海洋环境混凝土结构耐久性措施研究_李旭伟

科技信息

1.概述

海南岛地处高温、多雨的热带季风海洋性气候地区，四周环海，大

部分公路桥梁工程位于或接近于沿海滩涂地带，甚至有些工程就直接

在海上修筑，公路桥梁所处自然环境条件恶劣，受日照、台风、海水及涨

落潮干湿循环等多种不利因素影响。

在正常使用条件下，公路桥涵结构的设计使用年限应达30～100

年，但实际工程中许多混凝土结构远未达到其使用年限，经过二十年、

十几年甚至几年就因劣化而遭到破坏，社会经济损失巨大。特别是跨

（沿）海工程，处于D～F腐蚀作用等级，在侵蚀性介质和荷载的双重作

用下，混凝土结构的耐久性成为工程界关注的热点问题。

为适应我国现代化建设的需要与可持续发展的战略需求，必须考

虑结构使用环境的侵蚀特性，制定严格的耐久性设计方案、强化与耐久

性有关的技术条款和施工组织设计，确保混凝土结构设计基准期100

年。

2.耐久性设计研究现状

普通混凝土并不如人们预料的那般安全，耐久性不足而导致结构

破坏的现象日益增多，由此造成的经济损失不容忽视。因此，加强混凝

土结构质量控制，使其满足安全性和耐久性的要求是工程建设的当务

之急。随着混凝土材料科学的不断进步，人们开始研究高工作性、高耐

久性、体积稳定性好的混凝土，即高性能混凝土(HPC)。

我国正处于经济高速发展的时期，许多耗资巨大的跨海大桥、海洋

钻井平台已经或即将兴建，这些构筑物处于恶劣的海洋环境下，其长期

安全的正常使用成为工程界关注的重点。高性能混凝土中的海工混凝

土凭借其性能的优点，很强的抗氯离子渗透能力和耐冻性，通过采用不

同的掺合料及一些必要的附加措施，可以有效克服使用环境给建筑结

构带来的危害，达到延长使用寿命和提高结构耐久性的目的。

表1常见耐久性措施的优缺点比较

耐久性措施

基本措施附加措施低渗透性混凝土

增加保护层厚度

透水模板布

环氧涂层钢筋

不锈钢钢筋

阻锈剂

表面涂层

阴极保护

优点

成本低、效果好

成本低、效果好

提高外观和保护层砼

质量、适用于墩柱结

构

维护费用低，可延长

结构使用寿命20年

左右

优异的耐蚀性能，可

达到钢筋60年不损坏

使用方便，可延长结

构使用寿命15-20年

使用方便，可延长结

构使用寿命10-20年

使用寿命长

缺点

需要精心施工、适当的

养护，以达到良好的抗

氯离子渗透性能

保护层厚度过大，会导

致保护层收缩裂缝

粘贴受施工条件限制、

重复使用存在色差

降低握裹力，涂层易破

损、潮湿环境中粘结不

良易剥离

价格昂贵

必须了解氯化物的含

量，长期效果需检证

易老化，需重新涂刷

维护费用高

3.国内外类似工程耐久性设计

3.1杭州湾跨海大桥

杭州湾跨海大桥全长36km，设计使用年限100年。工程所处的杭州湾是世界三大强潮海湾之一，风浪大，潮差高，海流急，环境条件恶劣。为达到混凝土结构的使用寿命采用以下措施。

（1）提高混凝土保护层厚度

上部结构按全预应力混凝土结构设计，钢筋混凝土结构裂缝宽度不大于0.1mm；加大保护层厚度见表2。

表2各部位混凝土保护层厚度

结构部位

钻孔桩

承台

桥墩

箱梁

海上

陆上

保护层厚度（mm）

75

90

75

60

40

（2）采用海工耐久性混凝土

采用42.5P.Ⅱ型硅酸盐水泥，粉煤灰和磨细高炉矿渣粉配制海工混凝土，控制混凝土的最大水胶比和胶凝材料最少用量，见表3。

表3最大水胶比和胶凝材料最低用量

工程部位

基桩、承台、现浇桥墩及索塔

预制箱梁、预制桥墩

现浇梁及其他部位混凝土

最大水胶比

W/B

0.40

0.33

0.35

胶凝材料最低用量

kg/m3

400

450

450（3）氯离子扩散系数检测

氯离子扩散系数为本桥混凝土判定耐久性的主要监控指标，检测采用RCM法，桥梁各部位抗氯离子参透性要求见表4。

表4混凝土抗氯离子渗透性要求（12周龄期）

结构部位

钻孔灌注桩

承台

墩身

箱梁

桥塔

混凝土氯离子扩散系数（10-12m2/s）

≤3.0

≤2.5

≤1.5

≤1.5

≤1.5

（4）钢束防腐

为了保护处在高应力状态下的钢束不被盐雾侵蚀，要求灌浆料流动性好、易填充、不离析、不泌水，并采用塑料玻纹管和真空辅助压浆技术灌浆。

（5）其它防腐蚀措施

①混凝土表面涂层。

②钻孔桩钢护筒施工后作为牺牲厚度，以保护钻孔桩上段砼不被腐蚀。

③承台、墩身浪溅区混凝土掺加亚硝酸钙类钢筋阻绣剂。

④浪溅区现浇墩身采用环氧涂层钢筋和透水模板布。

⑤主墩采用外加电流阴极保护。

以上各项措施中，提高保护层厚度和采用海工耐久混凝土是混凝土结构防腐蚀的最基本措施。外表涂装具有阻隔腐蚀介质接触特点，可延长结构的寿命20年左右，需要复涂。外加电流方案从原理上可对混凝土结构进行长期保护，透水模板布对抗氯离子侵蚀效果显著，但后两项技术目前存在费用高的问题。

海洋环境混凝土结构耐久性措施研究

海南省公路勘察设计院李旭伟海南海协建设项目工程咨询有限公司李义停

［摘要］随着耗资巨大的跨海大桥、海洋钻井平台等大型混凝土结构的修建，越来越多的人工构筑物处于恶劣的海洋环境下，如何

提高混凝土结构的耐久性，使其达到混凝土结构100年的设计基准期，延长混凝土结构的使用年限，确保结构长期安全的正常使用成

为工程界关注的重点。

［关键词］耐久性防腐海工混凝土海洋环境

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