海工混凝土腐蚀原理及外加电流阴极保护措施

第一篇：海工混凝土腐蚀原理及外加电流阴极保护措施

海工混凝土腐蚀原理及外加电流阴极保护措施

摘要：本文介绍了海工混凝土的腐蚀原因，及破坏特征。根据海工混凝土的耐久性受cl离子渗透速度的影响，介绍了电流阴极保护的化学原理及并结合工程经验探讨了外加电流阴极保护系统的设计原理，并描述了系统现场安装和调试的主要施工工艺。

关键词：海工混凝土；腐蚀；阴极保护

引言

海工混凝土是指在海滨、海水中或受海风影响的环境中服役，受海水以及受海风侵扰的混凝土。其包括海岸工程和近海工程以及虽在岸上，但受到海水或海洋大气的物理化学作用的构筑物所用混凝土如：海港、入海河口整治、临近入海口的内河港、桥梁等。由于经常地或周期性地与海水接触，受到海水或海洋大气（含有氯离子），或受波浪、流水的冲击、磨损等作用，而遭受损害，缩短使用年限[1-2]。海工混凝土破坏特征及原理

海工混凝土建筑物在氯盐、镁盐、硫酸盐大量存在的环境中，水位变化区及其上部结构：受大气腐蚀破坏；水位变化区中主要存在盐类的结晶膨胀、高碱性物质溶析、海盐对混凝土侵蚀、冻融循环、干湿交替破坏；水位线以下区域： 受海水化学侵蚀破坏。

海水含有大量Cl-，海风、海雾中也含有Cl-，海砂中更含有不等量的Cl-。在我国近海码头、护坡和防护堤等钢筋混凝土建筑物中，以Cl-腐蚀带来的钢筋破坏十分突出。沿海不经技术处理就使用海砂的现象亦日趋严重，这也为Cl-引起钢筋锈蚀破坏创造了条件。大量数据表明，海工混凝土结构中影响钢筋锈蚀的关键因素是Cl-，其在集聚在钢筋表面，并带来了电化学腐蚀。研究数据表明，影响海工混凝土耐久性的首要因素是混凝土的Cl-渗透速度。阴极保护的电化学原理

钢筋作为电化学反应的阳极，在腐蚀必须同时放出自由电子。采取引入一个外加牺牲阳极或直流电源使构筑物中的钢筋电位小于平衡电位。使得自由电子不在钢筋表面任何地方溢出，就可使钢筋不再腐蚀[3-4]。而且均匀地接受自由电子，从而达到了阴极保护效果。

钢筋混凝土外加电流阴极保护系统由1.外加直流电源（极化电源），2.直流分布器件（辅助阳极），3.导电电解质溶液（潮湿的混凝土），4.被保护金属构筑物（阴极），5.导电回路系统（导线、电缆及配件），6.评价控制配件（探测针、参比电极、控制台等）。

保护电流密度计是混凝土外加电流阴极保护系统设计的首要参数[5]。一般来说保护电流密度过小，会使系统达不到保护效果；电流过大，则容易出现“析氢”的危险，典型的阴极保护电流密度在0.2 ～20ma。保护电流密度的设计一般是由钢筋的腐蚀状态和混凝土的状态（主要是氯离子含量）以及环境的温度和湿度决定的。

电流分布均匀性决定了混凝土外加电流阴极保护系统的稳定可靠性。电流分布不均匀易出现局部保护力度过大或过小的现象。而设计电流过大或电流分布不均匀，会导致过保护，在此条件下，钢筋有氢脆断裂的危险，另外导致混凝土与钢筋之间的握裹力下降，影响钢筋构筑物的承载能力。但是混凝土的高阻抗性和钢筋的多层布置本身就决定了电流在钢筋中分散的不均匀性。一般来说，靠近阳极一侧的钢筋受到较大的保护电流。BertoliniL等在他们的研究报告中指出大约70%～ 90%的总电流流向靠近阳极的第一层钢筋。对于新建或已被氯离子污染的混凝土中大约90%的总电流流向离阳极25an范围内的钢筋。对实际状态和所处环境有着显著差异的区域，分别构成彼此独立的阴极保护回路，通常建议分区面积为50?100?O。混凝土外加电流阴极保护系统的组成

