水运工程钢筋混凝土结构实体保护层的作用探究

袁三涛

四川二滩国际工程咨询有限责任公司 四川 成都 610000

水运工程的钢筋混凝土结构长期处于潮湿、水雾弥漫的环境中，在氯离子作用下发生腐蚀，为提高钢筋混凝土结构的耐久性，要充分掌握钢筋混凝土结构实体保护层的作用，明确钢筋混凝土结构保护的重点任务，依据实际情况，有序开展水运工程钢筋混凝土结构实体保护活动。技术人员坚持安全第一、质量为主的基本原则，注重对钢筋混凝土结构保护层检验要求进行详细分析，强化技术人员的安全意识及工作责任，有效实施外加电流阴极保护、牺牲阳极阴极保护、腐蚀防护等多项技术，更好的发挥钢筋混凝土结构实体保护层的作用。

1 水运工程钢筋混凝土结构实体保护层的功能及作用

1.1 确保钢筋与混凝土可以共同工作

水运工程中的钢筋与混凝土共同发挥实体保护的作用，很好的保障了结构构件的承载力及安全性能。钢筋是一种抗拉性好的延性材料，混凝土是一种抗压性强的脆性材料，水运工程建设中将钢筋与混凝土结合使用，促进其抗拉性与抗压性优势结合，形成具有一定抗压、抗拉、抗扭、抗剪等结构性能的建筑物。钢筋与混凝土共同工作，使得这两种材料的粘着力、咬合力、摩擦力发挥作用，直接影响水运工程钢筋混凝土结构的承载力，保护层厚度适中，促使钢筋与混凝土之间的握裹力提升[1]。

1.2 提升钢筋混凝土结构的耐久性

水运工程项目的特殊性：氯离子侵蚀、环境潮湿，导致钢筋混凝土结构不密实，产生裂缝，严重的还造成钢筋锈蚀引起结构破坏，影响水运工程项目的正常使用。混凝土保护层对钢筋锈蚀具有保护作用，混凝土碳化严重影响整体结构的安全性及耐久性，结构失去承载力。保护层具有一定厚度，使得钢筋不受高温影响，比如以砂石为骨料的混凝土可耐700℃高温，有效避免高温辐射[2]。钢筋混凝土结构保护层的厚度达到标准要求，这为人口疏散、物资转移提供缓冲时间，最大程度避免安全事故发生。

2 水运工程钢筋混凝土结构发挥实体保护的关键内容

2.1 明确钢筋保护层厚度对结构实体的影响

钢筋保护层厚度对混凝土结构实体的影响主要体现在承载力和耐久性这两个方面。承载力的影响：板类、梁构件上的负弯矩钢筋在混凝土结构中的抗力表现为抗弯矩承载力，截面高度确定的条件下，保护层厚度加大，截面高度减小，钢筋抗弯承载力随之降低；耐久性的影响：潮湿环境中，保护层厚度越小，混凝土发生电化学腐蚀的可能性越大，继而导致钢筋截面减小、强度降低，两者的协同工作受到影响，构件耐久性年限缩短，危及结构安全。

2.2 确定钢筋混凝土结构实体保护层厚度

受拉钢筋与受压区距离越远，其承受的外部弯矩越大，钢筋的力学效能越强，因此尽量让受拉钢筋靠近受拉测钢筋混凝土构件边缘，钢筋保护层不能过大，以免影响钢筋混凝土结构的承载力[3]。铁在常温环境中容易被氧化，尤其是在潮湿环境中，钢筋混凝土结构保护层过小，受力时表面的混凝土剥落，其保护层失去保护功能，长此以往导致钢筋锈蚀，力学效能降低，钢筋与混凝土的粘结力丧失，严重的会导致整个钢筋混凝土结构破坏，影响水运工程安全。

2.3 严把实体保护层质量关

认真做好图纸会审工作，及时交流技术内容，依据实际情况及时确定实体保护层的厚度，迎水面实体保护层的厚度为5cm-10cm，依据图纸要求绑扎钢筋。注意钢筋的翻样工作，确保箍筋的翻样尺寸，对于复杂的柱、梁交接处，及时对其进行放样测量，科学设置各方向的主筋与副筋位置，避免钢筋挤占实体保护层位置，防止露筋事件发生。认真做好模板工程的制作及安装任务，技术人员坚持安全第一、质量为主的基本原则，要求模板尺寸精确、位置准确。检查图纸有无与实际不符的环节，严格按照图纸要求绑扎钢筋，有效保证钢筋骨架各部分尺寸精确，将固定实体保护层垫块作为水运工程建设中的重要环节，切实做到文明施工、安全施工，在混凝土浇筑操作中注意成品保护，监管人员发挥现场监督职能，认真检查绑扎钢筋的质量，禁止乱踩乱踏。规范操作，及时固定偏移的钢筋，振动棒不得随意触及钢筋骨架，严格把好实体保护层施工质量关[4]。

