沿海地區(qū)變電站戶外混凝土構(gòu)支架耐久性面臨的技術(shù)問題和解決對策

　　摘要:為有效解決變電站戶外構(gòu)支架耐久性修復(fù)加固問題，工程中出現(xiàn)了新技術(shù)模式、整體加固、綜合技術(shù)、系統(tǒng)修復(fù)方案、成套技術(shù)等解決方法，提升了耐久性修復(fù)加固效果。本文針對沿海地區(qū)變電站戶外構(gòu)支架耐久性面臨的環(huán)境作用確定、耐久性缺陷與損傷的檢測鑒定、修復(fù)與加固標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)三個方面技術(shù)問題，分析了存在的對多種不利環(huán)境因素耦合缺乏考慮、既有混凝土構(gòu)件外觀缺陷與損傷和鋼筋銹蝕檢測鑒定不夠以及耐久性修復(fù)加固技術(shù)缺乏依據(jù)和針對性不足等問題，提出了制訂變電站戶外構(gòu)支架混凝土耐久性修補及防護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、開展戶外構(gòu)支架混凝土耐久性研究等解決對策。

　　關(guān)鍵詞:沿海地區(qū);戶外構(gòu)支架;混凝土耐久性;修復(fù)加固

　　0引言

　　既有的沿海地區(qū)變電站戶外構(gòu)支架很多都是��400、��300非預(yù)應(yīng)力等徑離心鋼筋混凝土環(huán)形桿(圖1)。這些既有混凝土構(gòu)支架的耐久性損傷比較普遍，需要針對構(gòu)支架所處環(huán)境條件、混凝土構(gòu)支架構(gòu)件的狀態(tài)和危及混凝土構(gòu)支架的性能指標(biāo)以及程度等進(jìn)行耐久性修復(fù)加固[1]。

　　過去在湛江、廣州等地區(qū)的調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)，采用單一的有機(jī)化學(xué)防滲防腐材料對變電站構(gòu)支架進(jìn)行防腐補強處理，經(jīng)2～3年的露天風(fēng)雨后以失敗告終[2]。采用玻璃絲布、環(huán)氧樹脂、鋼筋網(wǎng)抹水泥砂漿等修補加固，2～3年后也同樣出現(xiàn)破損失效[3]。涂抹修復(fù)砂漿的也是僅能解決一時的 問題[4]。而碳纖維加固會老化脫落[5]。山東沿海的一些鋼筋混凝土公路橋投入使用10年左右，混凝土就出現(xiàn)嚴(yán)重的損傷開裂、鋼筋嚴(yán)重銹蝕、保護(hù)層剝落，而維修加固2～3年后仍出現(xiàn)腐蝕破壞[6]。

　　混凝土論文： 大體積混凝土施工中的裂縫分析及防控措施分析

　　為此，有人提出了全新的技術(shù)模式:一是防腐處理，將表面浮層腐蝕體鑿除、除銹、沖洗干凈后刷環(huán)氧富鋅防腐層，表面用高效防滲砂漿找平修補，外表涂刷高強防滲層形成防腐膜;二是包裹式防滲防腐處理，以高強防滲混凝土包裹成裹體結(jié)構(gòu)，對裹體表面粉刷高強防滲漿。在深圳一些變電站中這種技術(shù)模式取得了較好效果[2]。

　　采用高滲防水劑、高分子裂縫灌漿料和高強微膨修復(fù)料等修補不同寬度的裂縫，用界面劑、高強微膨修補材料、聚合物砂漿修補材料等進(jìn)行修補、修復(fù)加固，采用環(huán)向圍束法粘貼碳纖維布的方法進(jìn)行加固，用高分子織物膜、混凝土保護(hù)膠等對構(gòu)支架進(jìn)行整體加固和防護(hù)，在廣東幾個變電站實施近3年后效果良好[7]。還有工程采用高滲防水劑或高分子灌漿料封堵裂縫，也有工程按剔除剝落混凝土、基面清理、化學(xué)清洗、刷界面劑、復(fù)合材料修復(fù)找平、粘貼碳纖維布加固、外表面涂刷高分子織物膜和巴氏防護(hù)膠的流程進(jìn)行綜合修復(fù)加固[4]，以及開發(fā)高分子灌漿材料、高強聚合物砂漿修補、碳纖維布加固、高分子織物膜防護(hù)的加固補強防護(hù)成套技術(shù)[3]。

　　采取粘貼碳纖維布、涂刷混凝土保護(hù)劑、植入高強度化學(xué)錨栓等加固維護(hù)方式在溫州變電站操作天橋加固補強中表現(xiàn)出良好的實用性、安全性和可操作性[8]。陳明等提出了一套系統(tǒng)的修補工藝，即打磨、鋼筋除銹、涂刷鋼筋防腐阻銹劑、涂刷界面劑、用修補砂漿修補、涂刷混凝土保護(hù)料，并進(jìn)行了試驗論證[5]。這些修復(fù)加固的新技術(shù)模式、整體加固、綜合技術(shù)、系統(tǒng)修復(fù)方案、成套技術(shù)等都體現(xiàn)了從整體方法論角度研究改善混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的有效性[9]，運用整體方法論可正確理解混凝土破壞機(jī)理并指導(dǎo)混凝土修補的設(shè)計與施工[10]。從整體方法論出發(fā)，解決耐久性面臨的技術(shù)問題和提出解決對策，從而協(xié)調(diào)缺陷修補、損傷修復(fù)、加固以及防護(hù)需要，滿足非預(yù)應(yīng)力等徑離心鋼筋混凝土環(huán)形桿修復(fù)加固以及后續(xù)使用年限要求是解決混凝土耐久性的有效途徑。

