刘忠桥

(庄河市水务事务服务中心，辽宁 庄河 116422)

近年来，通过检验沿海地区的一些水工混凝土构件，发现桥涵、闸板等靠近沿海的钢筋混凝土结构被渗水锈蚀的问题突出，尤其是施工质量较差的构件，正常使用几年后就因钢筋锈蚀而产生顺筋胀裂，从而大大降低结构的耐久性[1-2]。文章以交通桥、防潮闸为例，结合工程实践和相关资料提出水工混凝土耐久性提升的关键技术措施。

1 质量缺陷原因分析

1.1 钢筋的锈蚀

水泥水化生成的氢氧化钙使得混凝土内部的pH值达到12.5-13.5，钢筋处于含有大量氢氧根离子的高碱环境中可生成一层致密的钝化膜，钝化膜的存在能够有效保护钢筋，钝化膜破坏后钢筋才开始锈蚀[3]。如某进水闸门板出现严重锈蚀，深入分析造成锈蚀的原因有：冬季混凝土拌制时掺入的外加剂和水含有一定的氯盐，料场不净致使河砂内掺入一定量的海砂；此外，长期受海潮冲击的钢筋混凝土闸门板，在海水浸泡下氯盐经结构微观裂缝、宏观缺陷渗入至钢筋表面，造成钝化膜的局部腐蚀，经一系列复杂反应铁转变成铁锈。与原来铁的体积相比，铁锈的体积增加2-4倍，钢筋体积的增大使得原来致密的混凝土表面脱落或开裂[4]。

1.2 施工操作不当

若施工支模时地基处理不好，混凝土浇筑过程中因支撑受力不均匀而发生沉降，使得构件弯曲变形甚至出现裂缝；钢筋混凝土构件尺寸因图纸掌握不够精准而偏离设计要求，模板孔洞不修补、支撑缝隙过大、骨料施工配合比不合理、浇筑振捣不密实等原因，导致混凝土产生孔洞、麻面、蜂窝、露筋等缺陷；木模板不浇水湿润、模板内杂物清理不干净、混凝土搅拌不均匀、配合比不合理等造成混凝土强度不足，外加剂未经试验投入使用、混凝土搅拌不计量及拌制前不试配等，使得拌合物的和易性较差；浇筑完成后养护不到位使得水分蒸发过快或受冻，造成混凝土出现俩风或强度不足。因此，以上因素均可在不同程度上降低水工结构的耐久性。

1.3 碱骨料反应

碱骨料反应是指原材料中携带的碱性物质易与骨料中的氧化硅等发生反应，生成的吸水膨胀凝胶导致混凝土强度的下降，进而使得混凝土产生胀裂。在长期高速水流和水流中泥沙的空蚀、磨损作用下，北方地区的水工结构表面局部易出现钢筋及粗骨料外露、凹痕麻面等破坏，如闸门、涵管、渡槽等部位。

1.4 混凝土碳化

碳化降低了结构内部的碱度，从外到内碳化至钢筋表面时将破坏其钝化膜，钢筋逐渐发生腐蚀；碳化导致混凝土收缩明显增大，内部拉应力显著增加以致出现细微裂缝，大大降低混凝土的抗折、抗压强度。普通硅酸盐水泥水化产生的Ca(OH)2，能够占水化产物总量的10%-15%，这是保证混凝土高碱度的物质基础，对钢筋保护发挥着积极作用；同时，也是最不稳定的化学成分易与环境中的CO2发生反应，内部碱度下降致使钢筋钝化膜破坏，并逐渐产生锈蚀，钢筋锈蚀又进一步加速混凝土脱落。这种恶性循环导致钢筋有效截面不断减小，外部混凝土大量脱落，大大降低水工结构的耐久性和力学性能，对构筑物的安全稳定运行构成潜在威胁[5]。

2 水工混凝土耐久性提升技术

2.1 工程概况

葫芦岛市某交通桥、防潮闸工程位于六股河入海口处，防潮闸主建筑物为2级，防洪设计标准为20a一遇，闸室共有12孔，总净宽48m，闸室垂直水流和顺水流向长54.28m、12.60m，底板厚1.2m。闸门为平面梁板式，尺寸为宽4.36m、高2.80m，属于C30钢筋混凝土结构。机架桥设于防潮闸上，机房属砖混结构，尺寸为净宽3.26m、净高3.60m。桥头堡分别布设于闸室两端，共三层，布置配电设施、楼梯，总建筑面积582.04m2；闸室上游浆砌石护坦、铺盖长都为12.5m，下游防冲槽、海漫、消力池长分别为4.5m、12.0m、12.0m，消力池和铺盖两侧布设C30挡土墙。中缝墩和南北边墩上布设三跨T型交通桥梁，桥面宽10.0m，总长60.05m，按挂-100、汽-20的荷载标准校核。该工程的建成投入运营，对促进当地的旅游开发、生态环境保护和水产养殖等发挥着重要作用，并取得显著的生态、经济和社会效益。

