技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋環(huán)境中混凝土的防護領(lǐng)域，涉及一種混凝土沉箱外包覆耐蝕金屬材料的方法。

背景技術(shù)：

近年來，國家對海洋經(jīng)濟發(fā)展的扶持，不僅將促進我國海洋技術(shù)從近淺海向深遠海的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)移，也必將進一步促進各領(lǐng)域?qū)Ｑ筚Y源的利用水平和相關(guān)關(guān)鍵性技術(shù)的發(fā)展。在開發(fā)海洋及海岸工程技術(shù)方面，《國家“十二五”海洋科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》指出，要重點發(fā)展離岸深水港海工結(jié)構(gòu)物建設(shè)技術(shù)、海底隧道工程技術(shù)研究與示范、海上構(gòu)筑物建造技術(shù)、海洋新材料及防腐蝕技術(shù)等。

重力式沉箱結(jié)構(gòu)型式是我國沿海構(gòu)筑物中分布較廣、使用較多的一種結(jié)構(gòu)型式，廣泛應(yīng)用于我國沿海的港口工程建設(shè)中。其優(yōu)點是整體性好、結(jié)構(gòu)堅固耐久、用鋼量少、造價較低、適應(yīng)性強、施工較為簡單。隨著水運事業(yè)的發(fā)展、深水泊位建造日趨增多，以鋼筋混凝土為基材的預(yù)制沉箱逐漸向大尺寸、低重量、多功能化發(fā)展，應(yīng)用也愈發(fā)廣泛。鋼筋混凝土材料是海港工程構(gòu)筑物的主要組成部分，幾乎在港口碼頭、跨海大橋、潮汐電廠和海底隧道等所有近海工程中均有廣泛使用。但在復(fù)雜苛刻的海洋環(huán)境中，由于鋼筋銹蝕所產(chǎn)生的體積膨脹，將超過其原體積的2～7倍，產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力最高可達60MPa，從而導(dǎo)致混凝土發(fā)生順筋脹裂。海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)往往不到10年就會出現(xiàn)順筋銹脹開裂、剝落，尤以浪濺區(qū)和潮差區(qū)更甚，嚴重威脅混凝土結(jié)構(gòu)物的安全性。因鋼筋腐蝕所導(dǎo)致的混凝土構(gòu)筑物耐久性降低已成為影響海洋工程安全運行和服役壽命的主要因素，也是影響重力式鋼筋混凝土沉箱結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素之一。

延緩混凝土鋼筋銹蝕是保證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重點。海洋工程中用于防治混凝土中鋼筋銹蝕的常用方法主要有以下幾種：(1)采用高性能優(yōu)質(zhì)密實混凝土、(2)在混凝土表面涂刷防腐涂料、(3)在混凝土中參加鋼筋阻銹劑、(4)在施工前對鋼筋進行涂/鍍層保護(如環(huán)氧涂層鋼筋、鍍鋅鋼筋等)、(5)對混凝土中的鋼筋進行陰極保護、(6)選用不銹鋼鋼筋或纖維塑料筋等耐腐蝕材料替代普通鋼筋。

對于重力式混凝土沉箱結(jié)構(gòu)，特別是對于苛刻腐蝕海洋環(huán)境下的離岸式或遠海地區(qū)的沉箱結(jié)構(gòu)，要求鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)具有高耐久性且在設(shè)計壽命內(nèi)應(yīng)盡量免維護或少維護。然而由于重力式沉箱的結(jié)構(gòu)特點和重量要求，目前常用的腐蝕防護措施主要采用高性能優(yōu)質(zhì)密實混凝土、表面涂刷防腐涂料或選用環(huán)氧涂層鋼筋替代普通鋼筋，但由于上述方法各自的局限性難以滿足鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高耐久性的要求，迫切需要更為先進、長效的防護技術(shù)來對以沉箱結(jié)構(gòu)型式服役的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行更為有效的防護。

