钢筋混凝土基础防腐蚀措施分析比较.pdf

程虚 厕 石油 化工 设计 Pe t r o c h e mi c a l De s i g n 钢筋混凝土基础防腐蚀措施分析比较 茹 洋 ( 中国石化 工程 建设公 司，北京 1 0 0 1 0 1 ) 摘要： 介绍了钢筋混凝土结构耐久性的研究意义、 背景和现状 ， 阐述了混凝土耐久性的机理， 并从青 岛大炼油、 天津石化 1 ． 0 0 Mt／ a乙烯及配套、 蓝星( 天津) 化工新材料基地等实际工程项目的地基基础防腐 设计中提炼了若干石化工程地基基础防腐蚀技术措施， 对钢筋混凝土基础常用的防腐蚀措施如对混凝土 本身进行耐久性要求、 加厚保护层、 强化垫层作用、 混凝土中加 阻锈剂、 混凝土表面涂层防腐、 阴极保护法 等 方法进 行 了分析 比较 ， 并提 出了一些 浅见 。 关键 词 ： 钢 筋混凝 土基础防腐耐 久性 1 提高钢筋混凝土耐久性的对策 ( 1 ) 采用高性能混凝土 ： 这是提高耐久性 的根 本方法。高性能混凝土 的特 点是低水灰 比， 除选 用优质原材料 ， 除水 泥、 水 和骨料外 ， 还 可以掺加 足够数量 的矿物集料和 高效减水剂 ， 减 少水泥用 量 ， 减少混凝土 内部孔 隙率 ， 减少体 积收缩 ， 提高 强度 ， 提高耐久性。 ( 2 ) 防止钢筋锈蚀 ： 如在拌制混凝土时加入阻 锈剂以提高混凝土 的抗蚀 能力 ； 也可 以采用 钢筋 表面镀锌等防护来提高钢筋混凝 土耐久性 ； 还可 以采用 电化学保护法 ， 这种方法经济有效 ， 但多用 于海 工工 程 。 ( 3 ) 混凝土表面涂覆涂料 ： 目前广泛应用 的有 环氧树脂 、 聚氨酯 、 丙烯酸树脂 、 绿化橡胶 等涂 料 本身都有优良的防腐性能。利用上述材料分子聚 合度较高 ， 固化后形成 的固态膜分子空 间构造较 密实的特点 ， 作为混凝土构筑物的防腐蚀覆盖面， 完全封闭混凝 土表面 ， 使混凝 土与腐蚀介质 隔离 开 ， 来达到防护 目的。 2 钢筋混凝土防腐实例分析 土壤是固、 液 、 气三相体 ， 理化性质复杂 ， 混凝 土材料也是固、 液 、 气三相体 ， 组成材料性质复杂 ， 要 了解土 壤及 土壤 中地下水 对钢筋 混凝 土 的腐 蚀 ， 是一件 十分 复杂的事情 。制定防腐措施要 根据现场地质情况 ， 针对腐蚀来源 ， 再配合试验确 定 出防腐蚀设计方案。 2 ． 1 青岛大炼油项 目 该项 目位于青岛经济技术开发区重化工园区 内， 包括 1 6套工艺生产装置和相应 的公用工程 、 辅助设施。场地地下 水主要是孔隙潜水 ， 受大气 降水补给 ， 地下水位埋深 0 ． 2 0～ 4 ． 8 0 m。根据水 质报告本场地地下水 C L 一 含量 1 5 3 4 8 ． 8 8～1 6 9 9 3 ． 40 mg ／L，S O4 2一含 量 2 1 0 1 ． 3 1～2 2 8 1 ． 4 3 m g ／ L， Mg 含量 1 1 5 4 ． 8 2—1 2 9 1 ． 5 8 m g ／ L， 侵蚀性 C O 2 含 量无 ， H C O 一 含量 6 ． 1 4～ 7 ． 6 6 m m o l ／ L， P H值 7 ． 7 0 ～ 7 ． 6 6 ， 总矿化度 2 ． 0 5 g ／ L 。依据文献[ 2 ] 附录 G， 本场地环境类别为 Ⅱ类 ， 表 1 2 ． 2 ． 2 、 表 1 2 ． 2 ． 4及 表 1 2 ． 2 ． 5—1 ， 本场地地下水对混凝土结构具中等 腐蚀性 ； 对钢筋混凝 土结构 中的钢筋长期浸水条 件下具弱腐蚀性 ， 在干湿交替条件下具强腐蚀性。 根据以上情况该项 目采用的防腐措施有 ： ( 1 ) 对混凝土做 了严格 的耐久性 要求。