您好,欢迎访问三七文档
当前位置:首页 > 建筑/环境 > 结构设计 > 44近海环境中PHC管桩防腐蚀对策
2011年12月第12期总第461期水运工程Port&WaterwayEngineeringDec.2011No.12SerialNo.461近海环境中PHC管桩防腐蚀对策岑文杰,董桂洪,熊建波,潘德强(中交四航工程研究院有限公司交通运输部水工构造物耐久性技术交通行业重点实验室,广东广州510230)摘要:PHC管桩在沿海地区应用广泛,然而氯离子的渗透会影响PHC管桩的耐久性。PHC管桩受损后难以发现和修复,影响结构物抗震能力,因此应考虑对PHC桩采取防腐蚀措施。针对PHC管桩构造和施工特点,介绍多种工况下,适合于PHC管桩各个部位的防腐蚀措施,为有防腐要求的PHC管桩施工项目提供参考。关键词:PHC管桩;防腐;涂层;硅烷;护甲;焊接接头;机械接头中图分类号:U655.54+4.1文献标志码:B文章编号:1002-4972(2011)12-0131-04收稿日期:2011-05-03作者简介:岑文杰(1979—),男,工程师,从事港航工程耐久性技术的科研、设计、施工和技术管理工作。CorrosionpreventionmeasureofprestressedconcretepipepileincoastalareasCENWen-jie,DONGGui-hong,XIONGJian-bo,PANDe-qiang(KeyLaboratoryofHarbor&MarineStructureDurabilityTechnologyMinistryofCommunications,PRC,CCCCFourthHarborEngineeringInstituteCo.,Ltd.,Guangzhou510230,China)Abstract:Prestressedconcretepipepileiswidelyusedincoastalareas,butthepenetrationofchlorideionsaffectsthedurabilityofPHCpile.ThedamageofPHCpiles,whichwillreducetheseismiccapacityofstructures,isdifficulttobefoundandrepaired,soanti-corrosionmeasuresforthePHCpileshallbeconsidered.InviewofthecharacteristicsofstructureandconstructionofthePHCpile,severalanti-corrosionmeasuresareintroducedforthePHCpile,whicharesuitableforvariousconditions.ItmayserveasareferencefortheprojectofPHCpileswitharequirementofanti-corrosion.Keywords:prestressedconcretepipepile;corrosionprevention;coating;silane;armor;weldedjoints;mechanicaljoints.·地基与基础·PHC管桩具有制桩工期短,造价低,耐打性好,力学性能优,能打入坚硬的土层、密实的砂层和强风化岩层,单桩承载能力高等特点,在我国得到广泛的应用。随着我国基础设施建设的高速发展,越来越多的PHC管桩被应用在沿海建筑物中。由于受海水中氯离子侵蚀影响,海工建筑物面临着严峻的耐久性问题。目前,我国对PHC管桩在近海环境中的耐久性设计及配套防腐蚀措施问题研究尚少。1腐蚀环境对PHC管桩耐久性的影响[1-3]1.1对桩身部位的影响JTJ275—2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》要求预应力钢筋混凝土构件不应小于75mm。然而PHC管桩属于薄壁的预应力钢筋混凝土构件,小直径管桩无法满足相关规范要求。