基于此，本發(fā)明針對苛刻海洋環(huán)境下輕質(zhì)混凝土沉箱結(jié)構(gòu)的防腐發(fā)明了一種在其外表面包覆一層耐蝕金屬材料的方法，包括耐蝕金屬材料選擇、設(shè)計耐蝕金屬板的規(guī)格和安裝位置、現(xiàn)場安裝方法及注意事項等，為實現(xiàn)大面積沉箱鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外表面包覆耐蝕材料提供了一套簡單可行的方法，尤其適用于對浪濺區(qū)和潮差區(qū)的保護。本發(fā)明提出的包覆方法在混凝土澆筑前與模板預(yù)制同步進行，無需后期破壞混凝土結(jié)構(gòu)，與混凝土沉箱的施工工藝緊密結(jié)合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，發(fā)明了一種能夠在苛刻海洋環(huán)境中用于對混凝土沉箱結(jié)構(gòu)進行防護的外包覆耐蝕金屬板的技術(shù)，通過利用混凝土的外側(cè)模板作為支撐結(jié)構(gòu)、螺柱和螺母作為固定和錨固構(gòu)件，實現(xiàn)了針對大面積平面混凝土結(jié)構(gòu)的表面包覆，結(jié)合對耐蝕金屬材料的防腐評價以及海洋環(huán)境下混凝土鋼筋的腐蝕特征，形成了一套有效可行的用于海洋環(huán)境下混凝土沉箱的外包覆耐蝕金屬的防腐技術(shù)及其實現(xiàn)方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種混凝土沉箱外包覆耐蝕金屬材料的方法，所述方法包括以下步驟：

步驟一：將耐蝕金屬板與外側(cè)模板的內(nèi)表面緊密貼合，并將螺柱貫穿外側(cè)模板和耐蝕金屬板，且使螺柱的兩端分別露出耐蝕金屬板和外側(cè)模板，然后將螺母分別旋入螺柱的兩端并擰緊，以將耐蝕金屬板和外側(cè)模板緊密固定在一起；

步驟二：按澆筑要求將步驟一中固定在一起的耐蝕金屬板與外側(cè)模板拼裝成適合所要澆筑的混凝土沉箱的形狀，拼裝好后所有耐蝕金屬板的內(nèi)壁所組成的形狀與所要澆筑的混凝土沉箱外輪廓相同；

步驟三：向耐蝕金屬板內(nèi)澆筑混凝土，耐蝕金屬板內(nèi)側(cè)露出的螺柱被澆筑進混凝土沉箱中；

步驟四：待混凝土沉箱澆筑成型后，卸下外側(cè)模板，將耐蝕金屬板之間采用與耐蝕金屬材質(zhì)相同的焊條進行單面搭接焊，使耐蝕金屬板將混凝土沉箱封閉。

在上述技術(shù)方案中，所述螺柱、螺母、耐蝕金屬板三者的材質(zhì)相同。

在上述技術(shù)方案中，耐蝕金屬板和外側(cè)模板上設(shè)置有數(shù)量相同、大小相同、位置相對應(yīng)的孔，用以穿入螺柱。

在上述技術(shù)方案中，在步驟一中，耐蝕金屬板內(nèi)側(cè)露出的螺柱長度至少為沉箱壁厚的1/2且不超過沉箱壁厚；進一步，耐蝕金屬板內(nèi)側(cè)露出的螺柱長度為4-20cm，外側(cè)模板外側(cè)露出的螺柱長度為1-5cm。

在上述技術(shù)方案中，在步驟一中，耐蝕金屬板內(nèi)側(cè)的螺母與螺柱點焊加固。

在上述技術(shù)方案中，在步驟四中，先將外側(cè)模板外側(cè)的螺母卸下，然后將外側(cè)模板卸下使之與耐蝕金屬板分離，再將螺母重新旋入螺柱并頂緊耐蝕金屬板，并對螺柱、螺母和外側(cè)模板三者相結(jié)合處的連接縫隙進行密封處理。

所述的混凝土沉箱外包覆耐蝕金屬材料的方法在水工條件下混凝土沉箱施工中的應(yīng)用。

制作所述的混凝土沉箱的模具(參見圖3)，包括耐蝕金屬板(1)、外側(cè)模板(2)、螺柱(3)和螺母(4)，所述螺柱、螺母、耐蝕金屬板三者的材質(zhì)相同；耐蝕金屬板和外側(cè)模板上設(shè)置有數(shù)量相同、大小相同、位置相對應(yīng)的孔，所述螺柱貫穿外側(cè)模板和耐蝕金屬板的孔，且螺柱的兩端分別露出耐蝕金屬板和外側(cè)模板，所述螺母旋入螺柱的兩端將耐蝕金屬板和外側(cè)模板緊密貼合；多個耐蝕金屬板相互拼裝在一起以使耐蝕金屬板的內(nèi)壁所組成的形狀與所要澆筑的混凝土沉箱外輪廓相同。