按文 献 [ 3 ] 规定相应腐蚀强度所对应 的最大水灰比、 最 小水泥用量 、 最大氯离子含量 、 最 大碱含量等， 比 文献[ 4] 中非腐蚀结构有着更严格 的要求。并且 为 了抵抗 S O 一 的侵蚀水泥采用抗硫酸盐水泥。 ( 2 ) 混凝土保护层 加厚。基础 中纵 向受力钢 收稿 日期 ： 2 0 1 1— 0 3—1 2 。 作者简介： 茹洋， 女， 2 0 0 5年毕业于北京工业大学结构 工程 专业 ， 研究方 向为大跨度 空间结构 ， 工程 师， 现从 事结构设计工作。联 系电话： 0 1 0—8 4 8 7 8 6 9 0 ； E— ma i l ： r u y a n g ． s e i @ s i n o p e c ． t o m 石 油 化 工 设 计 第 2 9卷 筋的混凝土保护层厚度为 5 0 m m( 大于混凝土规 范 中的规定限值 4 0 m m) 。 ( 3 ) 地面以下基础及基础梁 四周表面涂冷底 子油、 沥青胶泥 或环氧 沥青厚 浆型涂 料各两 遍。 基础外涂层有隔离腐蚀环境 的功能， 可有效保护 混凝土的碱度和防止有害离子入侵。 ( 4 ) 混凝土中加入阻锈剂。 ( 5 ) 复合地基搅拌桩加入高性能土壤固化剂 ， 并在桩顶面铺设 3 0 0 mm厚的褥垫层 ， 垫层材料采 用中砂、 粗砂、 碎石或级配砂石 ， 最大粒 ≤2 0 mm， 压实系数 A I>0 ． 9 7 。高性能土壤固化剂是一种 由 多种无机和有机材料配置而成的水 泥基型复合材 料 ， 它能填充土体孔隙将松散的土体转化为致密 的胶凝材料 ， 有效改善和提高土壤 的强度和耐久 性。加入固化剂除了能提高复合地基搅拌桩的耐 久性， 还可使复合地基沉降很小而且均匀。 ( 6 ) 阴极保护法 ： 根据 阴极保护原理 ， 采用施 加外加电流或牺牲阳极的方法使混凝土 内钢筋 电 位处于 一0 ． 8 5 V左右 ( 饱和硫酸铜 电极) ， 则钢筋 就不会腐蚀。适 于 海水 中或地 下潮湿 的独 立建 筑 ， 所 以选用此法时要考虑此地 的地下水高度 。 2 ． 2天津石化 1 ． 0 0 Mt ／ a乙烯及配套项 目 该项 目位于 天津石化公 司炼 油厂内 ， 地势 开 阔平坦 ， 地下水静止水位埋深 0 ． 8 0～1 ． 3 0 m， 场地 地下水属 C l 一 、 H C O 一 K +N a 、 C a n型弱碱性 水 ， p H值在 7 ． 7 O一 7 ． 7 3之间。根据文献 [ 2 ] 附录 G， 本场地环境类别为Ⅲ类。在有干湿交替作用的 情况下 ， 本场地地下水对混凝土结构无腐蚀性 ， 对 钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性 ， 腐蚀介 质 为 c l 一+S O ； 场地土的腐蚀性为对混凝土无腐 蚀 ， 对混凝 土 中钢筋 为弱腐 蚀 ， 主要腐蚀 介质 为 C l 一 。根据文献 [ 3 ] 4 ． 8 ． 5、 4 ． 9 ． 5条规定 ， 需对 本 工程所采用的预制桩及基础梁等地下混凝土构件 进行防腐处理， 建议采取的措施是： ( 1 ) 本工程主要采用预制钢筋砼方桩和预应 力砼管桩 ， 两种桩 型的选用原则 为重要 的生产 装 置及高耸的建 、 构筑物采用钢筋砼方桩 ， 辅助 的生 产装置及一般建 、 构筑物采用预应力砼管桩 。 根据以上原 则及工程成本 比较 ， 对 以上 两种 桩型建议分别采用： ①方桩： 预制钢筋砼方桩参照 国标图集《 预制钢筋混凝土方桩》( 0 4 G 3 6 1 ) ， 采用 缩小钢筋笼边长以增加保护层厚度的方案。