厦门同安湾大桥建设防腐措施研究与实践

陈治国

(中铁十七局集团第六工程有限公司，福建厦门 361009)

1 工程建设概况

同安湾大桥桥梁全长2 528.2 m，为左右分幅的双线市政公路桥梁，桥宽32 m，设双向六车道。主桥采用(60+3×100+60)m的跨径，引桥用30 m和40 m跨。主桥采用变截面预应力混凝土连续箱梁，引桥用等截面预应力连续箱梁，全桥共14联。桥梁下部结构除主桥采用钻孔桩基、板式墩身外，其余均为桩柱式基础。桩基混凝土采用C35，墩柱及盖梁混凝土为C40，箱梁混凝土为C50，桥梁布置图见图1。

同安湾大桥为跨越厦门同安湾海域的跨海大桥，属热带海洋性环境，气候温和湿润，受半日型潮汐影响，区域内的海水和盐雾对大桥构件混凝土及混凝土内的钢筋具有强腐蚀性，若不采取相应的防腐技术措施，将直接影响大桥的使用寿命。

2 桥梁结构的腐蚀机理

根据著名混凝土专家美国加州大学伯克利分校的P.K.Mehta教授的研究，把沿海及跨海桥梁结构混凝土腐蚀破坏原因归结为钢筋腐蚀、寒冷冻害，侵蚀环境的物理化学作用［1］。

厦门地区处于热带地区，不存在寒冷冻害，该因素不用考虑。对于碱—集料反应的问题，根据厦门路桥混凝土公司会同武汉水利科学研究院研究表明，厦门产地的粗骨料经科学取样研究，不存在碱—集料反应。这样对于同安湾大桥结构混凝土来说，就只存在如下腐蚀破坏机理。

2.1 钢筋腐蚀

钢筋混凝土结构破坏的主要原因是钢筋腐蚀，而钢筋腐蚀主要是因海洋环境中富含Cl－。Cl－对钢筋腐蚀作用表现在以下几个方面［2］:

1)破坏钢筋表面的钝化膜。混凝土中水泥在水化过程中，会产生高碱性(pH≥12.6)，它使钢筋混凝土中钢筋表面发生钝化作用，产生一层致密的钝化膜保护钢筋。由于Cl－进入混凝土，使得钢筋局部钝化膜的高碱度迅速下降，其pH值从12左右降低到4以下，该处的钝化膜遭到了破坏。

2)“腐蚀电池”效应。进入混凝土的Cl－对钢筋表面钝化膜的破坏首先发生在局部，使这些部位露出了铁基体，露出的铁基体与尚完好的钝化膜区域之间构成电位差。钝化膜区作为阴极，铁基体作为阳极而受腐蚀并迅速发展。

3)去极化作用。电化学腐蚀中阳极反应过程是Fe－2e=Fe2+，而Fe2+遇到Cl－会生成FeCl2，从而加速阳极过程，也就形成了阳极去极化作用。

4)导电作用。形成腐蚀电池的必要条件之一是要有离子通路。进入混凝土中的氯盐中的阳离子(Na+，Ca2+等)和阴离子Cl－，强化了离子通路，加速了钢筋混凝土的电化学腐蚀过程。

2.2 碳化作用

碳化作用是指构件所处环境中的CO2气体通过孔隙进入混凝土，与其Ca(OH)2成分发生化学反应，生成水和CaCO3的过程。碳化后的混凝土，pH值急剧下降，钢筋钝化膜被破坏。碳化作用主要发生在浪溅区。通过对厦门地区海洋环境对桥梁结构混凝土腐蚀破坏机理分析，表明同安湾大桥桥梁结构的钢筋混凝土防腐蚀破坏，最关键因素是防钢筋锈蚀破坏。而钢筋锈蚀破坏的主因是钢筋混凝土中的氯离子渗透和浪溅区的碳化作用。

3 防腐措施

同安湾大桥的防腐措施采用“主动防腐”和“被动防腐”相结合的防腐策略。“主动防腐”就是采用高耐久性的高性能混凝土，提高混凝土的密实性，降低氯离子扩散系数，主动保护钢筋混凝土构件的劣化。“被动防腐”就是给桥梁构件钢筋混凝土增加附加结构用于抵抗腐蚀，从而保护桥梁构件钢筋混凝土。

基于厦门同安湾大桥海洋环境对桥梁结构钢筋混凝土腐蚀破坏机理和“主动防腐”和“被动防腐”相结合的防腐原则，全桥采用如下防腐措施。

3.1 钻孔灌注桩基础防腐措施

1)采用桩基高标号混凝土(C35)。

2)采用“双掺”技术(粉煤灰、减水剂等)提高混凝土的致密性和抗渗性，桩基高标号混凝土氯离子扩散系数(RCM法)要小于 3.0 ×10－12m2/s。

3)采用外加防腐钢护筒。同安湾大桥桩基在基本混凝土防腐的同时，还增加附加结构的防腐措施，即施工和防腐综合考虑，保留施工钢护筒作为桩基的永久防腐结构。保留桩基施工钢护筒，能有效推迟海水腐蚀介质进入混凝土。该措施可推迟氯离子向混凝土中渗透60年左右。换言之，理论上海水用60年的时间才能将钢护筒腐蚀掉，而后才能到达桩基混凝土(见图2)。

