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摘要：港口在经济发展中起着很重要的作用，码头是港口的重要水工建筑物，其工作环境比较复杂，在使用过程中有很多影响码头正常使用的因素产生。为确保码头的结构安全、延长其使用年限，文章对码头钢筋混凝土结构中的混凝土维修技术进行了阐述。
关键词：码头；混凝土结构；维修技术
码头钢筋混凝土的病害大部分是由环境（主要是高盐、高温、高湿）和施工质量（包括设计采用的措施）引起的钢筋混凝土结构损伤，即耐久性破损，所以采用的维修技术除了顾及结构强度之外，更应重视结构耐久性，因此要了解码头各部位、结构的现状，从而为码头维护、加固提供可靠的依据。
1 钢筋混凝土的腐蚀原因
钢筋与混凝土是两种互为依托的复合结构材料，在正常情况下经久而不会损坏。因为在pH ≥12 .6 的混凝土包裹下的钢筋是不会腐蚀的；pH <11 .5（临界值）时，钢筋表面的钝化膜就不稳定；当pH <9 .88 时，钝化膜完全破坏。
（1）混凝土与钢筋本身存在缺陷 混凝土是一种多孔性的易脆材料；因水化放热，凝固干缩而产生裂纹，有害物质就可经由最短的路径直接进入混凝土中，使钢筋表面环境的pH 值降至9 以下。钢筋自身的不均匀性和活泼性，使之容易接受介质的腐蚀。这是钢筋混凝土腐蚀的内因。
（2）化学介质的腐蚀 我国沿海地区，腐蚀钢筋混凝土的化学介质主要有碳酸性和氯化物，其次是硫酸盐的侵蚀。一般认为，海港码头的腐蚀破坏是由于混凝土抗渗性能差引起的。码头上部结构处于浪溅区、大气区，受潮汐、波浪、潮气作用，干湿交替，供氧和氯离子条件充足，当混凝土保护层抗渗性能差时，氯离子不断聚集在混凝土保护层和钢筋周围，导致钢筋锈蚀、体积膨涨，混凝土保护层爆裂。随着裂缝的产生，钢筋暴露、锈蚀速度加快、钢筋体积继续膨涨、混凝土保护层剥落，直至钢筋锈断。
2、主要维修方法的技术要点
2.1裂缝修补
海水环境氯离子引起的钢筋锈蚀，其特点是钢筋首先出现局部腐蚀并形成锈蚀产物。坑蚀及锈蚀产物中含有大量氯化物，如果修补前没有除尽这些锈蚀产物，则其不仅影响修补混凝土与钢筋的粘结力，而且未除尽的锈蚀产物中的氯离子会在修补后继续腐蚀钢筋。因此进行裂缝修补时，除了确定为非锈胀裂缝或是贯穿裂缝，否则宜尽量采用开凿后对钢筋除锈、再压抹聚合物砂浆或环氧修补胶的方法修补。
2.2 喷射砂浆修补和立模现浇混凝土
喷射砂浆施工速度快，但对工艺有较高要求；立模现浇混凝土施工较慢，但混凝土成型后孔隙小，质量更好。因此选择维修方法时应综合考虑工程对质量、进度的要求。
2.3粘贴碳纤维和钢板加固
粘贴钢板加固的优点是温度伸缩率与混凝土相近，但钢板耐腐蚀性较碳纤维差，在海洋环境下容易锈蚀，因此对耐久性有较高要求的维修工程应尽量采用碳纤维进行加固。
2.4 普通和特殊技术手段
根据JTS311—2011《港口水工建筑物修补加固技术规范》，一般海港码头修复修补后目标使用年限可达10a左右，而当目标使用年限大于15a时，需要根据具体情况采取电化学脱盐处理或者采取外加电流阴极保护。对比普通技术手段，电化学脱盐或外加电流阴极保护能更有效地延长混凝土结构寿命，在成本和施工时间允许的情况下采用，能获得很好的维修效果。
3、码头结构维修的方法优选
好的维修方法，应能满足对耐久性提高的要求，同时实施成本尽量小，为此引入维修效率这个概念，以对高桩码头维修技术组合进行优选判别。
式中：P为维修技术组合效率值；T为保用时间（a），指在采用通常的维护材料和方法，并在通常的施工技术水平，维护技术实施后可以为构件提供保护的年限，C为维修施工成本（万元）。为考虑施工时间的影响系数；γ为考虑施工时间影响的调整系数，按对码头营运影响取0~1，影响大取高值；t为施工时间（d）.