在钢筋混凝土中使用的辅助阳极系统主要有：?{硅铸铁辅助阳极、铂铌辅助阳极、MMO辅助阳极、柔性阳极等。阴极保护系统电缆分阴极电缆、阳极电缆以及参比电缆，实际施工过程中应以颜色不同而区分，由于混凝土外加电流阴极保护系统是一个长期运行的系统，为了保证系统能长时间正常的运行，一般采用XLPE塑料电缆。根据设计，电源系统应该能给每个分区独立供电，电源系统应能够长期稳定运行。适合长期埋入混凝土中的参比电极包括银/氯化银（AG/AGCL/0.5M KCL）参比电极和MN/ MN02/0.5M NAOH-双联参比电极。便携式参比电极包括AG/AGCL/ 0.5M KCL和标准甘汞双联电极。系统的主要特点是在线监测（实时数据显示）；远程控制和监测便利；恒电流控制报警功能；自动极化测试；自动数据采集和保存。混凝土外加电流阴极保护系统的安装，对于新建结构，阳极材料可在浇注混凝土前预埋在构件中，对于维修就有建筑物，可根据该建筑物的维修施工方案采用预埋或者构建表面开槽预埋的方式进行安装，无论采用那种安装方式，都必须在每一安装步骤中严格进行测试，如阳极与阳极之间的电连接、被保护体间的电连接、阳极与阴极间的绝缘等。

当考虑对钢筋混凝土结构应用阴极防护时，必须确保每一个区内的钢筋是电连续的。不连续的埋入钢筋将不会受到阴极防护，并且可能遭受相反的影响。

根据EN12696： 2000，条款7.1电连续性，测量任意两点钢筋的点连续性，若采用交流阻抗表测量得到的电阻值小于1D之间表明（钢筋是）电连续的，若采用直流电压表进行正负极正反接测得此两点间电位差小于2mV，即表明电连续性符合要求。结论

混凝土外加电流阴极保护是钢筋混凝土最有效的保护方式之一，它是通过外加电流使钢筋极化到一定电位，从而使钢筋阳极反应发生在钝化区，降低钢筋的腐蚀速率；外加电流阴极保护还可以在一定程度上使混凝土碱化和阻止氯离子在钢筋表面的聚集；阴极保护过程中极化电流不宜过大，应尽量避免“析氢”反应的发生；混凝土外加电流阴极保护保护电流密度的设计一般是由钢筋的腐蚀状态和混凝土的状态以及环境的温度和湿度决定的；阳极的性能和布局以及阴极保护的分区决定了混凝土阴极保护的稳定可靠性；混凝土阴极保护系统的安装主要是电连接和电连续性的安装，通电前应对整个系统进行严格的测试。

参考文献

[1] 胡士信.阴极保护工程手册[M].北京：化学工业出版社，1999： 205-211.[2] 陈涛.混凝土结构外加电流阴极防护技术及其在工程中的应用 [J].桥梁建设，2006，（03）： 50.[3] 邱富荣，石小燕，余兴增等.钢筋混凝土构筑物电化学保护的新 进展[J].腐蚀科学与防护技术，2000，12（5）： 304-305.[4] 葛燕，朱锡昶.海洋环境钢筋混凝土的腐蚀和阴极保护技术[J].中国港湾建设，2004，（03）： 29.[5] 洪定海.混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M].北京：中国铁道出版 社，1998： 187-190.

第二篇：浅谈海工高性能混凝土的施工控制

浅谈海工高性能混凝土的施工控制

摘 要： 海工高性能水泥混凝土在近年来的应用十分广泛，但在施工控制过程中海工高性能水泥混凝土受温度、原材料等诸多外界因素的影响较大，不易控制。本文根据辽河特大桥工程及厦漳跨海大桥工程，对海工水泥混凝土施工控制的一些特点和难点做了简单的分析阐述，有一定的借鉴作用。

关键词： 高性能水泥混凝土； 施工控制； 海工水泥混凝土 1 前言：

辽河特大桥位于辽河入海口，连接辽宁省营口、盘锦两市。是我国长江以北跨径最大、塔身最高的斜拉桥，同时也是我国第一座积雪冰冻地区的大跨径钢结构桥梁。

厦漳跨海大桥位于漳州九龙江入海口，北连厦门海沧投资区，南接招商局中银经济开发区。大桥主体部分为双塔斜拉桥，南汊为每跨70米的连续钢构。桥面行车道宽度为33米。辽河特大桥与厦漳跨海大桥均采用海工高性能混凝土技术，而选用的海工高性能水泥混凝土因其胶凝材料种类多，高外加剂掺量，混凝土的工作性能难以控制，坍落度损失较大，不利于运输，本文主要是针对以上两个工程中混凝土的施工过程控制进行总结和分析，对施工具有一定的指导意义。本文为本人在XXXXXXX工作期间所参建项目（辽河特大桥工程及厦漳跨海大桥）针对混凝土现场施工控制的工作总结，针对海工水泥混凝土施工不易控制的特点，根据辽河特大桥和厦漳跨海大桥工程的特点，本文从原材料和温度两个方面总结了以下一些在类似条件下控制中需要注意的要点。原材料： 2.1，外加剂

