[摘要] 镇海电厂使用了近30 年,其耐久性问题具有浙江沿海混凝土结构耐久性的典型特征,在同一厂区同时发现了氯离子侵蚀、混凝土碳化、结构沉降和水流冲刷现象。结合对电厂进行的四次耐久性检测,总结和分析了厂区出现的结构耐久性问题,对相似环境条件下电厂维护管理具有一定参考价值。
[关键词] 电厂 耐久性 氯离子 碳化 冲刷
1 工程概况
浙江镇海发电厂是浙江省一座大型港口火力发电站,位于东海之滨的宁波市镇海区。电厂濒临东海,厂区处于甬江下游河口段,属于海洋性气候,甬江属不规则半日潮混合港, 最大含氯度36．5 %;土层为近代滨海相沉积物,呈水平状分布,属软土地基类型,镇海发电厂一期工程建于1976 年,其循环水泵房、循环水进水管道和升压站均为钢筋混凝土结构,近30 年的使用期后,这些混凝土工程均存在不同程度的老化问题。为此,电厂委托浙江大学先后对厂区主要钢筋混凝土工程进行了四次检测,以了解升压站、循泵房沉箱结构、主厂房桩基础、循环水进水管道和循环水泵房上部结构的耐久性状况。在这四次检测工作基础上,本文从结构老化机制的角度对镇海电厂的混凝土结构耐久性问题进行了归纳和总结,首先简要介绍厂区混凝土结构耐久性的状况,然后结合混凝土结构老化机理,分析了导致混凝土结构老化的主要原因,结果表明,氯离子侵蚀、混凝土碳化、结构沉降和水流冲刷等角度的耐久性问题在电厂一期工程中均有不同程度的反映,电厂一期工程耐久性具有浙江沿海钢筋混凝土耐久性问题的典型特征,这些耐久性问题轻则影响结构的正常使用,重则导致严重的安全性问题,需要在今后的设计、施工和维护中加以重视。
2 厂区混凝土结构的耐久性状况
升压站结构见图1a ,由于混凝土构件保护层厚度相对较小(10～25mm) ,且处于露天环境,钢筋锈蚀情况较严重,主筋的锈蚀多发生在构件角部,钢筋截面损失率达13 %～15 % ,铁锈胀裂混凝土形成纵向裂缝,最大裂缝宽度达3mm ,部分构件混凝土保护层已经剥落。最为严重的是桁架结构,100 %的桁架构件存在不同程度的锈蚀、混凝土剥蚀、钢筋外露现象;其次是牛腿,所有牛腿均出现表面混凝土剥落、露筋问题;70 %钢筋混凝土柱和25 %的钢筋混凝土梁存在锈胀裂缝,被评定为C 类构件。
循环水泵房主要结构见图1b。循泵房沉箱结构的外侧处于潮差变化环境,工作环境最为恶劣,建造表面喷涂了一层高强度水泥砂浆,与原混凝土结构保护层结合紧密,两者的总计厚度达70mm 以上,对混凝土中的钢筋起到很好的保护作用,取出的钢筋以及绑扎钢筋的铁丝均无锈迹。
与外侧对应的沉箱结构内壁尽管处于室内潮湿环境,工作条件相对较好,然而由于没有喷涂砂浆保护层,保护层总厚度仅20mm ,因此表现出较为严重的老化现象,沉箱内壁由于钢筋锈胀作用起鼓,个别钢筋已经锈断。沉箱结构上方有3 根钢筋混凝土框架梁,截面尺寸为1000mm ×600mm ,保护层厚度40mm ,均处于室内环境,其中2 根保持完好,无裂缝和锈蚀状况,而另外1 根则出现了锈胀裂缝,经调查发现,造成这种差异的原因,是由于进水管漏水,海水反复喷淋所致。在这3 根框架梁上方612m 处有6 根钢筋混凝土框架梁,处于室内环境,由于离沉箱底部较高,工作环境相对干燥,这些梁均保持完好,而循泵房外的排架柱和吊车梁,尽管与这6 根框架梁处于同一标高范围,但因无外墙保护,直接受海风吹拂,已出现大面积的锈蚀和保护层剥落现象。循泵房滤水池盖板为预制钢筋混凝土梁板结构,可看到的上面层由于有一层混凝土叠合层而看不到明显的老化迹象,而其下面层属于隐蔽工程,无法看到,在检测中结合有关设计资料进行了耐久性预测,结果表明该结构已经无法使用,应当拆除,拆除后发现所有预制梁的箍筋均已锈断,几根主筋在起吊过程中竟然掉出来,经称重法检测发现主筋的截面损失率达30 %以上。