沿海地区使用PHC管桩主要的腐蚀因素是氯离子,其主要破坏形式是氯离子入侵钢筋混凝土结构导致钢筋钝化膜破坏,钢筋出现锈蚀膨胀,•132•水运工程2011年致使混凝土保护层开裂,保护层脱落,钢筋完全暴露于海洋环境中,腐蚀速度加快,导致钢筋截面积减少,结构物承载能力下降,根据目前检测和施工技术PHC管桩如果出现锈蚀损坏是难以发现且无法修复的。目前尚未有大规模发现PHC管桩锈蚀损坏的报道,主要原因是PHC管桩在我国使用的历史仅有20多年;PHC管桩采用高强混凝土,用高温高压蒸养,材料水化充分且致密、氯离子渗透速度较小;PHC管桩接头部位外露钢垫块作为阳极,先于混凝土内部钢筋腐蚀,有一定的电化学保护作用;PHC管桩泥下区无法观察,水下区腐蚀程度较浪溅区小。但从结构物整体耐久性的角度考虑,PHC管桩在严重腐蚀环境中使用的耐久性依然不容忽视。1.2对接头部位的影响PHC管桩端板一般采用Q235B钢板为材料,其化学成分(除Fe外):C0.12~0.20,Mn0.30~0.67,Si≤0.30,S≤0.045,P≤0.045,在腐蚀环境中,碳素钢容易发生锈蚀。PHC管桩一般采用焊接方法接桩,近年还有采用机械接头接桩的,接头部位外露的金属与混凝土内部钢筋所处的介质差异而存在电位差,容易发生极化,使得管桩内部钢筋成为阴极,外露钢材成为阳极而发生局部集中的腐蚀,地下有流水或地下水溶氧丰富,会导致腐蚀速度加快。焊缝材料与基材差异较大时,同样会在焊缝和基材间产生电位差,腐蚀将集中发生于基材和焊缝间应力昀集中的交界部位或焊缝的缺陷部位,使得腐蚀更严重。采用涂层防腐隔离钢材和地下水是有效的防腐方法,但沉桩过程中涂层往往会遭到周围土体中沙石摩擦破坏,防腐效果难以实现。同时由于沉桩时间间隔太长会导致土体重新固结而造成沉桩困难,因此抗磨耗性能较好的环氧树脂包裹玻璃纤维布等防腐方法也难以应用。PHC管桩接头防腐蚀是一个难题。2PHC管桩桩身防腐蚀措施2.1混凝土材料和配合比有防腐蚀要求的PHC管桩宜采用抗氯离子渗透性的海工高性能混凝土,海工高性能混凝土是针对海洋氯盐侵蚀环境开发的材料,通过按一定配合比添加高效减水剂和矿物掺合料(硅灰、粉煤灰等活性材料),减小水灰比以及减少硬化后混凝土内游离Ca2+含量,从而减少离子通道,达到抗氯离子渗透的目的,能阻止或一定程度上抑制侵蚀介质进入混凝土内,具有很好的耐久性。2.2保护层厚度设计由于PHC管桩管壁较小,混凝土保护层厚度受管桩构造限制,但较大的混凝土保护层厚度能有效延长钢筋混凝土构件使用寿命,对于有防腐蚀要求的项目,混凝土保护层厚度应尽量取昀大值。2.3泥下区涂层防腐蚀措施涂层是隔绝有害离子保护钢筋混凝土结构的有效措施之一。但在PHC管桩上使用普通涂料,会改变桩身的摩擦系数,对摩擦桩影响较大。而且沉桩过程中,由于周围土体中沙石的摩擦,涂层难以保证完好。因此一般PHC管桩很少采用涂层防腐措施。硅烷是近年来广泛用于港口水工钢筋混凝土结构物防腐的材料之一[4]。硅烷渗透至混凝土表面一定深度,附着于混凝土材料的微孔隙内形成一层憎水性的隔离层(图1)。SiROOOSiROOSiROORýOHRýOHRýOH图1浸渍硅烷后的混凝土微孔隙PHC桩身采用浸渍硅烷防腐,对混凝土表面摩擦系数影响较小,同时由于硅烷渗透至混凝土内,受到周围土体中沙石摩擦影响较小,沉桩后,能有效地把PHC管桩内预应力钢筋从腐蚀环境中隔绝起来。2.4潮差区和浪溅区防腐蚀措施在沿海建筑物中采用PHC管桩,部分桩外露于潮差区和浪溅区。由于干湿交替,氧气充足,钢筋混凝土构件在该区域更容易发生锈蚀。采用涂层防腐是较为有效的措施之一,但在•133•第12期海洋环境中潮差区、浪溅区中对结构物实施涂装施工并不是容易的事情,除了要求使用湿固化的专用防腐涂料以外,有时候还需要用围堰围闭构件,防止潮汐影响未固化的涂料,施工难度大。表面处理质量和涂装施工技术要求高,质量难以保证。护甲防腐系统也是一类应用于海工桩基桩柱潮差区和浪溅区的防腐蚀产品之一。该防腐措施同时适用于PHC管桩桩身和接头部位防腐。