|
8 n; x) B( L5 k/ U( {( J 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。 8 {% ^) A7 d" W$ G3 E
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。
3 |8 I% {6 j5 e5 Y* ] ; x( k9 I, x6 I8 x
/ |" |* V! q% z6 |) P* C H . Y% @6 R0 C# } w( k* ~
# L0 u! E, ~: I: y7 v0 O# b
8 I0 o7 M* D( n5 }& 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。
- A- Z J) h/ R$ n) @9 L+ ~2 E0 Z 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。 0 s' ?" p5 n4 ~# k* L4 F, H
& {- j ~8 y5 q5 k
r, h0 g1 q$ c. X' _) @' b
% u5 u/ k6 \( V/ ]$ @
2 q! n" ?$ l( X' K7 Y: q & r9 X/ K$ P9 d; l: i) W0 y( D
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。
6 j3 K, s3 Y5 A3 a: g! K% n
1 V& l: n0 l: X0 z4 ^# l
& x# I0 j* ?7 t: ]3 ^6 n 3 b9 A) O9 f/ ?; ]
& S' s; N; I+ {( { * Z; Y+ x. t3 M _/ Z6 O
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。
, h) B, y0 p7 `- w6 b
8 E% V8 W+ @2 N U, _1 e, U4 r' g
P$ W1 F" L. j; l) |9 b* A
$ K2 ?; m/ k) U$ ]/ M/ G
) t- ?# X" X) G K" O" P, y $ G+ S6 C& p' W) g. P! G
6 P+ \6 y' |2 E
/ j* V- k/ \: r. |
4 B: C! H) l9 }2 ]+ l* M1 ?& p4 Z. L( t
$ H+ ?1 O8 P+ ]5 z1 e
7 T: x2 ]1 O* Q9 p: a& o# B
2 q( N# Z+ [0 {" }& D
3 ^4 ^7 D9 [1 }2 K
$ j# H) U& ^5 I7 A i' e
. a6 K# k( P* c2 E L* P
' T ~# T1 t/ A' ^7 j* X
$ ?" s a, F3 a3 D/ z3 \
* `- L& r. s% r- N , ~6 @! R: d$ U& @, ~! y
r: H6 d* M f' E- j5 }2 Y: M* h % D- ~8 S$ R* v8 t$ ]2 _% \
7 H9 u' H0 [2 I; Q' d & v m: N& c8 `3 v7 I0 }2 s
7 q& I- x# N+ ?$ Y
: a% V6 p& y% A( \1 x# S8 X
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。 : t# N7 b' Q. I, W0 f
9 `( q9 w/ I: Y & G X# Y f" Z% Y5 s
; H L8 Q) T. P' { R 2 f0 m2 M! ?) e" k
1 Q! O# a! p3 g7 K 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! k4 w7 e N3 [* l 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。 , X' _) Y. a( I u- H4 H
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。 7 v7 X3 c, a n: ]# E! k
" T( |3 v% [* T
3 m A( W5 Y6 [* ?
$ K7 d1 p$ V$ L7 a& \
- U! M1 c( \: r" x
4 {: N6 f- ?7 P* j" D* }$ l 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。 8 K# n3 K, ?, V" [8 \. Z
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。
# g" D* @! \- A1 @
1 z5 ~8 Y1 j1 p5 O, p$ o3 I
( Z3 n9 b9 E" B3 b I ; W8 f) b. A$ Z8 H# [
- i3 f4 e5 c9 z/ c) @
/ [, ?, X8 A( x) N' n B. }5 b7 n
8 l( \* }3 a" `9 r) @- h3 e: o
?4 h5 U( Z. u- h' E) c6 ]" y9 N) z5 T
4 p) J5 {2 O; p, p6 u+ @1 A' c0 X
|