沿海地区地下高性能混凝土耐久性方案.docx

沿海地区地下高性能混凝土耐久性方案

1、前言

本工程建于******吹填陆域上，一期工程填海面积约11.97平方公里，填土深度平均深度4～6m，填海规模居我国之首。一期工程包括钢铁厂码头料场、原料场、烧结、球团、焦化、炼铁、炼钢、2250mm热轧、1780mm热轧、2230mm冷轧、1700mm冷轧、1550mm冷轧、硅钢等。由于本工程地下水和海水相连。因此要求各种建筑物结构设计使用年限（50年），环境作用类别和环境作用等级（Ⅲ-E），防止腐蚀的措施。为保证本工程混凝土结构的耐久性，工程采取了以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案。然而我国目前海洋工程超长寿命服役的相关技术规范，高性能混凝土的设计、生产、施工技术在工程中的应用方面尚为空白，因此结合钢铁基地工程的具体需要，研究海水混凝土结构耐久性和高性能混凝土的应用技术极为迫切和重要。

2、本工程混凝土结构和耐久性设计

2.1、钢铁厂混凝土结构布置

本工程地基处理的方案，第一类地基处理采用强夯和真空动力固结法；第二类地基处理采用浅层PHC桩或CFG复合地基；第三类地基处理用深层PHC桩或钻孔灌注桩。混凝土结构连续梁、墩柱、柱和承台均采用现浇混凝土，混凝土的设计强度根据不同部位在C30～C60之间。

2.2、***附近海域气象环境

***地处暖温带滨海半湿润大陆性季风气候。四季分明，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季昼夜温差大，冬季干冷寡照。多年平均气温为11.1℃，最冷月是1月份，平均气温-5.6℃，最热月为7月，平均气温25.3℃，温度平均年较差28.9℃，极端最高气温39.6℃，极端最低气温-21.7℃，最大极端年较差61.3℃。海水中通常盐度全年变化30.94～33.00‰，以夏季最低，冬季最高，近岸盐度随入海径流量而变化，其中主要是氯盐。以Cl—计，海水中的含量约为17407mg/L，海风、海雾中也含有氯盐，属强混合型海区，海洋环境特征明显。暖年平均水温12.2℃，8月平均为26.5℃，1月平均为-1.05℃。潮汐类型南堡附近为正规半日潮，其余海域为不正规半日潮，平均潮位2.24m，平均潮差1～3.08m。海域波浪为风浪，频率最高值出现在7月，频率为41%，主浪向为SSW，南向风浪频率为42%，5级以上的大浪较少。

2.3、钢铁厂面临的耐久性问题

2.3.1、在海洋环境下结构混凝土的腐蚀荷载主要由气候和环境介质侵蚀引起。主要表现形式有钢筋锈蚀、冻融循环、盐类侵蚀、溶蚀、碱-集料反应等。

2.3.2、钢铁厂位于典型的亚温带地区，严重的冻融破环和浮冰的冲击磨损可不予考虑；镁盐、硫酸盐等盐类侵蚀和碱骨料反应破坏则可以通过控制混凝土组分来避免；这样钢筋锈蚀破环就成为最主要的腐蚀荷载。

2.3.3、混凝土中钢筋锈蚀可由两种因素诱发，一是海水中Cl-侵蚀，二是大气中的CO2使混凝土中性化。国内外大量工程调查和科学研究结果表明，海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀破坏的主要因素是Cl-进入混凝土中，并在钢筋表面集聚，促使钢筋产生电化学腐蚀。在***钢铁基地周边沿海码头调查中亦证实，海洋环境中混凝土的碳化速度远远低于Cl-渗透速度，中等质量的混凝土自然碳化速度平均为3mm/10年。因此，影响***钢铁基地结构混凝土耐久性的首要因素是混凝土的Cl-渗透速度。

3、提高钢铁厂海工混凝土耐久性的技术措施

国内外相关科研成果和长期工程实践调研显示，当前较为成熟的提高海工钢筋混凝土工程耐久性的主要技术措施有：

3.1、高性能海工混凝土

其技术途径是采用优质混凝土矿物掺和料和新型高效减水剂复合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，低缺陷，高密实、高耐久的混凝土材料。高性能海工混凝土较高的抗氯离子渗透性为特征，其优异的耐久性和性能价格比已受到国际上研究和工程界的认同。

3.2、提高混凝土保护层厚度

这是提高海洋工程钢筋混凝土使用寿命的最为直接、简单而且经济有效的方法。但是保护层厚度并不能不受限制的任意增加。当保护层厚度过厚时，由于混凝土材料本身的脆性和收缩会导致混凝土保护层出现裂缝反而削弱其对钢筋的保护作用。

3.3、混凝土保护涂层

完好的混凝土保护涂层具有阻绝腐蚀性介质与混凝土接触的特点，从而延长混凝土和钢筋混凝土的使用寿命。然而大部分涂层本身会在环境的作用下老化，逐渐丧失其功效，一般寿命在5～10年，只能作辅助措施。

3.4、涂层钢筋

钢筋表面采用致密材料涂覆，如环氧涂层环氧涂层钢筋在欧美也有一定的应用，其应用效果评价不一。主要不利方面是，表面涂层完整性和施工过程施工质量较难控制。环氧涂层钢筋与混凝土的握裹力降低，使钢筋混凝土结构的整体力学性能有所降低；施工过程中对环氧涂层钢筋的保护要求极其严格，加大了施工难度；另外成本的明显增加也是其推广应用受到制约。考虑到本工程规模