P值越高，表明达到相同维修效果的成本越低，或者采用相同的成本可达到更好的维修效果，因此在进行决策时应优先采用效率高的维修技术组合。
4、实例分析
4.1 工程背景
某军用码头位于南海水域，建于1982 年，主要用于停靠工作船，建设规模为三千吨级泊位。码头为突堤式T型单引桥顺岸高桩梁板式码头。上部梁板为装配式整体结构，主横梁下半部分两段预制，上横梁现浇，纵梁面板整体制成Ｅ型结构。桩采用预应力空心钢筋混凝土方桩。
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4.2 结构存在的主要问题
截至1999年我们维修调查，该码头建筑物的使用年限己接近20 年，由于长期处于热带海洋气候环境，具有高盐、高温、潮湿等特点，面临着海水、海雾等多重腐蚀，设计保护层薄和施工质量存在问题，致使码头的主体结构出现不同程度的破损及缺陷：
4.2.1破损构件分类标准
为便于对破损构件的分类统计，将构件按破损程度进行分类如下：
一类为基本完好（轻度破损）。构件外观完好无损或有点状锈斑、细小不连续、不顺筋裂缝。
二类为中度破损。构件有明显锈斑或连续顺筋裂缝，钢筋轻度锈蚀。
三类为重度破损。构件严重顺筋开裂，有空鼓、锈水流出现象，钢筋严重锈蚀。
四类为严重破损。构件混凝土保护层脱落、钢筋严重锈蚀或完全锈断。
（一）码头破损分布
码头纵梁、引桥П型板肋梁（纵梁）破损最严重，码头59.6％的纵梁为三类破损或四类破损，引桥85.7％的纵梁四类破损；其次为引桥板和Ｕ形管沟，码头、引桥横梁较轻，靠船构件、水平撑应为受船舶撞击而破坏。其它部位基本完好。
（二）破损原因分析
该码头从建成使用至今，均未发生堆荷超载现象，实际使用中荷载远未达到设计荷载，可以排除超载产生裂缝引起钢筋锈蚀的可能性。一般认为，海港码头的腐蚀破坏是由于混凝土抗渗性能差引起的。码头上部结构处于浪溅区、大气区，受潮汐、波浪、潮气作用，干湿交替，供氧和氯离子条件充足，当混凝土保护层抗渗性能差时，氯离子不断聚集在混凝土保护层和钢筋周围，导致钢筋锈蚀、体积膨涨，混凝土保护层爆裂。随着裂缝的产生，钢筋暴露、锈蚀速度加快、钢筋体积继续膨涨、混凝土保护层剥落，直至钢筋锈断。
旧规范对混凝土保护层厚度要求低是造成70年代建造的海港码头混凝土抗渗性能差、普遍使用二十年左右即出现腐蚀破损的主要原因，但材料质量、施工质量也是不可忽视的原因。从对该码头的调查中发现，已破损梁、板混凝土保护层普遍达不到设计要求，部分存在蜂窝麻面，密实度明显不够，混凝土保护层抗渗性能差。因此，可以认为，混凝土保护层薄、密实度不够是引起该码头腐蚀破损的根本原因。其中纵梁梁底处于环境最差的浪溅区，且其断面小、棱角多，因此，纵梁腐蚀最为严重。
靠船构件的断裂及断掉的水平撑应为受船舶撞击而破坏。由于部分护舷破损脱落后，未能及时修复，且停靠该码头的工作船只干舷高度低，排水量较大，但尺寸较小，可直接撞击水平撑或靠船构件，而形成较大的撞击力，造成靠船构件的断裂及水平撑的破坏。
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4.3 混凝土结构裂缝修补
