海洋环境下桥梁混凝土结构耐久性的防腐措施

周 礼 吴 楠 蒋 蕾

(1.昆山市轨道交通投资发展有限公司，江苏 苏州 215000; 2.江苏省交通科学研究院股份有限公司，江苏 南京 210017)

0 引言

我国交通部分别于1963年，1965年，1980年针对我国沿海工程结构混凝土破坏状况组织过3次调查。1960年，在对华南、华东地区27座海港混凝土结构的调查分析中发现，导致结构破坏的影响因素中，钢筋锈蚀占到74%。1980年，在对华南18座使用7年～25年海港钢筋混凝土码头的调查分析中发现，钢筋锈蚀或不耐久的占调查结果89%，出现锈蚀破坏的时间有的仅5年～10年，这些结构使用寿命基本上都达不到设计使用年限要求[1]。

20世纪30年代，美国俄勒冈州Alsea海湾上的多拱大桥，因氯离子侵入导致钢筋严重锈蚀，在短期内便发生结构损坏。20世纪60年代，美国旧金山海湾建造的San Mateo－Hayward大桥，浪溅区的预制横梁在海水作用下，钢筋发生严重锈蚀，1980年不得不花巨资修补。阿拉伯和红海上建造的大量海工混凝土结构，由于严重的侵蚀环境作用，往往在使用一年后钢筋就遭到明显腐蚀。日本运输省通过对103座混凝土海港码头的检查发现，使用20年以上的码头都存在严重的顺筋锈裂[2]。

由此可见，氯盐侵蚀是导致沿海工程混凝土结构破坏的主要原因。本文针对沿海桥梁所处的特殊环境，依据现有规范的规定，对此特殊环境下已建桥梁采用的耐久性防护措施进行分析，以期能够为类似环境下桥梁的建设提供参考。

1 国内相关规范的规定

对于沿海工程混凝土的防腐蚀技术，我国《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》和《混凝土结构耐久性设计规范》均提出了明确的要求。

JTJ 275－2000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范3.0.2中明确规定:“混凝土结构防腐蚀耐久性设计，应针对结构预定功能和所处环境条件，选择合理的结构形式、构造和抗腐蚀性、抗渗性良好的优质混凝土;对处于浪溅区的混凝土构件，宜采用高性能混凝土，或同时采用特殊防腐蚀措施”[3]。

JTG/T B07－01－2006公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范4.1中明确规定:“对于重要工程中受环境严重作用(D，E和F级)的结构部位，应考虑是否需要采取附加防腐蚀措施”[4]。

GB/T 50476－2008混凝土结构耐久性设计规范3.1.2中明确规定:“混凝土结构的耐久性设计应包括下列内容:1)结构的设计使用年限、环境类别及其作用等级;2)有利于减轻环境作用的结构形式、布置和构造;3)混凝土结构材料的耐久性质量要求;4)钢筋的混凝土保护层厚度;5)混凝土裂缝控制要求;6)防水、排水等构造措施;7)严重环境作用下合理采取防腐蚀附加措施或多重防护策略;8)耐久性所需的施工养护制度与保护层厚度的施工质量验收要求;9)结构使用阶段的维护、修理与检测要求。”由此可见，《混凝土结构耐久性设计规范》已将防腐蚀附加措施作为混凝土结构耐久性设计的一项必要内容加以明确规定。

对于后张预应力混凝土结构，GB/T 50476－2008混凝土结构耐久性设计规范3.5.10中明确规定:“后张预应力混凝土应采取多重防护措施”。

GB/T 50476－2008混凝土结构耐久性设计规范6.1.6中明确规定:“氯化物环境下的重要混凝土结构和构件，当环境作用等级为E或F级时应采用防腐蚀附加措施”。

GB/T 50476－2008混凝土结构耐久性设计规范7.2.6中明确规定:“当混凝土构件处于硫酸根离子浓度大于1 500 mg/L的流动水或pH值小于3.5的水中时，应在混凝土表面设置专门的防腐蚀附加措施”[5]。

由此可见，对于沿海工程混凝土的防腐蚀技术，除了选择合理的结构形式和抗腐蚀性、抗渗性良好的混凝土之外，采用防腐蚀附加措施也是提高海工混凝土结构物耐久性的重要措施。

2 耐久性附加措施的实际工程应用

2.1 国内桥梁工程实例

本文主要调研了东海大桥、黄海大桥和崇启大桥三座大桥的耐久性附加措施的应用情况。在对三座大桥服役环境对比的基础上(如表1所示)，分别分析三座大桥耐久性附加措施的实际应用情况。

表1 三座大桥服役环境对比

2.1.1 东海大桥

在东海大桥工程建设的过程中，根据结构安全使用100年的要求，确定耐久性的设计思路为:首先，采用高性能混凝土来提高混凝土材料本体的耐久性;其次，针对不同构件和部位，确定合理的钢筋保护层厚度;最后，对于环境条件严苛的结构部位增加其他辅助措施，如增加防护涂层等等，以提高大桥混凝土结构的使用寿命。

东海大桥各结构部位采用的具体的耐久性防护方案如表2所示。

表2 东海大桥各结构部位耐久性方案

2.1.2 黄海大桥

为提高混凝土结构的耐久性能及抗海水侵蚀性能，黄海大桥采取的主要防腐蚀措施为:在混凝土结构物表面采用硅烷浸渍和环氧涂层两道防护措施。

黄海大桥各结构部位采用的具体的耐久性防护方案如表3所示。

表3 黄海大桥海上段混凝土结构耐久性方案

2.1.3 崇启大桥

在崇启大桥工程建设前期，首先对桥位环境进行调研分析，根据环境的特殊性进行理论分析研究，最终根据理论研究成果，在保证桥梁结构安全满足设计要求的前提下，确定经济合理的耐久性防护措施。

崇启大桥各结构部位采用的具体的耐久性防护方案如表4所示。

表4 崇启大桥各结构部位耐久性方案

对上述三座桥梁采用的耐久性防护措施进行对比分析，发现目前国内主要的防护措施是选用高性能混凝土，并进行混凝土表面防护。但各个桥梁采用的防护措施都不尽相同，是根据桥梁所处的特殊环境以及施工技术水平而制定的具有其工程特点的施工方案。

2.2 国外桥梁工程实例

国外一些跨海工程的耐久性防护措施如表5所示。

表5 国外跨海工程耐久性防护措施

对表5分析可知，国外跨海工程中使用较多的耐久性防护措施是进行表面涂层防护，也有工程选用了阴极防护措施、防腐蚀套和掺加阻锈剂的方法。

3 结语

沿海桥梁所处环境及运营条件比较恶劣，桥梁混凝土结构受到环境侵蚀程度较大，这对沿海桥梁的耐久性设计工作提出了更高的要求，需要在防腐蚀附加措施的经济性、可施工性以及可更换性方面进行全面的考虑。如果耐久性附加措施设计不当，不仅浪费人力、物力和财力，而且也会增加桥梁后期运营维护的压力。因此需要根据实际环境及工程特点，采取适宜的耐久性附加措施，以提高桥梁混凝土结构耐久性能和使用寿命。

[1] 陈 驹.氯离子侵蚀作用下混凝土构件的耐久性[D].杭州:浙江大学，2002.

[2] 宏定海.混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M].北京:中国铁道出版社，1998.

[3] JTJ 275－2000，海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S].

[4] JTG/T B07－01－2006，公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S].

[5] GB/T 50476－2008，混凝土结构耐久性设计规范[S].