高外加剂掺量也是海工高性能水泥混凝土的一大特点，因为加入胶凝材料的众多混凝土会变的很粘（例如在辽河特大桥工程水泥混凝土所用的胶凝材料中就加入了微硅灰），往往坍落度达到要求了，可是扩展度却严重不够。这个时候略微的提高外加剂的掺量能够改善混凝土的流动性，但还存在一个问题，就是外加剂的掺量大了，水泥混凝土浇筑到最后阶段时的浮浆会增多，会造成混凝土的强度不均匀。海工高性能水泥混凝土是严禁二次加水的，所以应在现场备有适当的减水剂以便调整。因为所采用的外加剂是液体的，并且针对辽宁的酷寒，采用的减水剂中还掺有抗冻剂的成分，极易爆炸，所以在拌合现场下达禁烟及明火令。外加剂一般采用的都是国内知名的外加剂厂家，出场质量可靠，但存在一个问题，那就是外加剂和种类众多的胶凝材料能否充分的反应以及良好契合的问题。简单的用几个指标来衡量外加剂的质量是不可靠的。针对这个问题，措施是请来外加剂厂的技术员在试验室内近1个月不间断的试配配合比，要求厂方在配方上做到微调能和辽河特大桥工程当地所采用的材料良好反应以保证海工水泥混凝土的高性能。拌合站中外加剂的储存是储存在一个大罐中的，为避免因气候原因可能会造成外加剂流体的浓度不均的问题，在贮存罐中加入振荡器以保持外加剂的浓度均匀。2.2，胶凝材料：

因为高性能水泥混凝土的胶凝材料众多，在辽河特大桥工程，胶凝材料就有水泥、粉煤灰、矿粉及微硅灰四种之多。而厦漳跨海大桥工程也有水泥、粉煤灰和矿粉三种。我们在选料方面精挑细选选择性能稳定的优质的胶凝材料以满足施工的需要。这么多的胶凝材料的反应时相当复杂的，这就需要根据现场水泥混凝土出现的各种状态来微调以达到混凝土具有良好的工作性的目的。措施是在前场看盘前三车水泥混凝土每车都对混凝土的工作性进行检查（包括塌落度，扩展度及含气量），以及后续每三车都对工作性做以检测以便配合后场对施工配合比的微调。以及对胶凝材料的投料顺序进行了多次调整以保证众多的胶凝材料能够较稳定充分的发挥。还有胶凝材料的温度也是控制的一大要点，进场的胶凝材料温度通常是很高的，如何能在不影响施工进度的前提下使胶凝材料保证在合适的温度适合水泥混凝土的拌制是个控制的难点。措施是多竖立胶凝材料储料罐以及利用水冷原理对胶凝材料储存罐体的降温。2.3，集料：

在集料的各项指标中集料的级配是很重要的，选取良好级配的集料拌制混凝土是我们首要措施。以及集料的含泥量对海工高性能混凝土的影响是巨大的，所以在含泥量这项指标的检测和控制上是相当严格的，不合格的坚决不允许进场。针片状也是控制集料质量的一大要点。集料的其他各项指标也是控制中的重点。每次开盘前对于集料含水率的准确测定也是一大控制要点，应对措施是以每4个小时为一个台班，每一个台班测定一次含水率以便对集料的含水率随时掌握，便于我们对施工配合比的随时调整。3 温度：

3.1，原材料温度：

㈠,严格控制好水泥混凝土的出机温度，出机温度即水泥混凝土拌合完成离开搅拌机时的温度。海工高性能水泥混凝土的出机温度不能过高，过高会影响海工水泥混凝土的流动性，造成较大的坍落度损失，不利于水泥混凝土的长途运输以及现场的施工。当然出机温度也不宜过低，过低的出机温度会对混凝土的工作性能产生很大的影响。