2.4 提高实体保护层结构强度

钢筋与混凝土是水运工程中的结构实体，二者发挥着共同载荷的关键作用，钢筋混凝土结构实体保护层确保整个结构的抗力强度。技术人员充分认识到实体保护层强度对水运工程质量的影响程度，积极提高安全意识，加强与管理人员的技术沟通，将提高钢筋混凝土强度作为质量管理要点，有助于提高技术人员的责任意识，通过采取加固处理措施，有效提升钢筋混凝土结构实体保护层的荷载承受力度，使钢筋与混凝土可以正常工作[5]。

2.5 延长实体保护层寿命

水运工程的施工环境复杂，钢筋和混凝土等施工材料长期处于水化状态呈碱性，导致钢筋混凝土结构实体保护层受到水侵蚀，从而缩短其使用寿命。为延长钢筋混凝土结构实体保护层的使用年限，坚持执行巡查制度，认真落实岗位值班制，认真检查水运工程钢筋、混凝土等材料的使用情况，关注钢筋混凝土结构实体保护层，及时发现腐蚀的钢筋、混凝土，第一时间上报，确保钢筋混凝土结构实体保护层腐蚀问题得到快速解决。延长保护层寿命的案例：某水运工程技术人员考虑到，增大实体保护层厚度是提高整体结构使用寿命最直接的方法，于是在施工图纸上标明主筋保护层的厚度32cm，严格做好事前控制、事中检查、事后反思。及时校正钢筋的位置，保证钢筋位置不偏移，分析保护层厚度对结构构件高度及承载力的影响，采用电化学保护法对钢筋表面进行有效处理，延长保护层寿命。

3 水运工程钢筋混凝土结构实体保护层的关键技术及具体过程

3.1 外加电流阴极保护技术的运用

外加电流阴极保护技术运用要点：阴极保护是防止钢筋混凝土结构实体保护层腐蚀的主要技术之一，指的是将外加电流负极与被保护金属相连，利用外部电源保护电流，该技术的优势为：可以有效调控输出电流，便于实现自动化监控，管理起来方便，系统使用寿命较长。阴极保护系统运行中，需要考虑这几点因素：性能、安装方法、造价、运作环境等，在钢筋混凝土结构外添加电流进行阴极防护，该技术在水运工程钢筋混凝土结构实体保护过程得到广泛运用。外加电流阴极保护技术的运用过程：利用外加电流阴极保护系统在钢筋混凝土结构外添加电流，同时借助柔性阳极设备保护电流，利用高硅铸铁辅助阳极系统实施阴极保护，将硅铁阳极固定于钢筋混凝土结构表面，覆盖一层导电混凝土，使其发挥重要的安全防护作用。掌握外加电流阴极保护技术的操作要点，确保混凝土中所有的钢筋都是电连通的，避免阴极、阳极短路，负电位极限为-1.10V（CSE），正确实施阴极保护[6]。

3.2 牺牲阳极阴极保护技术的运用

钢筋混凝土结构实体保护中，技术人员及时增设牺牲阳极阴极保护装置，该装置呈网格状，将该装置与混凝土中的钢筋电连接起来，形成牺牲阳极阴极保护系统，确保牺牲阳极保护技术的有效运用。砂浆水灰比配比为0.5:1，灰砂比配比为0.4:1，活性添加剂掺量为0.1/cm3，合成纤维掺量为0.2%，将牺牲阳极阴极保护装置固定在钢筋混凝土顶面、底面，在钢筋混凝土结构凿除一块露出一小段钢筋，在钢筋上焊接阴极电缆，在网格状阴极保护装置上焊接阳极电缆，将钢筋上的阴极电缆与牺牲阳极阴极保护装置上的阳极电缆连接起来，焊接处进行密封防水处理，利用牺牲阳极阴极保护系统控制混凝土中钢筋的腐蚀。为保证牺牲阳极保护技术的有效运用，技术人员还对该装置进行优化设计，敷设活性砂浆之前还要进行以下操作：将钢筋混凝土结构表面的金属件、污物清除干净；连接阴极电缆与阳极电缆时要利用接线盒进行连接，通过优化设计，使得牺牲阳极阴极保护系统使用起来更为便利，运行期间也不需要进行维护管理，可广泛运用于水运工程钢筋混凝土结构防腐处理工作[7]。

