深圳市建筑科学研究院股份有限公司 深圳市福田区 518049
摘要：本文以某发电厂冷却塔耐久性修缮为工程背景，探讨海边环境下框架结构耐久性评估的思路和方法，并基于分析结果，探讨了类似结构的耐久性设计思路。
关键词：海边环境，耐久性评估，耐久性修缮设计
1 工程简介
该冷却塔自2003年开始使用，为3层现浇钢筋混凝土框架结构，围护墙体均采用钢筋混凝土墙板；一层外立面为3面围蔽、一面开敞状态，天花未设置楼板；二层外立面为四面围蔽状态，天花未设置楼板，二层楼面至三层楼面间布置有格栅式和蜂窝式PVC填料；三层外立面为四面围蔽状态，仅局部屋面设置有楼板，屋面布置有水轮机。该冷却塔滨临海岸线，其底部水池长期充满海水，目前发现局部框架柱、框架梁、混凝土围护墙体存在钢筋锈蚀和保护层胀裂。本工程为对该冷却塔结构进行耐久性评估并对可能出现的耐久性缺陷进行修缮设计。
2 耐久性分析主要内容
2.1主体结构构件损伤调查
主体结构构件的破损及缺陷调查结果表明：1）部分一层柱存在根部箍筋锈蚀、外露及保护层脱落；部分三层柱存在根部纵筋及箍筋锈蚀、外露及保护层脱落。2）部分二层梁及顶层梁的梁底或梁面出现保护层脱落，箍筋锈蚀、外露，其中顶层梁的钢筋锈蚀程度较严重。3）二层外立面均为围蔽状态，二层柱及三层梁未发现明显可见损伤。
图1：结构平面布置示意图
表2.1
2.3钢筋保护层厚度调查
钢筋保护层厚度调查结果表明：该冷却塔抽检柱钢筋保护层厚度分布于23mm~67mm，平均值为38mm，90%的抽检构件钢筋保护层厚度满足保护层设计厚度35mm要求；抽检梁钢筋保护层厚度分布于17mm~46mm，平均值为34mm，58%的抽检构件钢筋保护层厚度满足保护层设计厚度35mm要求；抽检围护墙钢筋保护层厚度分布于6mm~33mm，平均值为14mm，43%的抽检构件钢筋保护层厚度满足保护层设计厚度20mm要求。
表2.3
2.4混凝土碳化深度调查
现场凿除混凝土表层测量碳化深度，混凝土碳化深度调查结果表明：该冷却塔抽检柱构件的混凝土碳化深度分布于9mm~25mm、平均值为16.6mm；抽检梁构件的混凝土碳化深度分布于10mm~30mm、平均值为16.6mm；抽检围护墙构件的混凝土碳化深度分布于8mm~20mm、平均值为15.4mm。
表2.4
2.5氯离子含量调查
该冷却塔抽检混凝土芯样及钢筋锈蚀部位砼块的氯离子含量调查结果表明：该冷却塔抽检梁、柱、墙构件芯样的混凝土中氯离子含量均低于《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008）规定的环境作用等级为Ⅲ-E类（海上大气区）的限值0.1%；抽检梁、墙构件存在钢筋生锈部位的混凝土中氯离子含量均超过《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008）规定的环境作用等级为Ⅲ-E类（海上大气区）的限值0.1%。
表2.5
3 结构损伤分析与鉴定
3.1 锈蚀情况的主因分析
该冷却塔滨临海岸线且其底部收水池长期充满海水，故该结构处于海滨大气环境中和潮湿且有氯离子侵蚀的环境中，环境作用等级为Ⅲ-E类。在海洋环境中，引起混凝土中钢筋腐蚀的有氯离子腐蚀作用、混凝土碳化作用及混凝土缺陷等引发因素。
该冷却塔抽检梁、柱、墙构件芯样的混凝土中氯离子含量均低于《混凝土结构耐久性设计规范》规定的环境作用等级为Ⅲ-E类（海上大气区）的限值0.1%，由此表明该冷却塔上部主体结构的混凝土构件目前的氯离子含量（包括本身所含氯离子及外部所渗入的氯离子）并非该冷却塔钢筋锈蚀的因素。对于抽检梁、墙构件存在钢筋生锈部位的混凝土中氯离子含量均超过限值0.1%，是裸露钢筋长期暴露处于潮湿盐雾中不断吸附空气中Cl-的结果。
该冷却塔框架柱的混凝土碳化深度实测值均低于实测保护层厚度实测值，说明框架柱存在钢筋锈蚀的主要原因并非混凝土碳化作用；有41%的抽检框架梁混凝土碳化深度实测值进入实测保护层厚度分布区间内，有57%的抽检围护墙混凝土碳化深度实测值进入实测保护层厚度分布区间内（抽检围护墙的混凝土碳化深度均大于抽检围护墙的钢筋保护层厚度平均值14mm），由此表明除框架柱外该冷却塔存在钢筋锈蚀的主要原因是混凝土碳化作用。
3.2 锈蚀情况的具体分析与评估
