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1、构件类型名称斜撑横梁纵梁轨道梁钢筋等效表面积4.7243.526.376.8810.3611.78氯离子侵蚀是引起海港码头混凝土结构发生腐蚀破损的主要原因。因此，只要清除混凝土内的有害氯离子，就可有效地抑制钢筋腐蚀破坏。基此，提出了电化学脱盐防腐保护新技术的概念。在进行大量室内研究和工程试验的基础上1，对该技术进行了 1 000 m2左右的现场应用研究，研究成果为该技术的推广应用提供了依据。1现场概况电化学脱盐现场应用研究所选构件位于北仑港区 2.5 万吨级装矿码头第 C 结构分段第 2327排架间的 27 根上部构件上，总面积约 1 000 m2，各构件钢筋等效表面积见表 1。各构件表层 (
2、020 mm) 氯离子含量 (相对于水泥砂浆的重量百分比，下同) 在 0.150%0.390%，平均 0.265%；内层 (2040 mm) 氯离子含量在 0.053%0.350%，平均为 0.226%。2脱盐效果评估方法为准确评价电化学脱盐处理的效果，就混凝土内氯离子脱除的程度提出了电化学脱盐率的概念，如下式：电化学脱盐率= （1-脱盐后混凝土内氯离子含量脱盐前混凝土内氯离子含量） 100%电化学脱盐实施前，选取第 2425 排架间北侧边纵梁 （ML2-1 ） 、第 25 排架横梁(HL1)、第 2627 排架间中间斜撑(MC2)和南侧轨道梁(ML1-3) 等构件作为典型构件，现场钻芯取样，
3、按 JTJ 2701998 水运工程混凝土试验规程 规定，分层测定混凝土中的氯离子含量。电化学脱盐实施后，再次于典型构件上钻取芯样，分层测定脱盐后混2009 年 4 月 第 4 期总第 426 期Apr. 2009 No. 4Serial No. 426水运工程 Port 2. Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China)Abstract:The site application of electrochemical desalination for anticorrosion protection is descri
4、bedfrom the basic principle, evaluation method, construction technology and protection effect, etc. The research resultprovides a basis for the popularization of this technique.Key words:electrochemical desalination; anticorrosion; site application; research表 1各构件内钢筋等效表面积m2第 4 期凝土中的氯离子含量，计算脱盐率。脱盐前后两
5、次芯样钻取的部位以尽量靠近为原则。为评价电化学脱盐防腐保护技术的长期保护效果，于 2002 年 9 月、2004 年 3 月和 2008 年 5月 3 次进行现场检查并取样，检测了上述 3 个时段内典型构件混凝土内氯离子的含量及其分布情况。3电化学脱盐防腐蚀保护技术的设计与实施3.1电化学脱盐防腐蚀保护技术设计根据室内试验研究结果及构件现状，电流密度设计采用 2 A/m2(相对于钢筋等效表面积)，脱盐处理时间为 30 d。选用饱和 Ca(OH)2碱性溶液作为电解质，铂铌复合丝作为阳极材料。采用由塑料止水内胆、角钢与模板等组成的可拆、装复合阳极槽。3.2施工工艺施工工艺流程见图 1。3.3关键工
