耐氯盐水工混凝土在北排河挡潮闸施工中的应用

田海军，岳胜卫，白建辉

（1.河北省南运河河务管理处，河北省沧州市新华西路10号 061001；2.河北省水利工程局，河北省石家庄市体育南大街365号 050051；3.沧州市华油飞达石油装备有限公司，河北省沧州市道东北街41号 061000））

1 工程概况

北排河挡潮闸位于天津市大港区新马棚口村南，北排河入海口处。由老档潮闸、新挡潮闸及津歧公路桥组成，为三级建筑物。修建的目的是平时闭闸挡潮，防止海水倒灌，汛期启闸泄洪排泄，枯水期蓄淡灌溉。

该闸为开敞式钢筋混凝土结构，闸室分为4孔，每孔净宽7米，闸底高程－3.5米（黄海高程，以下同）；闸室底板长13米，厚1.5米；闸墩长7.6米，厚0.8米；两岸为重力式岸墙及翼墙，墙顶高程6.6米。

北排河挡潮闸已运行40多年，工程严重老化，混凝土剥蚀，钢筋裸露，表面严重碳化，影响了工程的正常运行，通过加固处理，提高混凝土结构的耐久性，延长工程的寿命，确保工程正常运行。

2 海洋环境对沿海挡潮闸施工的影响

海洋环境是挡潮闸工程施工所处的最恶劣的外部环境之一。主要表现在海水中的化学成分能引起混凝土溶蚀破坏、碱－骨料反应；在寒冷地区可能出现冻融破坏；海浪及悬浮物对混凝土结构会造成机械磨损和冲击作用；海水或海风中的氯离子能引起钢筋腐蚀。

钢筋混凝土构件在海洋环境中使用时会因为遭受到冰冻、风浪、水质、潮汐等多种天然因素的作用而缩短使用寿命。严酷复杂的海洋环境会造成钢筋锈蚀、混凝土性能劣化，因而导致混凝土构件过早破坏，这也成为当今对混凝土耐久性问题关注的焦点之一。造成海工混凝土结构破坏的主要因素有：碳化、盐类渗入引起的钢筋锈蚀、冻融破坏、溶蚀作用、盐类侵蚀作用、碱－集料反应以及冲击磨损的机械破坏作用等，其中钢筋锈蚀主要是由氯离子渗透引起的。因此，在施工过程中如何避免钢筋早期生锈；如何提高混凝土自身的密实性、抗渗性和抗冻性能避免钢筋锈蚀至关重要。

3 沿海环境中混凝土破损特点

3.1 无机离子（化学侵蚀）

无机离子对混凝土的腐蚀主要有以下两个方面：一是硫酸盐和水泥的化学反应，二是Cl离子和水泥胶凝材料的化学结合。硫酸盐与混凝土接触时，产生钙矾石，造成混凝土膨胀，使它的表层开裂或软化。而裂缝又助长了硫酸盐和其它离子的侵蚀渗透，进一步加速了混凝土的破坏。氯化物则是与水泥中的C3 A发生反应，生成高膨胀性的氯铝酸盐。同时，氯离子渗入钢筋表面，钢筋锈蚀亦引起体积膨胀，使混凝土保护层胀裂，反过来又加速了钢筋的腐蚀，从而影响承载力，直至结构被破坏。处于海洋大气中的钢筋混凝土结构，特别是位于浪溅区部分的混凝土，它的表面不断处于干湿循环中，混凝土表面孔隙内盐分浓度在干湿循环中逐渐增加。在浓差作用下，盐分进一步向混凝土的内表渗入，直至钢筋表面，造成腐蚀。而当混凝土表面存在缺陷时，则会促使钢筋混凝土的腐蚀。

3.2 结构的老化与病害

水工结构长期受到外界环境的影响，容易出现混凝土碳化、钢筋锈蚀的现象，从而导致钢筋力学性能改变、混凝土强度随时间改变，以及由此引起的钢筋与混凝土之间粘结能力退化等的发生。除了自然老化外，施工质量差、材料强度下降以及长年失修、恶劣的运营条件是结构产生病害的另一主要原因。老化和病害将导致结构的承载能力降低，安全性下降。

3.3 钢筋锈蚀

钢筋锈蚀是混凝土结构的第一破坏因素。钢筋锈蚀通常表现在混凝土表面沿受力钢筋方向出现裂缝，并带有锈斑。这种裂缝表明，膨胀的铁锈足以使混凝土开裂。钢筋锈蚀不仅能削弱其截面面积，使构件承载能力下降，还会降低钢筋与混凝土的握裹力，影响两者共同工作的性能。同时，由于钢筋锈蚀后体积膨胀，造成混凝土保护层破裂，甚至脱落，从而降低了结构的受力性能和耐久性能。

4 耐氯盐水工混凝土施工控制要点

耐氯盐水工混凝土是由硅酸盐类水泥、矿物掺合料、化学外加剂、砂石骨料和水等原材料组成，在达到设计龄期后具有良好的抗渗性、抗冻性，可有效抵抗氯盐侵蚀的混凝土。

4.1 原材料

氯盐环境下严格限制原材料引入混凝土中的氯离子含量，各种原材料中的氯离子量应尽可能低。新拌混凝土硬化后，实测混凝土中的水溶氯离子含量对于钢筋混凝土不应超过胶凝材料重的0.1%。

4.1.1 水泥

沿海混凝土工程施工不宜单独采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥作为胶凝材料配制混凝土，应掺加大掺量矿物掺合料，如粉煤灰、矿渣微粉等；也不宜单独采用抗硫酸盐硅酸盐水泥配制混凝土，宜采用低氯离子含量的水泥和选用具有较高抗氯离子性能的水泥。复合型胶凝材料，可以大大提高混凝土的抗渗性。