② 预 应力砼管桩 ( P HC桩) ： 采用 国标图集《 预应力混 凝土管桩》 ( 0 3 S G 4 0 9 ) ， 防腐处理采用在混凝土中 添加钢筋阻锈剂的方案。③接桩 ： 全部采用焊接 连接 ， 构造除按原标准图执行外 ， 建议增加连接钢 件及连接焊缝的腐蚀裕度 2 m m。 ( 2 ) 本工程其他需防腐的地下混凝土构件 ， 可 采用涂表面防护层或添加钢筋阻锈剂的方案 。 2 ． 3 蓝星 ( 天津 ) 化工新材料基地项 目 该项 目( 一期 ) 位 于天津市塘沽 区， 拟 建场地 场地地下水 标高 0 ． 3～1 ． 3 0 m， 水位 变化 幅度 为 0 ． 5 0—1 ． 0 0 m属孔隙潜水 ， 地下水类型为“ c 1 一 一 K +N a 型水” ， 对混凝土具弱腐蚀性， 长期浸水 环境中对钢 筋混凝 土具 中等腐蚀性 ， 干湿交 替环 境对钢筋混凝 土具 强腐蚀 性 ； 场地土对混凝 土结 构具有弱腐蚀性 ， 对钢筋混凝土结构 中钢 筋具有 强腐蚀性。根据文献[ 3 ] 规定， 需采取防腐措施： ( 1 ) P H C管桩： ①加阻锈剂， 不另外采取外表 防护措施。②预应力钢筋的混凝土保护层厚度不 应小于 3 5 m m， 混凝土抗渗等级不应低 于 S 1 0 ， 桩 尖宜采用闭 口型。③桩接头部位焊接后做 防腐涂 层并加大端板厚度和预留腐蚀裕量 ( I>2 mm) 。 ( 2 ) 钢筋混凝土基础 ： 1 ) 基础梁 、 承台， 对于重 型、 高耸以及对沉降要求较高 的大 型装 置或设备 基础可考虑①采用外表防护措施； ②当采取掺加 钢筋阻锈剂 、 矿物掺合料、 采用高性能混凝土等方 法后混凝土性能能够满足规范的防腐要求时， 亦 可不采用外防护措施。2 ) 对于荷 载较小或对沉降 要求不高 的小 型装置 或设 备基 础可不 采用 外 防 护 ， 但应采用 掺加 钢筋 阻锈剂 、 矿物掺 合料 的方 法。 ( 3 ) 地下钢筋混凝土柱和墙用外防护措施。 ( 4 ) 垫层 ： 要求混凝土强度等级不低 于 C 2 0， 并适当增加垫层厚度至 1 5 0 mm。 其他未涉 及 的地下构 筑物 的防腐 措施参 照 ( 1 ) 、 ( 2 ) 条做法 。 3 常用防腐措施分析 比较 从以上工程实例可看出， 提高钢筋混凝土耐 第 2 9卷 茹洋． 钢筋混凝土基础防腐蚀措施分析比较 3 7 久性比较常用的方法是 ： 对 混凝土本 身进 行耐久 性要求、 加厚保护层 、 强化垫层作 用 、 混凝 土 中加 阻锈剂、 混凝土表面涂层防腐还有阴极保护法 。 首先对混凝土本身进行耐久性要求——选用 优质并合适类型的水泥、 保证水泥用量、 降低水灰 比提高混凝土本身 的防护能力是最根本 的措施 ； 还有加厚钢筋混凝土保 护层 ： 研究表 明， 即使最低 水灰比高质量的混凝土暴露 在氯盐环境 中， 越靠 近混凝土表面氯离子含量越 高 ， 因此 加厚钢筋混 凝土保 护层也 是一种有 效 的 防止 钢筋 腐蚀 的方 式。另外还有 一系列附加措施 ， 当上述基本 措施 还不能满足防腐设计需要时， 可进一步考虑其他 一 系列附加措施 ， 像垫层加 厚及提高垫层 混凝土 强度等级 ， 这是一种操作难度较小 、 经济性较好的 方法 ； 加阻锈剂 ： 钢筋阻锈剂 的主要优 点有一次性 使用而长期有效。与环氧涂层、 阴极保护相比， 采 用钢筋阻锈剂花费很少 ， 施工简单 、 方便 ， 此外一 次性掺入 后 ， 在 寿命 期 内不需 要维 护 ， 使用 范 围 广， 特别对氯盐环境有效。