该类产品适用于天气条件差、具有偶发性大风浪的海洋环境、可以直接在水中施工。该系统一般由3部分组成:1)S105胶:由含有水置换剂、防腐剂和流动控制添加剂以及广谱杀虫剂等成分组成的软性凡士林胶;2)缠绕带:将含有惰性填料、水置换剂和广谱杀虫剂的凡士林作集体化合物,加工浸覆在含有非编织合成纤维的带状物上,并衬以塑料隔离膜;3)护甲:根据构件外观尺寸定制,厚度约为2mm的聚乙烯外保护套,通过配套千斤顶拉紧,用海洋环境专用耐候钢螺栓紧固安装。该系统的S105胶涂装于构件表面形成憎水性保护膜,无需固化,可以在水下操作,能有效隔离水分。护甲一般的聚乙烯保护套经千斤顶张拉后有均匀的弹性收缩能力,能保证S105胶和缠绕带充分填充护甲内的空隙,使水分无法进入系统内。热收缩缠绕带系列产品是为埋地及架空钢质管道焊口的防腐和保温管道的保温补口而设计的。它由辐射交联聚烯烃基材和特种密封热熔胶复合而成,特种密封热熔胶与聚烯烃基材、钢管表面及固体环氧涂层可形成良好的粘接。热收缩带在加热安装时,基材在径向收缩的同时,内部复合胶层熔化,紧紧地包覆在补口处,与基材一起在管道外形成了一个牢固的防腐体,具有优异的耐磨损、耐腐蚀、抗冲击及良好的抗紫外线和光老化性能,其防腐机理和施工方法与护甲系统相似,且施工时无需使用千斤顶,该产品可以有望取代聚乙烯保护套,使施工更为简便。3PHC管桩接头防腐蚀措施[5-7]3.1焊接接头防腐蚀措施1)端板坡口设计。采用焊接连接的PHC管桩端板需要加工坡口,保证焊缝的深度和焊接质量,规范要求焊接部位连接强度不低于桩身的强度,焊缝不宜凸起,高于护套外侧面。在腐蚀环境中,碳钢在泥下区的腐蚀速度约为0.05mm/a,焊接部位腐蚀速度更快。因此焊接部位是腐蚀昀为严重的区域,腐蚀后难以保证焊接部位的连接强度。因此对于有防腐要求的PHC管桩,端板的坡口应相应加深,加深的深度应根据焊接施工工艺,每道焊缝厚度约为4mm确定,即坡口深度在原来基础上加深约为4mm。由于焊缝总厚度的增加,焊接应力也变大,有条件的应在坡口内侧再增加半径不小于5mm的消除焊接应力的圆槽(图2)。图2有防腐要求的端板设计剖面๖ᬓःҦߗڸԯ16.0+0.5-1.05.0+1.0-0.0R32)焊丝的选择。焊接部位材料的化学成分与母材差异越大,母材产生的电位差越大,锈蚀速度也将越大。因此应选用熔敷金属化学成分与母材接近的焊丝或焊条。3)焊接方法的选择。手工电弧焊发热量大,短时间内难以冷却,冷却后焊接应力也大,焊缝质量难以保证。对于有防腐蚀要求的PHC管桩建议采用二氧化碳保护焊,在焊接过程中保护气体可以带走部分热量,使得焊缝冷却时间缩短。焊接时严格要求分层焊接,每层厚度约为4mm,即对于厚度为12mm的焊缝不宜小于3层,每层焊接前需要彻底清除前一道焊缝的焊渣,保证焊缝饱满、连续且根部必须焊透。焊接后必须岑文杰,等:近海环境中PHC管桩防腐蚀对策•134•水运工程2011年充分冷却后才能继续沉桩。4)沉桩方法的选择。由于焊接应力的存在,在锤击震动下,焊缝容易产生微小的缺陷,如微裂缝,小缺陷的存在使得焊缝加速锈蚀。在施工条件允许的情况下尽可能采用静压法沉桩,减少震动可降低焊缝出现缺陷的可能性,有利于提高PHC管桩焊接部位的抗腐蚀能力。5)其他措施。其他防腐蚀措施:采用普通碳钢制作的端板考虑采用涂层防腐,常用于端板防腐的包括涂刷热沥青,或包裹浸渍热沥青的玻璃纤维布。沉桩过程摩擦力大,沥青涂层容易被刮掉,该方法仅适用于某些摩擦较小的地址,如淤泥或粉砂性地质。环氧树脂等粘结强度高耐磨性较好的化学防腐涂料由于固化时间长,影响施工进度,甚至会造成土体重新固化影响后续沉桩施工,因此一般不采用。超音速陶瓷粉末热喷涂是一种应用于表面硬化处理和防腐的涂装方法,涂层具有硬度高、耐磨好、施工速度快等特点,适用于PHC管桩接头部位涂装防腐。其次,可以采用耐候钢制作端板,并采用耐候钢焊丝进行焊接,耐候钢在高氯离子腐蚀环境中稳定性较高,
本文标题:44近海环境中PHC管桩防腐蚀对策
链接地址:https://www.777doc.com/doc-7092925 .html