4.1.2 细骨料

沿海混凝土工程施工应选用质地坚硬、清洁、级配良好的人工砂或者天然砂，严禁采用海砂。在开采、运输、堆放和使用过程中，应采取措施防止遭受海水污染。在存放过程中，不要露天放置，最好有罩棚遮挡，严格控制细骨料氯离子的含量。

4.1.3 外加剂

外加剂应采用能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品。使用的外加剂应具有提高混凝土抗渗性、密实性、抗裂性和抗冻性。严格控制外加剂引入氯离子的含量。

4.1.4 水

沿海混凝土施工，严格控制施工用水中的氯离子含量十分重要。采用地表水、地下水和其他类型水拌和和养护混凝土，水中的氯离子含量不应大于200 mg／L。

4.1.5 钢筋

由于沿海环境恶劣，钢筋宜出现表面轻微锈蚀的现象，施工中特别要注意。首先要严格控制钢筋的质量，进场必须有出厂合格证，并做材质试验，合格后才允许使用。冷加工钢筋不宜作为预应力筋使用，也不宜作为按塑性设计构造的受力主筋。纵向受力钢筋的最小直径宜不小于16 mm。钢筋的存放必须加衬垫，不能直接放置在地面上；钢筋的存放地点尽量避开海风直接吹拂，用罩棚罩起来最好。钢筋的进量最好与工程的进度相匹配，避免存放时间过长，最好不超过30天。如钢筋表面出现浮锈，必须经过处理，经监理验收合格后才能使用。

4.1.6 混凝土掺合料

混凝土掺合料有粉煤灰、矿渣微粉、硅灰等材料。掺合料必须品质稳定、来料均匀、来源固定。掺合料的掺量应根据设计对混凝土各龄期强度、混凝土的工作性和耐久性以及施工条件和工程特点而定。掺合料进场，应出示相应的检验证明和生产厂家出具的产品检验合格证书。

4.2 混凝土浇筑

沿海混凝土工程在正式施工前，应针对工程所在沿海环境特点和施工条件，会同设计、施工、监理及混凝土供应等各方，共同制定施工全过程和各个施工环节的质量控制与质量保证措施以及相应的施工技术条例，商定质量检验和合格验收方法。施工和监理单位应各自委派专人负责记录混凝土运送到工地的时间和出机坍落度、浇筑时间和浇筑时的坍落度、浇筑时气温与混凝土浇筑温度、混凝土浇筑厚度的控制以及混凝土的养护方式和养护过程。

沿海混凝土工程施工中，要重点保证施工质量，并采取专门措施，结构表层混凝土的振捣密实与均匀性、混凝土保护层厚度或钢筋定位的准确性、混凝土裂缝控制。

泵送混凝土的坍落度不宜过大以免离析和泌水。插入式振捣棒需变换其在混凝土拌合物中的水平位置时，应竖向缓慢拔出，不得放在拌合物内平拖。泵送下料口应及时移动，不得用插入式振捣棒平拖驱赶下料口处堆积的拌合物将其推向远处。

钢筋保护层厚度的控制是关键，应采用混凝土垫块定位保护层厚度，钢筋位置必须准确。浇筑混凝土前，应仔细检查定位块位置、数量及其紧固程度，并应指定专人作重复性检查以提高保护层厚度尺寸的施工质量保证率。

抗海水侵蚀混凝土为大掺量矿渣微粉和粉煤灰混凝土，水胶比严格控制不能大于0.4，夏季在混凝土浇筑时，必须采取在工作面上喷雾保湿，防止表面水分蒸发过快。

4.3 混凝土养护

混凝土的耐久性质量在很大程度上取决于施工养护过程中的湿度和温度控制。暴露于大气中的新浇筑混凝土表面应及时浇水或覆盖湿麻袋、湿棉毡等进行养护。严禁采用海水养护，必须严格控制养护用水中氯离子的含量。

混凝土应有充分的潮湿养护时间，养护时间不能少于28天。尽可能推迟新浇筑混凝土与海水等氯盐环境接触时的龄期。

混凝土的拆模时间除需考虑拆模时的混凝土强度外，还应考虑到拆模时的混凝土温度不能过高，以免接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇筑凉水养护。

沿海海风比较大、日照较强烈，养护最好采用喷涂养护剂、包裹塑料膜或外罩覆盖层等措施，避免风吹、暴晒，防止混凝土表面的水分蒸发。

5 结论

由于沿海环境水和空气中氯离子的含量比较高，耐氯盐水工混凝土的实施应用，可提高工程的使用年限，更好的服务于农业和经济建设，更好的发挥水利工程的社会效益。

［1］ 张世义，范颖芳，栾海洋.矿渣微粉对水泥早期强度影响的试验研究，第21届全国结构工程学术会议论文集：第Ⅱ期［C］.2012.

［2］ 白凤厅，田海军.抗海水腐蚀混凝土在北排河枢纽除险加固工程中的应用［J］.河北工程技术高等专科学校学报，2013（4）：16－19.

［3］ 李根生，于青松，田海军.北方沿海环境抗海水混凝土腐蚀效益分析［J］.水科学与工程技术，2014（1）：17－19.

［4］ 李根生，于青松，张余涛等.矿渣微粉掺粉煤灰对混凝土抗冻性能的影响试验研究［J］.水科学与工程技术，2014（4）：1－4.

［5］ 中国土木工程学会.CCES01－2004混凝土结构耐久性设计与施工指南［S］.北京：中国建筑工业出版社，2005.

［6］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.GB／T 50476－2008混凝土结构耐久性设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.