浅谈范和港大桥防腐体系
2017-06-05
范和港大桥是广东省惠州市第一座跨海大桥，是惠东凌坑至碧甲高速公路的控制性工程，大桥建成后，可解决惠东县稔平半岛与岛外的快速交通问题，把半岛的可开发资源有效的连接起来，从而带动巽寮旅游度假区的开发和经济发展。范和港大桥全长2741m。桥跨组合为：（30+23×50）mPC连续箱梁+（152+300+152）mPC斜拉桥+（19×50）mPC连续箱梁，主桥长604m，主桥采用双塔单索面，是墩、塔、梁固结的预应力混凝土斜拉桥，引桥上部采用30M、40M、50M预应力砼连续箱梁，采用移动模架现浇施工。
1. 工程环境
范和港大桥设计基准期为100年，对耐久性设计和施工提出了很高的要求。大桥地处亚热带海洋性季风气候的海洋环境，大气湿润，氯离子含量高，对工程结构的耐久性和使用寿命带来了不利影响。环境作用按其对钢筋混凝土结构的腐蚀作用的严重程度分为6级，具体分级见下表1。
表1 环境作用等级［1］
范和港大桥附近海域最高潮位为3.183m，最低潮位-0.894m，设计最高通航水位为2.105m，设计最低通航水位为-0.766m。根据有关规定，结合项目所处环境，可知该工程主要构件受环境作用的级别为D、E、F三级，均将遭受严重程度以上的腐蚀作用。
2. 防腐体系
为提高混凝自身的抗腐蚀能力，范和港大桥全桥的永久结构均采用海工高性能混凝土，相比陆地上的桥梁，构件的保护层也增大了不少，其抗腐蚀能力得到了很大的提高，为了达到设计使用年限，对处于恶劣环境条件下的工程部位，在常规防腐措施的基础上结合附加防腐方案来确保桥梁的耐久性。具体防腐方案见下表2：
2.1 海工高性能混凝土。 海工高性能混凝土系用常规原材料、常规工艺、双掺矿物掺合料及化学外加剂，经配合比优化而制成，在海洋环境中具有高抗氯离子扩散性、高抗裂性和良好工作性。范和港大桥海工高性能混凝土的配合比及施工情况如下：
（1）通过试配来选用性能优良的水泥，水泥中氯离子含量小于0.03%，C3A含量小于10%；矿物掺合料采用粉煤灰和磨细矿渣粉双掺，其氯离子含量均小于0.02%，磨细矿渣粉28d活性指数大于等于95%；集料中氯离子含量小于0.02%，细集料采用河砂；混凝土拌合用水中氯离子含量小于200mg/L；所用减水剂为复合型高性能减水剂，具有一定的引气效果，其氯离子含量小于混凝土胶凝材料总重的0.01%；混凝土拌合物中各种原材料引入的氯离子总重量小于胶凝材料总量的0.1%（钢筋混凝土结构）和0.06%（预应力混凝土结构）。
表2 范和港大桥防腐方案
（2）根据设计要求，桩基、承台、主引桥墩身、桥台及主塔水胶比≤0.4，胶凝材料用量≥400Kg/m3；引桥箱梁及其他混凝土水胶比≤0.35，胶凝材料用量≥450Kg/m3，最高胶凝材料用量不宜高于500Kg/m3。
2.2 混凝土保护层。混凝土保护层是包裹在钢筋外面的一件帮助钢筋抵抗锈蚀的“外套”，这件“外套”至关重要，其厚度跟质量决定了内部钢筋何时开始锈蚀。混凝土保护层越厚，其对钢筋的保护时间就越长，但同时其产生裂缝的风险也在增加，混凝土一旦产生裂缝，空气中的水汽更容易与混凝土内部钢筋接触，更早地出现钢筋锈蚀问题。混凝土保护层施工控制措施如下：
（1）混凝土保护层厚度从钢筋外缘而不是主筋外缘算起，其控制偏差为（+10，0），骨架钢筋和绑扎固定垫块的扎丝不得侵入保护层。垫块尺寸不允许出现负偏差，正偏差不得大于5mm，构件侧面和底面所布设的垫块数量不少于4个/m2［2］。
（2）海工高性能混凝土具有高胶凝材料用量、低水胶比与掺入大量活性掺合料等特点，其早期体积稳定性差、容易开裂。大体积混凝土由于其散热困难，混凝土内部容易积聚较高温度，更容易出现由于水化热引起的开裂问题。在范和港大桥多个工程部位的大体积混凝土施工中，采用冷却水管的水循环和热传递效应来降低混凝土内部的温度，控制住大体积混凝土施工的开裂现象。
（3）混凝土构件许多后期发现的裂缝都是由于初期养护措施不到位产生的细微裂纹逐渐发展形成的，海工高性能混凝土初期养护的质量是裂缝产生的关键。为防止表面混凝土失水造成干缩裂缝，在混凝土初凝后必须进行养护。由于不能使用海水进行养护，而淡水供应比较紧张，确保混凝土表面一直处于湿润状态比较困难；使用薄膜包裹养护最大的问题是海风容易将其吹开，造成养护措施失效。综合考虑上述因素以后，最确定个别工程部位采用养护剂进行养护。养护剂是一种高分子涂膜材料，喷洒在混凝土表面后固化，形成一层致密的薄膜，使混凝土表面与空气隔绝，防止水分过快蒸发，保证混凝土有较好的保水养生条件。
2.3 附加防腐措施。
2.3.1 桩基。桩基采用钢护筒作为附加防腐措施将混凝土与海水隔开，保护混凝土免受海水腐蚀。钢护筒直径最小的为1800mm，最大的为3000mm，其壁厚分别为15mm和22mm，为Q235B号钢。从桩基顶部往下9米范围，该段钢护筒进行了防腐涂装处理，钢护筒表面净化后喷砂除锈达Sa3级，除锈后钢结构表面达到彻底除掉表面上的油脂、氧化皮、锈蚀产物等一切杂物，表面无任何可见残留物，呈现均一的金属本色，并有一定的粗糙度，再电弧喷铝120μm，采用磁性测厚仪测定，100%检查合格方可进入下道工序。最后涂上环氧云铁封闭漆60μm，涂装厚度同样要进行检查，不合要求的位置进行局部修补。涂装施工必须在无雨的天气进行，若遇天气湿度较大或浓雾期间，则不进行施工，确保涂装质量。桩基施工采用淡水造浆，开孔前将钢护筒内海水抽干，并注入淡水进行置换，桩基成孔后检查泥浆中的氯离子含量，将其控制在1000mg/L以内。