本發(fā)明與其他混凝土沉箱防腐工藝相比具有以下優(yōu)勢：

1、針對輕質(zhì)沉箱混凝土結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有簡便可行的安裝工藝，可適用于大面積混凝土平面的表面包覆；

2、本發(fā)明提出的針對混凝土沉箱外包覆防腐技術(shù)，可利用混凝土澆筑用的外側(cè)模板作為支撐結(jié)構(gòu)，安裝過程與澆筑工序緊密結(jié)合。與其他外覆技術(shù)相比，不需對已成型的混凝土結(jié)構(gòu)進行打孔，避免了外包覆過程對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。

3、鑒于目前對常用金屬材料在海洋環(huán)境下的防腐方法(防腐涂料與犧牲陽極聯(lián)合保護)的相對成熟，在極其嚴重苛刻的海洋腐蝕環(huán)境下，本發(fā)明還可以與有機涂料防腐和犧牲陽極陰極保護防腐技術(shù)進行聯(lián)合使用，以加強對混凝土結(jié)構(gòu)的保護等級并延長其保護年限。

本發(fā)明針對混凝土沉箱的防腐保護提出了一種全新的解決思路和完整安裝方案，并且可以根據(jù)前期的腐蝕評價環(huán)節(jié)對外覆耐蝕金屬材料的保護壽命進行合理的預(yù)測，即在水工條件下混凝土沉箱施工中進行應(yīng)用。本發(fā)明的安裝在混凝土澆筑前期與模板預(yù)制同步進行，與混凝土沉箱的施工工藝緊密結(jié)合，且所用材料及構(gòu)件均可提前設(shè)計預(yù)制，能夠滿足現(xiàn)場施工工期的要求，有一定的工程推廣前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中耐蝕金屬板和外側(cè)模板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中耐蝕金屬板和外側(cè)模板用螺柱和螺母配合后的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中只畫出了兩個螺母作為說明，未表示出全部。

圖3是以澆筑長方體形的混凝土沉箱為例，利用耐蝕金屬板和外側(cè)模板拼裝支模的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是進行混凝土澆筑時的狀態(tài)示意圖。

圖5是混凝土沉箱最終制作完成的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

在本發(fā)明所提出的混凝土沉箱外包覆耐蝕金屬材料的方法中，所用到的主要模具結(jié)構(gòu)單元包括耐蝕金屬板1、外側(cè)模板2、螺柱3和螺母4。

所述混凝土沉箱外包覆耐蝕金屬材料的方法如下：

結(jié)合腐蝕環(huán)境的特點，通過腐蝕評價試驗確定耐蝕金屬板1的材質(zhì)以及螺柱3和螺母4的材質(zhì)(首先，對混凝土沉箱所服役條件的海洋環(huán)境進行調(diào)查，包括水文條件、海水電導(dǎo)率、年平均溫度、氯離子含量等，結(jié)合腐蝕環(huán)境的特點，通過有效的腐蝕評價手段在模擬或?qū)嶋H腐蝕環(huán)境下對擬選用的耐蝕金屬板進行腐蝕評價試驗，應(yīng)包括開路電位、極化曲線、交流阻抗等電化學(xué)方法，或鹽霧試驗、應(yīng)力腐蝕試驗、腐蝕掛片試驗等腐蝕試驗方法的兩種或兩種以上，然后根據(jù)試驗結(jié)果以及材料成本因素選擇耐蝕金屬板1、螺柱3和螺母4的材質(zhì))，螺柱3和螺母4的材質(zhì)與耐蝕金屬板1的材質(zhì)相同，以避免發(fā)生電偶腐蝕；根據(jù)所要澆筑的混凝土沉箱的規(guī)格(包括形狀、大小、面積)確定耐蝕金屬板1的規(guī)格(包括形狀、大小、面積)，以保證耐蝕金屬板1能完全封閉混凝土沉箱所要保護的表面。