对一类为基本完好（轻度破损）构件是对裂缝做处理。裂缝宽度W＜0.30mm 的裂缝采用表面封闭法进行修补，而对于结构构件裂缝宽度全部≤0.2mm，可采取涂刷涂料进行修补；宽度W≥0.3mm的裂缝采用注射法进行修补。注浆修补处理施工工艺流程：
（1）清除裂缝表面松散物和缝内异物；
（2）沿裂缝合理安置灌浆嘴；
（3）配制注浆材料，然后封闭裂缝；
（4）压气检查灌浆嘴的连同和封闭效果；
（5）配制注射材料，然后压力灌浆，完成注浆，拆除灌浆管路；
（6）拆除灌浆嘴，对混凝土表面进行修整；
（7）质量检测及修复。
4.4 混凝土脱落修复
对二类中度破损构件，需先局部凿开锈斑和顺筋裂缝处混凝土保护层，露出锈蚀钢筋，进行除锈处理。
对三类重度破损构件，需先将混凝土保护层及主筋内侧一定范围混凝土凿除，对锈蚀钢筋进行除锈、补强或换主筋和箍筋。
对四类为严重破损构件，需先凿除主筋内侧一定范围混凝土做换筋处理。
以上处理好后，对不同构件混凝土修复采用不同方法：引桥区除原简支搁置的E型板和步级面板拆除，改为重新浇注连续大板、步级面板重新预制安装外，其它梁、桩腐蚀破损采用局部修补法进行修补，并进行外防腐处理；码头区前后沿断裂的水平撑重新预制安装，脱落的橡胶护舷更换外，其它梁、板、桩腐蚀破损采用局部修补法进行修补，并进行外防腐处理。
局部修复采用枪喷法：枪喷（潮喷）硅粉砂浆。喷射砂浆设计强度等级M30（不考虑外加剂引起的强度提高）。外加剂：掺微硅粉，其用量为水泥用量的8％。砂浆喷射前用高压淡水清洗结合面和钢筋，再用水泥：丙乳＝2：1的丙乳净浆打底。抹浆水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥。
重新浇筑采用立模现浇法，为了增强钢筋砼构件的防腐能力，延长引桥的使用寿命，板构件砼浇注时均掺入硅粉，其用量为水泥用量的8%。砼采用高性能C40砼，要达到《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》要求。
完后，喷射丙烯酸脂共聚乳液水泥砂浆（简称丙乳砂浆）作为外防腐层。
5结束语
码头的病害大部分是由环境引起的混凝土结构损伤，如结构顺筋裂缝、混凝土剥落等，因此进行码头维修除了顾及结构强度之外，更应重视结构耐久性。维修效率是由修复所需时间、费用以及保用时间的综合指标。本文的实例对海港码头结构修补后，效果良好，加固强度优良，所采用的修补和加固技术经济、有效，保障构筑物继续长期安全运行。
参考文献：
[1]国家能源局.水工混凝土耐久性技术规范［S.北京：中国电力出版社，2010.
[2]李沛，雷周，陈浩宇，张鹏.高桩码头耐久性剩余使用寿命预测[J].中国港湾建设. 2015（08）
[3]魏明晖，严锋，关战伟.海港高桩码头结构维修技术应用[J]水运工程.2016.（03）：167-17
论文作者:陈悦
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/10
标签：混凝土论文; 码头论文; 钢筋论文; 保护层论文; 裂缝论文; 锈蚀论文; 构件论文; 《防护工程》2018年第24期论文;