未艾， 并且已有应用成功的实例，随着高性能商品混凝土的广普采用，基础设施中的钢 筋商品混凝土在 50～100 年内免维修将成为可能。但在过去已建成投用的大量 基础设施的维修工作也是迫在眉捷，而现有的维修工艺只能是“坏了修，修了 坏”， 尤其是潮湿工况条件下的海港工程。 运用有机高分子材料在偶联剂的配合 下，发挥键能作用，使硅酸盐、钢筋表面与高分子树脂粘结成为高密封性整体， 使深度腐蚀破损的钢筋商品混凝土恢复原有的功能，并防止再次腐蚀，实为钢筋 商品混凝土防腐蚀对策的一次探索。 2钢筋商品混凝土的腐蚀 2. 1腐蚀原因 钢筋与商品混凝土是两种互为依托的复合结构材料， 在正常情况下经久而不 会损坏。因为在 pH ≥12. 6 的商品混凝土包裹下的钢筋是不会腐蚀的；pH 11. 5 (临界值) 时，钢筋表面的钝化膜就不稳定；当 pH 9. 88 时，钝化膜完全 破坏。 (1)商品混凝土与钢筋本身存在缺陷商品混凝土是一种多孔性的易脆材料；因 水化放热， 凝固干缩而产生裂纹，有害物质就可经由最短的路径直接进入商品混 凝土中，使钢筋表面环境的 pH 值降至 9 以下。钢筋自身的不均匀性和活泼性， 使之容易接受介质的腐蚀。这是钢筋商品混凝土腐蚀的内因。 (2) 化学介质的腐蚀我国东南海沿海地区，腐蚀钢筋商品混凝土的化学介质 主要有碳酸性和氯化物，其次是硫酸盐的侵蚀。环境中的 CO 2 气体通过多孔性商 品混凝土的毛细管渗入，可使孔液的 pH 值降低到 8. 3 左右，当碳化深度到达 钢筋表面时，钢筋从钝化状态进入活化状态，引起钢筋锈蚀膨胀，商品混凝土顺 筋开裂。杭州湾海域的氯化物在1.36 % ，电阻率62.2Ω·cm ，当Cl 到达钢筋 表面 pH 值会由腐蚀产物 Fe2 +的水解而降低，在极端条件下，阳极闭塞区的 pH 值可以达到 3.5 左右， 腐蚀速度高达 1175mm/a ，这是钢筋商品混凝土腐蚀的 - 外因。 3腐蚀危害 3. 1腐蚀危害 据资料报道 ，1991 年美国技术评估中心确认，美国基础设施总投资为1.4 万亿美元，而每年修复费是 1400 亿美元，占总投资产的 10% ，即 10 年的修复 费与总资产持平， 若保持基础设施正常运转 40 年， 则需花费 4 倍的总资产。 1995 年美国腐蚀成本 3000 亿美元，其中 1500 亿美元(占 50%)是钢筋商品混凝土腐蚀 造成的，每年还要支付 2500 亿美元的维修费，维修费是初建费的 4 倍。 3. 2防腐蚀政策 基础设施是国家的经济命脉。国务院在 2000 年就颁布了 279 号令，即《建 设工程质量管理条例》 ，规定了“设计文件应符合国家规定的设计深度要求，注 明合理使用年限”“建设工程实行质量保修制度基础工程设施最低保修期限 为建设文件规定的该工程的合理使用年限”。 279 号令实际上是贯彻实施基础设 施工程的“全寿命责任制”。美国第 2893 号政府令《联邦基础设施投资原则》 明确要求， 工程项目的投资成本包含整个使用寿命期内的一切费用。美国联邦公 路局( THWA) 在 1994 年发布公告《， 关于实施全寿命经济分析( Total Life Cycle Analysis) 法》的政策声明，凡联邦和地方联合管理的基础建设项目的投 资评估，均执行“全寿命经济分析法”(LCCA) 。 4防腐蚀措施 4. 1改变传统观念 钢筋商品混凝土腐蚀的内因是商品混凝土本身的多孔性和脆性， 又存在干缩 裂纹；腐蚀的外因是介质的逐渐侵入，改变了钢筋环境。这种侵入的过程要有几 年时间。 针对腐蚀的内因首先要改变商品混凝土裂纹“难免论”和存在裂纹“无 害论”，着眼于提高商品混凝土的致密性和耐久性，应改变传统的高强度追求， 高强度是提高水泥标号、降低水灰比增加级配中的水泥量，要从这种传统思路中 解脱出来。 4. 2克服不作为职务观念 “职务任期之内不出明显的工程质量事故就完事了， 何必管它 50 年 100 年 呢”， “投资工程建设施工验收合格就完成任务了，至于腐蚀大修是生产成本的 事”。持这种观念的也许是少数当事者，笔者把他称谓“不作为职务”，这是由 于体制、机制上的不完善，一些技术规范、规程相对滞后而造成的。国务院279 号令要求执行“全寿命责任制”，因此，提高认识，克服不作为职务观念，应当 列为防腐蚀工程的重要原则。 4. 3努力攻克高性能商品混凝土的技术关键 20 世纪 80 年代末 90 年代初出现高性能商品混凝土(HPC) 之后，各国投 入了大量的研究， 我国也投资了数百万元开展“高强与高性能商品混凝土”课题 研究。2000 年 12 月，国家交通部颁发的行业标准中把高性能商品混凝土列入 《海港工程商品混凝土结构防腐蚀技术规范》[JTJ 275-2000] 。目前世界上已 有许多大的基础设施工程应用了高性能商品混凝土， 例如:英吉利海峡跨海隧道、 日本明石跨海大桥的两个主桥墩、 加拿大金布洛克步行桥和台湾屏东国立海生博 物馆等，它们的设计寿命都在 75 年以上。 我国某跨海大桥采用了高性能商品 混凝土设计方案，在施工过程中发生水化热冲顶(大于 100℃) 。桩梁出现大范 围裂缝， 被迫改用钢管桩；另一座长距离跨海大桥原设计也是采用高性能商品混 凝土，由于前桥之变，也改变了方案，说明我国该项的技术水平与国外相比，还 有相当大的差距。但不可否认高性能商品混凝土的特征是耐久性、高强度、良好 的工艺性和体积稳定性。因此还需努力攻关。 5钢筋商品混凝土的修复技术 修复的目的是恢复结构的功能与完整性。 改善外貌与耐久性，有效防止环境 中的介质继续侵入商品混凝土中腐蚀钢筋。 修复的最佳时期应当在商品混凝土