㈡,严格控制好水泥混凝土的入模温度。水泥混凝土的入模温度一直是我们现场对混凝土控制的一个重要指标。入模温度过高，再加上水泥的水化反应始终在放出大量的热量，会造成混凝土内部局部温度骤然升高，会造成水泥混凝土的开裂造成质量问题。反之，若水泥混凝土的入模温度过低，会对混凝土早期的强度增长产生巨大影响，严重影响水泥混凝土的强度。一般将入模温度控制在8℃-30℃。

针对以上水泥混凝土的温度问题我们的应对措施是：

a在厦漳跨海大桥工程，夏季是非常炎热的，需严格控制水泥等胶凝材料的入场温度，因为，胶凝材料例如水泥在出场的时候温度是很高的，而在夏天通过密闭的水泥罐车运输到施工现场储存入拌合站的水泥罐中温度并没有损失多少，仍然会保有60摄氏度以上的高温。这种温度的胶凝材料不能直接用于水泥混凝土的拌合。应对措施是拌合站多竖立胶凝材料储存罐，尽量让刚进场的胶凝材料在胶凝材料罐中贮存3-4天，同时对胶凝材料储存罐的顶部加上喷淋设施让冷水从顶部沿罐体外壁流下利用简单的水冷原理给胶凝材料降温。这样的好处是能保证施工进度不受影响，也能保证不用过热的胶凝材料以达到控制海工高性能水泥混凝土的出机和入模温度。并且同时使用机制冷水拌合，进一步的控制水泥混凝土的温度。在现场每隔1小时就用红外线测温枪测量一次水泥混凝土温度以便随时控制。通过以上措施，在炎热的漳州也能使水泥混凝土的入模温度控制在30℃以下。

图示为现场测试水泥混凝土入模温度。

b冬季：在辽河跨海大桥工程，冬季是非常冷的，寒风凛冽。经测量，通常裸露在外集料的温度都会达到零下10度左右，采取的措施是给集料堆场加盖加门使之成为一个简易的大库房，里面放置两台大功率的热鼓风机不间断的鼓风，这样集料的温度有显著的升高。并且用活动板材将拌合楼封闭起来仅留下出料口，这样的好处是拌合楼这样一个相对小的环境内搅拌机周围的温度不会过低。其次是对拌合用水的加热，拌合用水加热温度不到45℃不允许开盘。在现场每隔1小时就用红外线测温枪测量一次混凝土温度随时控制。通过以上措施，在辽宁零下20℃的天气里，在现场测出的入模温度是10-13℃。

图示为将混凝土拌合站封闭 图示为给砼运输车罐体加挂棉毡以起到保温效果

3.2，外界温度：

对于气候条件较为复杂的海上环境，我们针对漳州炎热夏季和辽宁酷寒的冬季这样的气候条件做了大量的工作。在混凝土浇筑前，在炎热的漳州，采取搭遮阳棚避免阳光的直射造成模板的温度过高，保证浇筑后混凝土表面无裂缝、无明显气泡、无明显色差、无明蜂窝麻面。而在严寒的辽宁采取在拖泵处搭棚升火的方式避免水泥混凝土的温度损失过快，不影响水泥混凝土早期强度的增长。4 其他的一些注意事项

施工过程中还应注意到一些问题： ⑴水泥混凝土施工

水泥混凝土浇注时，水泥混凝土下料口与浇筑面之间距离不能过大，否则混凝土易离析，振捣时以水泥混凝土表面出浆为宜，同时应避免漏振和过振。⑵水泥混凝土养护

水泥混凝土的养护应确保水泥混凝土表面不受污染；充分合理的养护是保证水泥混凝土硬化后表面和内在质量的关键。5 结语

在两个工地的海工高性能水泥混凝土控制中，将水泥混凝土浇筑过程中的施工记录登记整理成册，以便总结经验，为对高性能水泥混凝土的控制提供了大量翔实的数据支持。

海工高性能水泥混凝土的施工过程控制是一项艰难复杂并且费心费力的工作，需要专心细致的对待，平时多观察，多思考，多动脑筋，多多对反常的现象仔细分析，才能更好的掌握控制要点，保障施工即使有序的完成。主要参考文献：

〔1〕单国良, 蔡跃波, 余熠, 蒋陈霞 著《掺硅粉、粉煤灰海工高性能混凝土示范工程应用》

水运工程 2003.9 〔2〕罗承智，王文仲，孙颖涛著《浅议冬季施工混凝土的养护》 科技信息 2010.4 〔3〕王国富 著《预拌混凝土质量控制措施》

山东大学出版社 2007.12