2.2 增加保护层厚度

通过增加保护层厚度有效控制氯盐侵蚀，一般地氯离子渗透深度、碳化深度与时间的平方根成正比，因此增加保护层厚度可以延长氯离子渗透至钢筋表面和钢筋脱钝的时间。此外，环氧涂层钢筋是对钢筋表面利用静电粉末喷涂法进行加工制作，从而保证钢筋基体与土层之间的牢固黏结，增强钢筋的耐化学腐蚀性和耐碱性。采用环氧涂层钢筋和增加保护层厚度的方式，实现防潮闸的有效保护，控制最小保护层厚度见表1。

表1 最小保护层厚度

2.3 强化施工质量控制

1)模板设计。浇筑支模前，做好模板设计使其具有足够的稳定性、强度和刚度，可靠地承受各种施工荷载和浇筑时的侧向压力。选用2套小缝墩、1套大缝墩和定型加工制作的钢模板作为防潮闸闸墩模板，为了保证不漏浆、不跑浆支模时要做到接缝严密，并且确保各结构构件的相应位置、几何尺寸和形状正确，合理处理和预留施工缝。

2)钢筋绑扎、下料。根据设计要求对钢筋进行除锈、防锈处理，进料之前要检查钢筋规格、钢号、种类、试验单或出厂质量证明书等资料，钢筋采购时应按不同规格、级别进行钢筋抽样，并做冷弯、延伸率、拉力试验。钢筋下料前要准确计算锚固筋的长度，以防出现下料返工的情况，节约工料成本。绑扎过程中贯彻执行相关规范，做到钢筋焊接、绑扎位置、接头、间距、直径、根数、材质等复核规范规定和设计要求。

3)混凝土浇筑。按照设计配合比和混凝土标号进行配制，拌制过程中对各种材料用量进行精准控制，保证投料误差不超过允许的范围。混凝土搅拌时间、塌落度、和易性要符合要求，浇筑前清理干净模板内的杂物，浇筑时安排专人振捣以防出现露筋、麻面、蜂窝等质量缺陷。科学处理和留置施工缝，保证接搓的处理、留设的位置等符合规定；浇筑完成后按规定进行养护，夏季高温时应洒水养护保持一定的湿度，冬季施工时掺入适量的防冻剂，并做好保温措施以维持水泥的正常水化，有效防止干缩裂缝的形成。

4)混凝土外涂覆层。外涂覆层有各种树脂、油漆、沥青焦油、土料、水泥基涂层、浸渍性和渗透性涂层，可采用外涂防锈漆的方式对交通桥梁板、防潮闸闸门板进行处理。

2.4 加强原材料质量控制

1)水泥质量控制。该防潮闸选用抗侵蚀性水泥，不同结构部位所用的水泥标号不同，具体见表2。

表2 不同部位的水泥品种

2)细骨料质量控制。采用级配良好、颗粒洁净、质地坚硬的天然河砂作为细骨料，其细度模数为2.2-3.0，主要技术参数见表3。

表3 细骨料技术参数

3)粗骨料质量控制。采用级配、粒形良好且质地坚硬的碎石作为粗骨料，其主要技术参数见表4。

表4 粗骨料技术参数

2.5 使用改善耐久性的外加剂

一般地，用于改善耐久性的外加剂有阻锈剂、防水剂和引气剂等，其中阻锈剂能够抑制钝化膜的破坏，有效阻碍氯离子的侵蚀；防水剂能够有效减少拌合物的泌水离析，通过改善和易性增强混凝土的抗冻性、抗渗性；引气剂的掺入能够形成封闭、稳定、分布均匀的微小气泡，主要有烷基苯磺酸盐、松香皂和松香热聚物等，引气剂的使用可以增加混凝土含气量，在降低混凝土弹性模量的同时提高其抗裂性能。因此，可以在防潮闸混凝土中掺入适量的阻锈剂和引气剂[6-8]。

3 结 论

钢筋锈蚀对水工结构的危害越来越引起人们的重视，为了保证水工混凝土质量必须严格按照施工规范，采取切实可行的技术措施，如采取优质原材料、掺入适量的外加剂和矿物集料、加强原材料质量控制等，由此可大大减少混凝土体积收缩、内部孔隙率和水泥用量；施工过程中严格把控质量关，加强各环节控制，保证坍落度、水灰比符合设计要求，严格执行规范合理操作混凝土振捣，并且注重抹面施工，以防出现露筋、麻面、蜂窝等缺陷，通过以上措施的实施进一步提升水工结构耐久性[9-11]。