循环水进水管道由长度6m、外径2000mm ,壁厚150mm的预制钢筋混凝土管拼接而成,在管道经过的厂区地面,多处出现喷水、下陷问题,进入管道检修发现预制混凝土管段接头多处出现错位,接头处封堵混凝土大多剥落。尽管管道中保护层厚度达60mm ,然而检测中发现由于管内壁受压力海水作用而管外壁受土壤中氯离子作用,氯离子浓度随取样深度逐渐降低,达到一定深度后反而逐步提高(见图2) ,从而导致钢筋附近的氯离子浓度比较高,出现了锈蚀现象。
一期主厂房桩基础由于长期处于地下水环境,尽管检测到的钢筋附近氯离子浓度剖面非常高(见图3) ,然而由于与外界氧气隔离,取出的钢筋和绑扎铁丝均未出现锈迹,桩身完好无裂缝,耐久性状况相对较好。
3 钢筋混凝土结构性能的劣化发生原因
3．1 氯离子侵蚀
近海结构受海洋环境的影响,海洋环境中的氯化物会逐步侵入混凝土,混凝土中氯离子浓度达到一定水平时,会导致在混凝土高碱性环境下钢筋表面形成的钝化膜分解,使钢筋失去保护作用,发生导致钢筋锈蚀的原电池反应;锈蚀作用发生时,这些氯离子又成为原电池反应的导电离子,从而加速钢筋的锈蚀,因此,氯离子浓度水平是钢筋混凝土结构耐久性水平的重要指标。
检测中采用快速氯离子测定方法(RCT) 测定了混凝土中氯离子浓度剖面,结果表明循泵房框架结构及沉箱结构、循环水进水管道结构和主厂房桩基础均存在不同程度的氯离子侵蚀问题,如图4 所示。
3．2 混凝土碳化
混凝土在浇筑养护后形成强碱性环境,其内部碱性水化物与空气中二氧化碳发生反应导致混凝土中的pH 值降低,并会导致在混凝土高碱性环境下钢筋表面形成的钝化膜分解, 使钢筋失去保护作用,发生导致钢筋锈蚀的原
电池反应;检测中采用酚酞测定了混凝土的碳化深度,结果表明框架结构存在显著的碳化问题,如图5 所示。
3．3 水流冲刷影响
循环水泵房引桥柱处于浪溅区,由于引桥柱随甬江潮涨潮落的水流冲刷及水位变动,柱钢筋已经严重锈蚀,出现大量顺主筋方向的裂缝,裂缝宽度为2 - 5mm ,可观测到其保护层厚度仅为15mm～20mm ,水流冲刷严重影响了混凝土柱的耐久性。
3．4 地基变形和沉降
由于镇海电厂地处软土地区,厂区的循环水进水管道出现了较为严重的不均匀沉降,从而导
致管道接头脱开、漏水,经实测,由于不均匀沉降,管道线形已呈蛇曲状,见图6 所示。
4 结论
镇海电厂一期工程厂区内出现的氯离子侵蚀、混凝土碳化、结构沉降和水流冲刷现象等耐久性问题,具有浙江沿海混凝土结构耐久性的典型特征,其对混凝土结构的影响应引起足够的重视。为避免混凝土结构出现耐久性问题,从设计方面,应明确结构的合理使用年限,针对混凝土结构耐久性的主要因素如氯离子侵蚀、混凝土碳化、钢筋锈蚀等因素,结合工程实际采取具体措施;从施工方面,应控制好混凝土强度、密实性、水泥用量、水灰比、外加剂等;从使用方面,应注意构件使用环境及做好合理的检修维护工作。
参考文献
[1 ]罗福午. 建筑结构缺陷事故的分析及防止[M] . 清华大学出版社,1996
[2 ]洪定海. 混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M] . 中国铁道出版社,1998
[3 ]国家标准. 混凝土结构设计规范(GB5001022002)