3.3 腐蚀防护技术的运用

3.3.1 腐蚀检测

技术人员利用计算机系统、互联网手段，对钢筋混凝土结构实体保护层进行全面腐蚀检测，通过获取的腐蚀信息，采取有效的防腐处理措施，严格落实定期巡查制度，认真检查混凝土、钢筋、实体保护层的工作状态，进行科学的局部检测，及时对腐蚀部位进行快速补救，避免腐蚀范围扩大。局部腐蚀检测：比如某水运工程技术人员采用化学浸蚀法、物理检验法、电化学检测、恒应变速率检验法等技术检测局部腐蚀问题，电化学检测环节，利用线性极化技术进行腐蚀检测，依据腐蚀电化学理论，极化电流与过电位成正比，根据极化电阻计算出腐蚀电流，便于及时了解局部腐蚀程度，为局部防腐处理奠定基础。电位梯度法检测：利用电位图技术及运用理论得到电位分布数据，采用单片机自动化测量装置绘制电位图，同时得到腐蚀速率，及时确定腐蚀区，得到精确的腐蚀数据；电位图检测技术：这是一种非破坏性的检测手段，通过分析腐蚀程度、范围，运用电位分布图得到腐蚀区信息，利用极化作用得到混凝土结构特征，便于正确评价腐蚀程度，保证腐蚀检测工作的实效性；交流阻抗检测技术：采用静态频谱分析技术，依据外部施加的交流信号，快速得到钢筋混凝土覆盖层双电层电容、混凝土电阻、钢筋腐蚀速度、混凝土腐蚀机理等详细信息，根据施加的交流信号判断输出信号与输入信号之间的线性关系，充分借助交流阻抗谱技术理论判断输入信号与输出信号之间的关系及该电极体系的性质。水运工程技术人员根据实际情况选用合适技术对钢筋混凝土结构实体保护层进行腐蚀检测，及时得到腐蚀区信息，有助于完善防腐技术。

3.3.2 全面防腐方法

为最大限度避免钢筋混凝土结构实体保护层腐蚀，认真做好基本防护工作，混凝土保护层厚度适中，水灰比适当低，在混凝土表面涂抹缓蚀剂，同时采用阴极保护、电化学除氯等多种方法进行科学防护。利用环氧涂料提高结构的耐蚀性及机械性能，使其在水运工程钢筋混凝土结构实体保护中发挥一定优势。使用防水添加剂避免钢筋外露、减少裂纹，使用复合型防腐涂料增强结构的耐蚀性，这种涂料的优点为：安全、无毒、无污染。将细微粒玻璃珠运用于水泥混凝土中，提高流动性、耐久性，有效降低水灰比，利用细微粒玻璃珠与水泥产生的水化反应放出碳酸钙，由此生成矶石型水化物或硅酸钙，便于发挥其抗盐侵蚀性能[8]。

3.3.3 局部防腐方法

对于钢筋腐蚀的情况，及时采取修补措施加强深层防护，例如某水运工程钢筋混凝土结构实体保护层局部腐蚀问题检测出来之后，技术人员对结构表面进行物理修补：打补丁法，将微腐蚀部位先凿除，然后将钢筋表面的部分锈蚀处理干净，接着对钢筋腐蚀部位进行氧化膜涂层，最后使用一定配比的砂浆将腐蚀部位抹平，同时在混凝土中添加缓蚀剂，待混凝土硬化后涂抹抗碳化涂料、渗透密封型涂料，有效提升钢筋混凝土结构实体保护层的防腐性能。

3.3.4 腐蚀防护技术运用案例

水运工程技术人员仔细查看钢筋混凝土结构实体保护层工作状况，发现保护层部位钢筋锈蚀，及时对其进行除锈处理：先凿除脱落的混凝土保护层，使用丙酮清洗受油污的位置，继而在这个位置涂上环氧树脂，接着在凿除的部位放置镀锌钢丝网，与钢筋进行点焊连接，最后使用细石混凝土进行局部修补。对于锈蚀严重的部位，先进行除锈处理，然后进行加固处理：凿除锈蚀的混凝土保护层；梁底增设临时支撑板，保护粘贴碳纤维；将失去强度的锈蚀钢筋换掉后浇筑21cm厚HF混凝土，其强度达到C40F250，HF混凝土的砂率为0.36，外加剂掺量为0.025；植筋采用HRB400级热轧带肋钢筋，植筋间距为0.4m，植筋直径为16mm，钢筋锚固长度为250mm，外露160mm，使用胶粘剂连接植筋，保留设计伸缩缝。

4 结语

综上所述：为最大限度避免水运工程钢筋混凝土结构实体保护层发生腐蚀情况，技术人员要严格遵守安全责任制，重视钢筋混凝土结构实体保护层的功能及作用：确保钢筋与混凝土可以共同工作、提升钢筋混凝土结构的耐久性，加强腐蚀检测，积极采用外加电流保护技术、牺牲阳极阴极保护技术，认真做好腐蚀防护工作，有效提升水运工程钢筋混凝土结构实体保护层的承载力。