1）个别框架柱、框架梁角部处纵筋锈蚀、保护层脱落的现象，主要是由于锈蚀处混凝土保护层存在严重蜂窝、酥松，混凝土对钢筋的保护作用较差，保护层混凝土过早碳化，从而导致钢筋钝化膜被破坏而逐渐生锈。由于个别三层柱根部主筋及箍筋存在严重锈蚀，需要进行加固补强处理。目前其它构件的锈蚀尚不影响结构安全，但影响正常使用和耐久性，且长此以往将影响安全性，钢筋锈蚀构件评定为cu级，应采取除锈及防护封闭处理。
2）对于部分二层梁及顶层梁的梁底或梁面出现箍筋锈蚀、保护层脱落的现象，现场对梁的钢筋保护层厚度进行了检测，42%的抽检构件钢筋保护层厚度不满足保护层设计厚度要求，由此说明部分梁构件的保护层厚度偏薄，混凝土对钢筋的保护作用降低，保护层混凝土过早碳化，从而导致钢筋钝化膜被破坏而逐渐生锈。目前该类构件的锈蚀尚不影响结构安全，但影响正常使用和耐久性，且长此以往将影响安全性，钢筋锈蚀构件评定为cu级，应采取除锈及防护封闭处理。
3）对于围护墙大面积存在水平钢筋锈蚀、保护层脱落现象，现场对围护墙的钢筋保护层厚度进行了检测，57%的抽检构件钢筋保护层厚度不满足保护层设计厚度要求，而抽检围护墙构件的混凝土碳化深度平均值为15.4mm，大于抽检柱构件的钢筋保护层厚度平均值14mm，由此说明保护层厚度较小，混凝土对钢筋的保护作用降低，碳化已到达或超过钢筋表面，从而导致钢筋钝化膜被破坏而逐渐生锈。此类非结构构件的钢筋锈蚀对主体结构的安全性无重大影响。
4 耐久性设计方案
该冷却塔的钢筋锈蚀主要原因是钢筋保护层厚度偏薄、过早碳化而失去对钢筋的保护作用，钢筋在外露的情况下才遭受大气中的氯离子的侵蚀而加速锈蚀。由此，本工程的耐久性修缮设计应从保护层这个诱因开展处理，对锈蚀构件采取物理除锈措施及保护层置换措施以遏制钢筋锈蚀发展、重新加强对钢筋的保护，且对未锈蚀构件采用渗透型阻锈剂及新增保护层以解决原结构保护层过薄的问题，从整体上保障钢筋混凝土结构的正常工作。
4.1 锈蚀构件的耐久性处理技术要求
（1）对于存在钢筋锈蚀的构件应先凿除构件表面全部饰面层及钢筋锈蚀部位周边混凝土，并对钢筋进行除锈处理至露出金属光泽，测量钢筋的锈蚀率，当钢筋锈蚀率超过10%时，通知设计单位，对钢筋采取补强处理措施；除锈不能使用酸性化学除锈剂。待钢筋及混凝土表面清洁干净并干燥后，涂刷钢筋保护剂，与混凝土界面处理剂。
（2）采用喷射细石混凝土进行保护层修复，混凝土强度不得低于C45，厚度不少于50mm，待混凝土硬化后，均匀喷涂渗透型阻锈剂两遍。
（3）在湿润的混凝土表面上先满挂玻璃纤维网格布，网格布越过新老混凝土交界面搭接300mm，在面层上均匀涂刷5mm厚聚合物水泥砂浆（乳液：水泥：砂=1：2：4），在清浆未表干前再采用聚合物水泥砂浆抹面，抹面厚度为5mm，分两层施工，待前一层触干时方可进行下一层施工，施工后宜在面层上刷一层聚合物水泥浆封闭表面空隙。
4.2 未锈蚀构件的耐久性处理技术要求
（1）凿除构件除外墙一侧以外的全部饰面层，露出混凝土面，并把混凝土表面清理干净、保持干燥。
（2）均匀喷涂渗透型阻锈剂两遍。
（3）在湿润的混凝土表面上先满挂玻璃纤维网格布，网格布越过新老混凝土交界面搭接300mm，在面层上均匀涂刷5mm厚聚合物水泥砂浆（乳液：水泥：砂=1：2：4），在清浆未表干前再采用聚合物水泥砂浆抹面，抹面厚度为5mm，分两层施工，待前一层触干时方可进行下一层施工，施工后宜在面层上刷一层聚合物水泥浆封闭表面空隙。
图2：梁、柱钢筋耐久性处理示意图 图3：墙、板钢筋耐久性处理示意图
5 结语
钢筋锈蚀损伤分析应因循其锈蚀规律由钢筋锈蚀的分布情况、损伤构件类别、损伤程度分析、工作环境分析、保护层厚度分析、混凝土碳化深度分析及氯离子含量分析而逐步深入调查，对结构的工作性能、损伤程度给予正确评估，有助于采用更合理的应对措施。本文也探讨了保护层过薄引起钢筋锈蚀损伤的耐久性处理方法。
参考文献：
[1]《建筑结构检测技术标准》（GB/T50344-2004）.
[2]王倩.混凝土结构耐久性研究[J].江西建材，2017，（24）：19.
[3]宁福迎.关于建筑结构检测与加固施工技术的探讨[J].绿色环保建材，2017，（01）：104.
论文作者:何光辉
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第20期
论文发表时间:2019/4/28
标签：保护层论文; 钢筋论文; 锈蚀论文; 混凝土论文; 构件论文; 耐久性论文; 厚度论文; 《建筑细部》2018年第20期论文;