6、序说明1 ） 混凝土凿除与基面处理。对混凝土已遭破坏区域，采用人工与机械相结合方式，凿除至主筋；对完好部位，人工打磨清除浮灰和污物，同时清除混凝土表面的外露金属物。2 ） 钢筋除锈、焊换钢筋补强。对截面损失小于 30%的钢筋，采用机械和人工相结合的方式清除锈层；当截面损失率大于 30时，采用同规格型号的钢筋更换。对已裸露的各主、箍筋交接点，实施全面点焊。3 ） 焊制阴极引出部件。纵梁、轨道梁、斜撑构件，结合破坏处混凝土凿除修补，每根构件焊接 2 个阴极引出部件，共计 44 个。横梁每根构件焊接 4 个阴极引出部件，共计 20 个。4 ） 制作、安装复合阳极槽及布设铂铌复合阳极丝。采用 2535
7、 mm 厚的木板、40 mm50 mm断面的方肋和 30 mm45 mm 的角钢，加工成可拆装、组合的复合阳极槽。通过外部支撑和膨胀螺丝将阳极槽固定在构件表面。槽内铺设 1 mm厚的塑胶内胆，用于储存碱性电解质溶液。铂铌复合阳极丝固定在塑胶内胆中，阳极丝布置位置见图 2。5 ） 电源安装调试与通电脱盐。采用 KZDJ-150A-100V 整流器作为直流电源，整流器内配置图 1电化学脱盐工艺流程图 2阳极布置位置 （ 单位：cm ）方英豪，等：电化学脱盐防腐蚀保护技术现场应用57水运工程2009 年电量表，用于记录通电电量。先按总电流的 20%进行试通电，观察电流表、电压表及电源的稳定性，检查电
8、源设备与阳极系统情况，正常后进行正式电化学处理。于 1999 年 5 月开始，至 1999年 12 月结束。约 1 000 m2的电化学脱盐分 2 批次完成。第 1 次对轨道梁、水平撑等 16个构件进行脱盐处理，实际通电量为 13.5 万 A h；第 2 次对 5根横梁和 6 根纵梁实施脱盐处理，实际通电电流15 万 A h。通电过程定期检查电解质的 pH 值，确保其呈中性或碱性，否则更换或补充电解质。4脱盐效果评估与分析4.1脱盐率各构件的脱盐率见表 2。由表 2 知，电化学脱盐处理能有效清除混凝土内的有害氯离子，平均脱盐效率大于 70。脱盐处理后，剩余氯离子最小含量只有 0.012%，最大
9、值也只有 0.15%，远低于有关调查资料2-3提出的北仑地区海港码头钢筋混凝土上部结构中0.24%左右的临界氯离子浓度。由表 2 还可以看出，脱盐后混凝土内剩余氯离子含量差异显著，脱盐效率也明显不同，作者认为取样位置的选取对脱盐率有较大的影响，这与室内研究的有关结论相一致4，见图 3。由图 3 知，对采用丝状阳极的电化学脱盐处理系统，取样位置靠近阳极和阴极 (钢筋) 时脱盐率较高，而取样离阳极越远脱盐率越低。当然，影响脱盐率的因素是多方面的，除取样位置外，脱盐前混凝土内氯离子含量、钢筋/混凝土面积比、电流密度和电量等对脱盐率均有很大的影响5。此外，混凝土的不均匀性对脱盐率也有一定的影响。因此，
10、在进行电化学脱盐防腐蚀保护技术设计时应综合考虑，方能达到预期的效果。4.2长期效果电化学脱盐处理完毕后一段时间混凝土剩余氯离子含量分布情况见表 3。由表 3 可以看出，电化学脱盐处理完毕 10 年后氯离子含量仍维持在较低的水平，说明电化学脱盐处理长期保护效果良好。分析认为，涂层封闭保护以及脱盐处理引起混凝土自身密实性的提高6，对电化学脱盐后混凝土内氯离子维持在较低的水平具有重要的意义。对比表 2 与表 3 还可以看出，电化学脱盐处理完毕后不同取样时间，相同构件氯离子含量不同，且随时间的延续部分构件氯离子含量有所减少。分析认为，混凝土本身是不均匀的，采用丝状阳极进行脱盐处理时，脱盐过程是不均匀的
11、，脱盐后同一构件不同位置内氯离子含量是有差别的，因此，采取钻取芯样方式进行氯离子含量测量，不同的取样位置测量结果有差别是必然的；在有涂层保护，环境中氯离子侵蚀量相对小的情况下，电化学脱盐后混凝土内剩余氯离子的浓差扩散作用，引起浓度较高处的氯离子向浓度较低处扩散迁移，也会造成构件局部氯离子含量减低。脱盐前 脱盐后脱盐前脱盐后脱盐率ML2-10.1500.0380.0530.03337.7HL10.3900.0920.3500.01296.6MC20.2500.1200.2800.15046.4ML1-30.2700.0240.2200.03385.0平均值0.2650.0690.2260.057