但此方法也存在一些 问题 ， 目前 国内阻锈剂性 能的测试和评估标 准还 比较混乱 ， 而且施工中比较难控制质量 ； 混凝土表 面涂层 ： 在混凝土表面涂覆一层耐腐 、 抗渗、 无毒、 持久 的涂料是一种成本低廉 、 简单易行 的方法 ， 但 有些涂层 自身寿命不长， 再次涂覆又困难。故在 耐久性保持应 用方面受到一定 限制 ， 而能与混 凝 土寿命匹配 的水泥基聚合物涂层 、 砂浆层等近年 来得到了大力发展和应用。而且选择涂料要根据 腐蚀来源因地制宜 ， 实施 方法要严 格遵 守规范规 定及厂家要求 ， 质量控制难度中等 ； 阴极保护是降 低钢筋腐蚀速率的有效辅助措施 ， 一般在钢筋腐 蚀开始后启用 ， 以降低腐蚀速率。对于新建工程 ， 阴极保护可用于海 中、 水域或潮 湿地下的独立构 筑物 ， 须严格控制保护 电位范围， 防止析氢引起的 握裹力降低 ， 对 于预应力混凝土更应慎重 。阴极 保护应该是操作难度 比较大并且不容易进行质量 控制的一种防腐蚀方法。 参考文献 ： [ 1 ] 马孝 轩． 我 国 主要 类型 土壤 对 混凝 土 材料 腐蚀 规 律研 究 [ J ] ． 建筑科学， 2 0 0 3 ， 1 9 ( 6 ) ： 5 6— 5 8 ． [ 2 ] 岩土工程勘察规范 G B 5 0 0 2 1 --2 0 0 1 [ s ] ．北京： 中国建筑工 业出版社． [ 3 ] 工业建筑防腐蚀设计规范 G B 5 0 0 4 6 - - 9 5 [ s ] ． 北京： 中国计 划出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 4 ] 混凝土结构设计规范 G B 5 0 0 1 0 --2 0 0 2 [ s ] ．北京： 中国建筑 工业出版社． ( 上接 第 3 4页) 水全部经配水系统分配至填料 区。热水幕喷淋系 统的关闭与开启 均在塔外管线上 操作 ， 非 常方 便 和安全 _ 3 J 。热水幕喷淋热水的总量宜 为冬季进塔 总水量的 2 0 ％ 一 4 0 ％。 ( 5 ) 保证塔壁密封， 同时设计时尽量将横梁和 水池中间隔墙 淹没在水池有效液 位 以下 ， 防止 因 穿堂风造成水滴飘落在池外 。 ( 6 ) 在冷却塔的回水主管上设旁路进水管， 根 据经验 ， 在保证淋水密度不得小 于 1 5 m ／ ( m h ) 时 ， 同时循环给水温度达到要求温度下 ， 可尽可能 多的停运几间冷却塔， 使循环回水仅通过旁路进 水管直接进入循环水池 ( 注意停用 的循 环水池应 保持一定量的热水循环) ， 防止填料层结冰_ 2 ] 。 ( 7 ) 在进风口横梁内侧下设置导水檐， 可解决 进风 口处结冰， 导水檐的高度为 0 ． ， 2 — 0 ． 4 m为 宜 ， 安装角度采用 4 0～5 0 0， 导水檐安装时注意与 横梁之间应严密结合 ， 避免漏水及渗水。 ( 8 ) 冷却塔的风机减速器应有对润滑油的加 热设施 J 。 ( 9 ) 冷却塔应装除水效率高、 通风阻力小、 耐 用 的除水器 ， 避免塔顶结冰及塔周 围地面结冰_ 2 j 。 ( 1 o ) 设计时采用的风机控制系统具有正反转 功能 ， 同时在保证风机静、 动平衡不被破坏 的前提 下可在叶片表面涂刷薄层涂料 ( 润滑脂 、 定子油 、 石蜡各 1 ／ 3加温混合 ) J 。 参考文献 ： [ 1 ] 王敬 ， 冷却塔的冰冻危害及其防治技术[ J ] ． 工业用水与废 水 ， 1 9 9 5 ( 0 2 ) ． [ 2 ] 李志悌， 华钟南， 金喜卿． 工业循环水冷却设计规范 G B ／ T 5 0 1 0 2 --2 0 0 3 [ s ] ． 北京： 中国计划出版社． 2 0 0 3 ． [ 3 ] 李兆一， 王进友．冷却塔的结冰与防止． 工业用水与废水， 2 0 0 5 f 0 4) ．