[摘要] 鎮(zhèn)海電廠使用了近30 年,其耐久性問題具有浙江沿?；炷两Y構耐久性的典型特征,在同一廠區(qū)同時發(fā)現(xiàn)了氯離子侵蝕、混凝土碳化、結構沉降和水流沖刷現(xiàn)象。結合對電廠進行的四次耐久性檢測,總結和分析了廠區(qū)出現(xiàn)的結構耐久性問題,對相似環(huán)境條件下電廠維護管理具有一定參考價值。
[關鍵詞] 電廠 耐久性 氯離子 碳化 沖刷
1 工程概況
浙江鎮(zhèn)海發(fā)電廠是浙江省一座大型港口火力發(fā)電站,位于東海之濱的寧波市鎮(zhèn)海區(qū)。電廠瀕臨東海,廠區(qū)處于甬江下游河口段,屬于海洋性氣候,甬江屬不規(guī)則半日潮混合港, 最大含氯度36．5 %;土層為近代濱海相沉積物,呈水平狀分布,屬軟土地基類型,鎮(zhèn)海發(fā)電廠一期工程建于1976 年,其循環(huán)水泵房、循環(huán)水進水管道和升壓站均為鋼筋混凝土結構,近30 年的使用期后,這些混凝土工程均存在不同程度的老化問題。為此,電廠委托浙江大學先后對廠區(qū)主要鋼筋混凝土工程進行了四次檢測,以了解升壓站、循泵房沉箱結構、主廠房樁基礎、循環(huán)水進水管道和循環(huán)水泵房上部結構的耐久性狀況。在這四次檢測工作基礎上,本文從結構老化機制的角度對鎮(zhèn)海電廠的混凝土結構耐久性問題進行了歸納和總結,首先簡要介紹廠區(qū)混凝土結構耐久性的狀況,然后結合混凝土結構老化機理,分析了導致混凝土結構老化的主要原因,結果表明,氯離子侵蝕、混凝土碳化、結構沉降和水流沖刷等角度的耐久性問題在電廠一期工程中均有不同程度的反映,電廠一期工程耐久性具有浙江沿海鋼筋混凝土耐久性問題的典型特征,這些耐久性問題輕則影響結構的正常使用,重則導致嚴重的安全性問題,需要在今后的設計、施工和維護中加以重視。
2 廠區(qū)混凝土結構的耐久性狀況
升壓站結構見圖1a ,由于混凝土構件保護層厚度相對較小(10～25mm) ,且處于露天環(huán)境,鋼筋銹蝕情況較嚴重,主筋的銹蝕多發(fā)生在構件角部,鋼筋截面損失率達13 %～15 % ,鐵銹脹裂混凝土形成縱向裂縫,最大裂縫寬度達3mm ,部分構件混凝土保護層已經(jīng)剝落。最為嚴重的是桁架結構,100 %的桁架構件存在不同程度的銹蝕、混凝土剝蝕、鋼筋外露現(xiàn)象;其次是牛腿,所有牛腿均出現(xiàn)表面混凝土剝落、露筋問題;70 %鋼筋混凝土柱和25 %的鋼筋混凝土梁存在銹脹裂縫,被評定為C 類構件。
循環(huán)水泵房主要結構見圖1b。循泵房沉箱結構的外側處于潮差變化環(huán)境,工作環(huán)境最為惡劣,建造表面噴涂了一層高強度水泥砂漿,與原混凝土結構保護層結合緊密,兩者的總計厚度達70mm 以上,對混凝土中的鋼筋起到很好的保護作用,取出的鋼筋以及綁扎鋼筋的鐵絲均無銹跡。
與外側對應的沉箱結構內(nèi)壁盡管處于室內(nèi)潮濕環(huán)境,工作條件相對較好,然而由于沒有噴涂砂漿保護層,保護層總厚度僅20mm ,因此表現(xiàn)出較為嚴重的老化現(xiàn)象,沉箱內(nèi)壁由于鋼筋銹脹作用起鼓,個別鋼筋已經(jīng)銹斷。沉箱結構上方有3 根鋼筋混凝土框架梁,截面尺寸為1000mm ×600mm ,保護層厚度40mm ,均處于室內(nèi)環(huán)境,其中2 根保持完好,無裂縫和銹蝕狀況,而另外1 根則出現(xiàn)了銹脹裂縫,經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),造成這種差異的原因,是由于進水管漏水,海水反復噴淋所致。在這3 根框架梁上方612m 處有6 根鋼筋混凝土框架梁,處于室內(nèi)環(huán)境,由于離沉箱底部較高,工作環(huán)境相對干燥,這些梁均保持完好,而循泵房外的排架柱和吊車梁,盡管與這6 根框架梁處于同一標高范圍,但因無外墻保護,直接受海風吹拂,已出現(xiàn)大面積的銹蝕和保護層剝落現(xiàn)象。循泵房濾水池蓋板為預制鋼筋混凝土梁板結構,可看到的上面層由于有一層混凝土疊合層而看不到明顯的老化跡象,而其下面層屬于隱蔽工程,無法看到,在檢測中結合有關設計資料進行了耐久性預測,結果表明該結構已經(jīng)無法使用,應當拆除,拆除后發(fā)現(xiàn)所有預制梁的箍筋均已銹斷,幾根主筋在起吊過程中竟然掉出來,經(jīng)稱重法檢測發(fā)現(xiàn)主筋的截面損失率達30 %以上。