12、74.8020 mm2040 mm脱盐率74.776.452.091.174.2构件名称及部位注：近阳极位置取样；远阳极位置取样。表 2各构件脱盐率%图 3脱盐率与取样位置的关系注：取样位置位于近阳极位置；取样位置位于远阳极位置。脱盐后3 a脱盐后5 a脱盐后10 a脱盐后3 a脱盐后5 a脱盐后10 aML2-10.0700.0370.0220.0350.0250.015HL10.1890.0450.0500.1160.0850.113MC20.1050.0770.0110.0330.0340.012ML1-30.1860.130.0360.1050.0520.028020 mm2040 m
13、m构件名称及部位表 3电化学脱盐处理完毕后一段时间混凝土内氯离子含量分布58第 4 期值得指出的是，上述计算的顺桥荷载及横桥荷载并非承台实际受到的荷载大小，而是力的分解值，从而方便荷载组合计算，此时两个方向的荷载同时出现。6结论海冰荷载计算和很多因素有关，应根据实际情况进行判断，选用合适的冰荷载计算公式。对冰荷载估计过低，会造成重大工程事故；对冰荷载估计过高，则会影响结构设计，浪费人力物力。本文主要得到以下几点结论：1 ） 在我国渤海和黄海北部的海域修建跨海桥梁，应考虑海冰荷载的影响。2 ） JTG D602004公路桥涵设计通用规范 中的冰压力计算公式不适用于海中大尺度桥梁基础。3 ） 我国
14、跨海桥梁荷载计算中海冰荷载主要为海冰的挤压破坏模式产生的。4 ） 应该慎重使用中国固定平台冰荷载计算公式。5 ） 桥梁设计中冰荷载计算宜考虑水流运动方向进行分解计算。参考文献：1丁德文. 工程海冰学概论M. 北京: 海洋出版社, 1999.2吴辉锭. 渤海海冰设计作业条件M. 北京: 海洋出版社,2001.3JTG D602004 公路桥涵设计通用规范S.4JTJ 2151998 港口工程荷载规范S.5EM1110-2-1612 工程和设计: 冰工程S.6陆钦年. 河冰对桥墩作用的冰荷载计算方法(II)J. 自然灾害学报, 2002, 11(4): 112-118.7中国工程建设标准化协会水运
15、工程委员会. 中国工程建设标准化委员会水运工程委员会系列文献 028(1993)波浪、 冰凌和船舶对水工建筑物的荷载与作用M. 潘少华, 译. 南京: 河海大学出版社, 1993.（ 本文编辑武亚庆 ）5结论与建议由电化学脱盐防腐保护技术现场应用情况可以得出以下几点结论：1 ） 应用电化学脱盐防腐蚀保护技术可以有效脱除混凝土内的有害氯离子，选取的技术参数与施工工艺是可行的；2 ） 电化学脱盐防腐蚀保护技术实施后，不同取样位置混凝土内的剩余氯离子有明显差异，一般而言，阴极 (钢筋) 和阳极附近剩余氯离子含量较少，脱盐率较高；3 ） 电化学脱盐防腐蚀保护技术实施 10 年后混凝土内氯离子含量仍然维
16、持在较低的水平，说明该技术具有长期耐久性；4 ） 建议采用网状阳极代替丝状阳极，以避免由于丝状阳极系统引起的氯离子脱除不均匀；5 ） 建议在条件允许的情况下，采用原位观检测技术，如钢筋腐蚀速率检测技术，替代目前钻取芯样的破损检测方法；6 ） 该研究成果对电化学脱盐防腐蚀保护技术设计、实施以及运行管理具有一定的借鉴意义。参考文献：1李森林, 范卫围, 蔡伟成, 等. 电化学脱盐处理现场试验研究J.水运工程, 2004(12): 1-3.2范卫国. 北仑港码头钢筋混凝土上部结构腐蚀破坏调查报告R. 南京: 南京水利科学研究院材料结构研究所,1996.3范卫国, 潘今垡, 罗德宽, 等. 北仑港码头钢筋混凝土上部结构腐蚀破坏调查报告C/海岸工程研讨会论文集.北京: 海洋出版社, 1997.4李森林. 水工钢筋混凝土结构电渗脱盐新技术室内试验研究R.