參見圖1，分別在耐蝕金屬板1和外側(cè)模板2邊緣位置處鉆孔，兩者鉆孔的位置保持一致(即耐蝕金屬板1上的孔1-1的數(shù)量與外側(cè)模板2上的孔2-1的數(shù)量相同，耐蝕金屬板1上的孔1-1的大小與外側(cè)模板2上的孔2-1的大小相同，耐蝕金屬板1上的孔1-1的位置與外側(cè)模板2上的孔2-1的位置相對應(yīng))，鉆孔數(shù)量取決于耐蝕金屬板的重量，重量越重需要錨固的作用力越大，鉆孔數(shù)量也越多，反之亦然。

將耐蝕金屬板1與外側(cè)模板2的內(nèi)表面緊密貼合，并將螺柱3穿入外側(cè)模板2和耐蝕金屬板1，且使螺柱3的兩端分別露出耐蝕金屬板1和外側(cè)模板2，優(yōu)選為耐蝕金屬板1一側(cè)露出的螺柱長度至少為混凝土沉箱厚度的1/2且不超過沉箱壁厚，外側(cè)模板2一側(cè)露出的螺柱長度為螺母4厚度的1-3倍(1-5cm)；然后將螺母4分別旋入螺柱3的兩端，以將耐蝕金屬板1和外側(cè)模板2緊密固定在一起(參見圖2)，耐蝕金屬板1內(nèi)側(cè)的螺母4與螺柱3點焊加固。

按澆筑要求將步驟三中固定在一起的耐蝕金屬板1與外側(cè)模板2拼裝成適合所要澆筑的混凝土沉箱的形狀，耐蝕金屬板1組成的形狀與所要澆筑的混凝土沉箱的形狀相同，如圖3所示，以澆筑長方體形的混凝土沉箱為例，需要將步驟三中固定在一起的耐蝕金屬板1與外側(cè)模板2拼裝成與所要澆筑的混凝土沉箱外輪廓相同的長方體形，拼裝時保證耐蝕金屬板1在外側(cè)模板2的內(nèi)側(cè)，即拼裝好后所有耐蝕金屬板1的內(nèi)壁所組成的形狀與所要澆筑的混凝土沉箱外輪廓相同，這樣才能保證澆筑完成后形成所要求形狀的混凝土沉箱。

向耐蝕金屬板1內(nèi)澆筑混凝土5(圖4)，使耐蝕金屬板內(nèi)側(cè)露出的螺柱被澆筑進混凝土沉箱中。

待混凝土沉箱澆筑成型后，先將外側(cè)模板2外側(cè)的螺母4卸下，然后將外側(cè)模板2卸下使之與耐蝕金屬板1分離，再將螺母4重新旋入螺柱3并頂緊耐蝕金屬板1，并對螺柱、螺母和外側(cè)模板三者相結(jié)合處的連接縫隙進行必要的密封處理，最后將耐蝕金屬板1之間采用與耐蝕金屬材質(zhì)相同的焊條進行單面搭接焊，使耐蝕金屬板將混凝土沉箱封閉，到此所述混凝土沉箱制作完成(圖5)。

具體實施例：

以某外海工程混凝土沉箱為保護對象，采用本發(fā)明對該混凝土沉箱浪濺區(qū)和潮差區(qū)部分進行防腐加強保護。選用3mm厚的316L不銹鋼鋼板作為混凝土沉箱表面外包覆的耐蝕金屬板，其尺寸為1220mm×2440mm，保護區(qū)域下標高為設(shè)計低水位以下0.5米(年平均潮差1米)。先使用直徑為12mm的316L通絲螺柱和316L螺母將不銹鋼鋼板與混凝土沉箱外側(cè)模板緊密貼合后將其相對固定。每個結(jié)構(gòu)單元選取八組錨固點，分別使用螺柱和螺母沿不銹鋼鋼板邊緣固定，每條邊有三組。固定完畢后，進行拼裝支模，澆筑混凝土，待拆模時將外側(cè)模板的螺母拆下，拆除外側(cè)模板后再將螺母重新安裝，并對螺柱、螺母和外側(cè)模板三者相結(jié)合處的連接縫隙進行必要的密封處理(例如，采用與耐蝕金屬材質(zhì)相同的焊條進行焊接)，再將各耐蝕金屬板之間采用與耐蝕金屬材質(zhì)相同的焊條進行單面搭接焊(搭接長度不小于20mm，焊縫應(yīng)連續(xù)飽滿，不應(yīng)具有明顯缺陷)，到此所述沉箱制作完成。

以上對本發(fā)明做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本發(fā)明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本發(fā)明的保護范圍。