|
( |2 Z) L2 Y [$ s4 ]6 J$ l& s 在海洋工程里,对工程质量造成最大的,最长期的影响因素,就是氯盐。
- d! H/ B2 N) R! V 钢筋的锈蚀是一个电化学过程,由于碳化和氯盐的侵蚀造成了钢筋表面钝化膜的破坏,露出铁基。氯离子是极强的去钝化剂,氯离子作为去钝化剂,破坏钢筋表面的保护性钝化膜;在钢筋表面形成腐蚀电池,造成局部坑蚀或均匀腐蚀;与阳极反应产物生成可溶性物质的去极化作用,加速腐蚀程度;形成离子通路,降低阴阳极间的欧姆电阻,提高腐蚀效率。
$ O6 y0 l0 W4 h' k+ s 8 q1 j$ ^: `/ S4 Z; U0 C$ y
) q& r' w7 ^7 T7 H* i
' u& T x+ X) Q4 H$ U; B& a
) I1 A# n8 }) c0 A U
3 u) r7 }- K! K0 h2 D0 G 一般认为, Cl -渗入混凝土中主要有3 种方式,即扩散、毛细孔吸收和渗透。氯离子在混凝土中有3 种存在形式,即水泥水化产物不可逆的物理吸附所吸附;与水泥中的 C3A 反应生成3CaOAl2O3CaCl20H2O;以游离 Cl -存在于混凝土的孔溶液中。只有游离 Cl -达到一定的阙值才会造成钢筋的锈蚀。
& v, a; h4 u- ^/ f+ ?1 k 1981年,四航研究院牵头对华南沿海的18座海港码头进行了详细的码头腐蚀情况调研;调查结果显示,80%以上的码头都发生了严重或较严重的钢筋锈蚀破坏,大部分码头使用寿命不足20年,且当时海港工程的建设标准中几乎没有相关的耐久性技术指标。
* _' W! e9 k% r# R' ~ P ( a7 U- {# \1 s# X+ ^- a
! `" P' i6 x, j9 f ~
/ v) G: [; O: a' u* k) _1 G
% Y0 h6 C$ Z$ ]* e4 e
' J+ v1 p4 d/ j6 u3 e( R3 ^ 1987年,为了测试氯盐对桥墩材质的腐蚀程度,工程师开展了暴露试验站实验,对混凝土结构耐久性进行研究,他们将钢筋混凝土试件放在海边,测试海水的腐蚀程度。工程师每天会提取提取样本,统计数据。最长的一块钢筋混凝土试件在海水里放置了近30年。
. l% C4 C- B# g( L6 I5 Q: P
6 I0 g# I- @6 s9 S" q: R
8 {) o# @, l7 V" n% o0 N; j) E ( f# V! J% ^1 }, O" n+ S9 Y
" c! `8 f! e( a0 @# m
4 x' V8 R% h) \, R( ?: X/ D! u
1996年,研究院对“混凝土”的耐久性问题已有了深刻的理解,制定的《水运工程混凝土质量控制标准》正式颁布实施,并在全国水运系统首先开展大掺量粉煤灰高性能混凝土的研究。团队将粉煤灰掺量从最初常用的大约10%增加到30%甚至40%,大大提升了混凝土的抗海水腐蚀性能,这就是“高性能混凝土”的雏形。
( U* P' C7 {; w7 n7 a6 h" w9 w) j
! k; X# {% H# N2 o4 C9 e
) e& Y& A& b7 ]6 v; O% G2 [+ W
+ d. g, {$ O( E3 M! Q( x4 o1 U ; ^5 q% _9 u, v$ \
+ T# P9 \' z! Q% ^7 F+ `
+ m( t% P: ~; w. J
* H' g% {9 p3 D- _, I
# { R8 B7 j' V J2 { I
. @# Z, {; [5 @+ r# p# Z
0 n$ `8 n4 K- F$ ~ : O2 X4 J# \: S: C5 Z
, L! V4 ^$ ~1 U* b7 y
9 [; |- L( {5 I( n1 [& ^( F