循環(huán)水進水管道由長度6m、外徑2000mm ,壁厚150mm的預制鋼筋混凝土管拼接而成,在管道經(jīng)過的廠區(qū)地面,多處出現(xiàn)噴水、下陷問題,進入管道檢修發(fā)現(xiàn)預制混凝土管段接頭多處出現(xiàn)錯位,接頭處封堵混凝土大多剝落。盡管管道中保護層厚度達60mm ,然而檢測中發(fā)現(xiàn)由于管內(nèi)壁受壓力海水作用而管外壁受土壤中氯離子作用,氯離子濃度隨取樣深度逐漸降低,達到一定深度后反而逐步提高(見圖2) ,從而導致鋼筋附近的氯離子濃度比較高,出現(xiàn)了銹蝕現(xiàn)象。
一期主廠房樁基礎由于長期處于地下水環(huán)境,盡管檢測到的鋼筋附近氯離子濃度剖面非常高(見圖3) ,然而由于與外界氧氣隔離,取出的鋼筋和綁扎鐵絲均未出現(xiàn)銹跡,樁身完好無裂縫,耐久性狀況相對較好。
3 鋼筋混凝土結構性能的劣化發(fā)生原因
3．1 氯離子侵蝕
近海結構受海洋環(huán)境的影響,海洋環(huán)境中的氯化物會逐步侵入混凝土,混凝土中氯離子濃度達到一定水平時,會導致在混凝土高堿性環(huán)境下鋼筋表面形成的鈍化膜分解,使鋼筋失去保護作用,發(fā)生導致鋼筋銹蝕的原電池反應;銹蝕作用發(fā)生時,這些氯離子又成為原電池反應的導電離子,從而加速鋼筋的銹蝕,因此,氯離子濃度水平是鋼筋混凝土結構耐久性水平的重要指標。
檢測中采用快速氯離子測定方法(RCT) 測定了混凝土中氯離子濃度剖面,結果表明循泵房框架結構及沉箱結構、循環(huán)水進水管道結構和主廠房樁基礎均存在不同程度的氯離子侵蝕問題,如圖4 所示。
3．2 混凝土碳化
混凝土在澆筑養(yǎng)護后形成強堿性環(huán)境,其內(nèi)部堿性水化物與空氣中二氧化碳發(fā)生反應導致混凝土中的pH 值降低,并會導致在混凝土高堿性環(huán)境下鋼筋表面形成的鈍化膜分解, 使鋼筋失去保護作用,發(fā)生導致鋼筋銹蝕的原
電池反應;檢測中采用酚酞測定了混凝土的碳化深度,結果表明框架結構存在顯著的碳化問題,如圖5 所示。
3．3 水流沖刷影響
循環(huán)水泵房引橋柱處于浪濺區(qū),由于引橋柱隨甬江潮漲潮落的水流沖刷及水位變動,柱鋼筋已經(jīng)嚴重銹蝕,出現(xiàn)大量順主筋方向的裂縫,裂縫寬度為2 - 5mm ,可觀測到其保護層厚度僅為15mm～20mm ,水流沖刷嚴重影響了混凝土柱的耐久性。
3．4 地基變形和沉降
由于鎮(zhèn)海電廠地處軟土地區(qū),廠區(qū)的循環(huán)水進水管道出現(xiàn)了較為嚴重的不均勻沉降,從而導
致管道接頭脫開、漏水,經(jīng)實測,由于不均勻沉降,管道線形已呈蛇曲狀,見圖6 所示。
4 結論
鎮(zhèn)海電廠一期工程廠區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的氯離子侵蝕、混凝土碳化、結構沉降和水流沖刷現(xiàn)象等耐久性問題,具有浙江沿?；炷两Y構耐久性的典型特征,其對混凝土結構的影響應引起足夠的重視。為避免混凝土結構出現(xiàn)耐久性問題,從設計方面,應明確結構的合理使用年限,針對混凝土結構耐久性的主要因素如氯離子侵蝕、混凝土碳化、鋼筋銹蝕等因素,結合工程實際采取具體措施;從施工方面,應控制好混凝土強度、密實性、水泥用量、水灰比、外加劑等;從使用方面,應注意構件使用環(huán)境及做好合理的檢修維護工作。
參考文獻
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