3.2 承台和墩身防腐措施

1)采用高标号混凝土(C40)。

2)采用“双掺”技术(粉煤灰、减水剂等)提高混凝土的致密性和抗渗性，承台和墩身高标号混凝土氯离子扩散系数(RCM法)要小于2.5 ×10－12m2/s。

3)添加聚丙烯纤维。

4)表面喷涂密水剂(HM-1500)。

5)混凝土表面防腐涂装。

3.3 箱梁防腐措施

1)采用高标号混凝土(C50)。2)采用“双掺”技术(粉煤灰、减水剂等)提高混凝土的致密性和抗渗性，箱梁高标号混凝土氯离子扩散系数(RCM法)要小于1.5×10－12m2/s。3)箱梁混凝土表面防腐涂装。

4 同安湾大桥防腐研究

同安湾大桥为钢筋混凝土桥梁，其防腐研究重点为钢筋混凝土的防腐研究。下面以桩基混凝土防腐研究为例，阐述同安湾大桥的防腐实践。

根据大桥桩基混凝土强度等级、施工工艺要求，所处腐蚀环境区域，耐久性要求，确定桩基混凝土的试配研究目标基本参数如表1所示。

表1 同安湾大桥混凝土耐久性设计基本参数要求(桩基)

4.1 抗腐蚀桩基混凝土原材料的选用

4.1.1 水泥的选择

本工程配制高性能混凝土所用水泥强度等级为42.5的符合国家标准GB 175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的Ⅱ型硅酸盐水泥(P.Ⅱ)。水泥中的氯离子含量应低于0.03%，水泥中的C3A含量控制在6%～12%。水泥采用建福P.O42.5水泥，其技术参数如表2所示。

表2 建福P.O42.5水泥物理化学性能

4.1.2 粗骨料的选择

粗骨料选用厦门同安、海沧本地料场生产碎石，其技术指标见表3。

表3 粗骨料试验指标

4.1.3 细骨料的选择

细骨料采用福建龙海九龙江产河砂，其技术指标见表4。

表4 细骨料技术指标

4.1.4 减水剂的选择

减水剂等化学外加剂的质量应符合GB/T 18736-2002高强度高性能混凝土用矿物外加剂的规定。本项工程减水剂采用科之杰产point-400缓凝高效减水剂，其技术指标见表5。

表5 减水剂技术指标

4.1.5 粉煤灰的选择

掺合料的粉煤灰采用厦门篙屿电厂的合格产品，其物理化学性能见表6。

表6 粉煤灰物理性能 %

4.1.6 矿粉的选择

掺合料的矿粉采用科之杰公司产品，其物理化学性能见表7。

表7 矿粉物理化学性能

4.2 抗腐蚀桩基混凝土配合比试验研究

首先，选定混凝土配合比的试配方案。方案一:水泥加高效减水缓凝剂的基准配合比;方案二:水泥加高效减水缓凝剂后掺粉煤灰配合比;方案三:水泥加高效减水缓凝剂后掺粉煤灰和矿粉配合比(见表8)。

表8 不同方案C35桩基混凝土配合比表

抗氯离子渗透性能试验是目前评定混凝土抗渗性及耐腐蚀性能常用的方法［3］，我们用90 d龄期混凝土来试验评定其耐久性指标。试验结果如表9所示。

表9 不同方案C35桩基混凝土抗氯离子渗透试验数据对比

通过试验可以看出，方案三:水泥加高效减水缓凝剂后掺粉煤灰和矿粉配合比，氯离子扩散系数和电通量显著降低，表现出较高的耐腐蚀性能。所以，抗腐蚀桩基C35混凝土配合比选定为方案三。

桥梁的其他部位的防腐混凝土配制原理及步骤相同，只是氯离子扩散系数的限定值不同，不再重述。

5 结语

厦门同安湾大桥建设防腐实践中，通过海洋环境对钢筋混凝土腐蚀机理分析;桥梁建设综合防腐措施的选择;高性能混凝土配制研究，实现以控制混凝土的抗氯离子渗透性及扩散为主的“主动防腐”和以替代性腐蚀的附加防腐为主的“被动防腐”桥梁防腐措施。取得了良好的效果，对同类桥梁建设防腐有很好的借鉴作用。

［1］Mehta P.K，Burrows RW.Building Durable Structures in the 21st Century［J］.Concrete International，2001，23(3):57-63.

［2］洪乃丰.混凝土中钢筋腐蚀与防护技术［J］.工业建筑，1999(10):56-59.

［3］冯乃谦，邢 锋.高性能混凝土的氯离子渗透性和导电量［J］.混凝土，2001(1):3-7.

［4］孟李燕，李吉坤，张世兵.混凝土结构的腐蚀及防治［J］.山西建筑，2010，36(9):151-152.