B6 I& |0 Y3 ^0 t* b$ y: v . U6 n8 R6 R; w7 R! r; j
& T1 b6 A% M" j) _/ g
8 _4 `. U+ ~) ?; t
' R8 g# w% o e, u. t& L c+ ?8 a) J5 _4 a
. V2 [, b0 y/ c, b- p9 a" c
' b2 e% i( `! R( {/ J4 @0 n; m 5 N0 ]7 n7 w7 i/ ?; A$ V( e3 ^
* _, F+ \( E5 }3 ^# n+ }% H6 A ) K- T1 u; [7 E s+ v
/ C8 G, k3 _# t 在经过近三十年的科学实验中,工程师们研究深入,团队进一步将磨细矿渣粉、硅粉等工业废渣废料掺入混凝土中,逐渐形成了国内至今仍在普遍采用的海工高性能混凝土技术,在抵抗氯离子能力方面,比普通混凝土高出了数倍。
& |# ~) H" G* v
$ d. P4 ~4 h! v3 A
`! G7 e" s' m) ]0 b
! n) j) R) C$ I4 P2 x4 s- k+ o
* F+ j3 @4 W( b8 e; n& O3 x$ F
4 g* z; M' \5 O. ~" m$ g 研发出的新型高性能混凝土,很好地保障了海洋工程抵御氯盐的侵蚀,在港珠澳大桥等一系列海洋工程中得到了应用。 & x+ u. A) H a, h5 y
总长约55公里,作为集桥、岛、隧于一体的世界最长的跨海大桥,也是综合建设难度最大、最具挑战性的超级工程:在风大浪急的外海搭建使用寿命120年的钢铁巨桥、在海底40多米深处建造最长的沉管隧道、穿越30万吨级航道和白海豚保护区的施工现场……可以说,每一项挑战都前所未有。
" o: M. [" U# A 尤其是120年的设计使用寿命,大桥位于珠三角伶仃洋和珠江流域的交汇口,这是一个洋流、航道、海床、气候等自然条件极其复杂的海域,高温高湿多盐的海洋环境对大桥根基混凝土的抗海水渗透性、耐腐蚀性提出了更高的要求。
& b$ i5 x! m' `; A' V
0 L4 b; h+ `/ A7 e
5 g' ]7 G. V8 u$ ]0 j* W6 s& F
/ y. m- S8 m( d6 p. e! C. z 5 s0 g0 t. z. J- y7 q
* D4 K6 z6 h% i5 b* X
四航研究承担并组织实施了“港珠澳大桥混凝土结构120年使用寿命保障关键技术”系列研究,技术团队针对港珠澳大桥的服役环境,从7300多组暴露试验数据、1400多个实体工程样品入手,对近30年暴露试验站的历史数据进行有效筛选和科学分析,终于建立了基于概率理论的“港珠澳模型”,并为世纪工程编制了专用的《港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计指南》,将港珠澳大桥120年的使用寿命由设想变成现实。 & b: V8 W! H) ^* q! \* i, ]
高抗渗性、高抗冻性性、高抗腐性的新型高性能混凝土保障了港珠澳大桥的顺利建成,除此之外,它更是国家公路、铁路、大桥等基建工程必不可少的骨架结构。
4 j- `) C# R# m$ D5 ^" i ' z& {" i8 e$ D) Z5 ^
! L" N p4 U6 a% M
- R8 g3 V2 B/ n/ [& y+ b( d! v7 e & `, D5 v! @& M: ?
5 W9 a* m m) O4 N
/ r$ G# ]: s6 {- y/ r
& a3 {/ K& a+ z5 I$ n$ [3 D- A/ ~ s* K( b4 }- F ^/ w
0 S7 O9 i( F- C3 d. ^, O! y9 M8 w( D1 R$ |, u* h0 v
|