　　1沿海地區(qū)變電站戶外構(gòu)支架耐久性面臨的技術(shù)問題

　　沿海地區(qū)戶外構(gòu)支架所處環(huán)境往往是多種不利因素交織，既有混凝土構(gòu)支架存在混凝土破損和鋼筋銹蝕等多方面耐久性缺陷，以及修復(fù)加固需要滿足安全或正常使用、抗震及耐久年限等多項要求，這些構(gòu)成了修復(fù)加固需要協(xié)調(diào)處理的三個方面問題[1]。

　　依據(jù)這三個方面的問題，按現(xiàn)行的有關(guān)技術(shù)規(guī)范對照考查，沿海地區(qū)變電站戶外構(gòu)支架耐久性面臨著三個主要問題:一是環(huán)境作用的確定不符合電力行業(yè)變電站的實際情況;二是針對沿海地區(qū)電力行業(yè)變電站構(gòu)支架耐久性缺陷與損傷的檢測鑒定沒有適合的標(biāo)準(zhǔn);三是沿海地區(qū)電力行業(yè)變電站的修復(fù)和加固沒有適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。

　　1.1環(huán)境作用的確定

　　《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50476—2019)[11]的環(huán)境類型沒有涉及沿海地區(qū)變電站戶外構(gòu)支架面臨的高溫、高濕、鹽霧、太陽輻射、雨淋、大氣污染物以及雜散電流等各種不利影響因素及其交織情況。從實際工程的損壞現(xiàn)狀和鋼筋銹蝕程度看，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對環(huán)境的不利影響明顯考慮不足，設(shè)計時缺乏加強的技術(shù)依據(jù)。

　　其他行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》(JTG/TB07-01—2006)[12]、《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》(TB10005—2010)[13]、《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》(JTJ275—2000)[14]、《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50046—2018)[15]等也沒有切合的環(huán)境類型可以依據(jù)參照。而實際上多種不利環(huán)境因素交織對于新建的變電站戶外構(gòu)支架以及設(shè)備等同樣也是一個問題，為解決此問題，需要考慮現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的不足，提出有針對性的對策，這也符合《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50476—2019)[11]的編制要求，即環(huán)境作用下的耐久性有較大的不確定性和未確知性，根據(jù)具體環(huán)境特點與工程情況，要研究和制訂相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，電力行業(yè)的這種環(huán)境和土建結(jié)構(gòu)特點顯得尤為突出。

　　大氣露天環(huán)境要考慮干濕交替、酸雨、工程的地理位置，結(jié)構(gòu)所處的周邊環(huán)境中侵蝕性氣體如二氧化硫、酸霧、二氧化碳的影響范圍及程度等，沿海大氣環(huán)境與離海岸線距離、鹽霧程度、當(dāng)?shù)氐难谉岢潭取�風(fēng)向、地貌、既有工程是否直接面海和迎風(fēng)，以及構(gòu)件所處工作環(huán)境的年平均溫度、年平均濕度，溫度、濕度變化和干濕交替情況等。所以，沿海的大氣環(huán)境作用應(yīng)該考慮Cl-的沉降率、相對濕度、相對濕度大于80%的天數(shù)等，沿海環(huán)境作用的分類分級應(yīng)該采用地理位置描述、環(huán)境因素、建筑因素相結(jié)合的方法[16]�；炷�土在力學(xué)因素和環(huán)境因素雙重或多重因素耦合作用下的復(fù)雜的損傷疊加與交互作用過程是引起混凝土耐久性下降和服役壽命縮短或過早退出服役的根本原因[17]。

　　考慮不同因素作用相互耦合才可以更準(zhǔn)確地確定結(jié)構(gòu)剩余壽命[18]。將沿海地區(qū)高溫、高濕、鹽霧、太陽輻射、雨淋、大氣中污染或腐蝕物以及雜散電流等環(huán)境因素的多重因素耦合作用進(jìn)行科學(xué)分類分級，才可以解決好沿海地區(qū)變電站構(gòu)支架混凝土的耐久性問題。

　　1.2耐久性缺陷與損傷的檢測鑒定

　　《既有混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51355—2019)[19]主要針對普通混凝土結(jié)構(gòu)，《混凝土耐久性檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T193—2009)[20]適用于建筑與市政工程中混凝土耐久性的檢驗與評定，《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定標(biāo)準(zhǔn)》(CECS220:2007)[21]適用于既有房屋、橋梁和一般構(gòu)筑物的混凝土耐久性評定，是一個可以參照的標(biāo)準(zhǔn)。而《工業(yè)廠房可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ144—90)[22]沒有包括電力行業(yè)變電站構(gòu)支架結(jié)構(gòu)，只有《構(gòu)筑物抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50117—2014)[23]中包括電力行業(yè)變電站結(jié)構(gòu)。

　　這就使得混凝土耐久性缺陷與損傷檢測鑒定中沒有變電站結(jié)構(gòu)需要的使用環(huán)境、腐蝕原因、混凝土外觀狀況、混凝土質(zhì)量、構(gòu)件損傷程度的全面調(diào)查和檢測，從而使得修復(fù)加固設(shè)計缺乏直接依據(jù)，因為修復(fù)與防護(hù)設(shè)計需要環(huán)境作用等級、耐久性損傷原因及類型等作為依據(jù)才可以制定相應(yīng)的設(shè)計方案。目前只能按照建筑工程標(biāo)準(zhǔn)實施，而鑒定實際上依據(jù)的是工業(yè)廠房，這和變電站結(jié)構(gòu)完全不同。

　　混凝土耐久性檢測需要依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50344—2019)[24]和《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50784—2013)[25]的規(guī)定及與混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀密切相關(guān)的因素，如外觀缺陷與損傷、幾何尺寸參數(shù)、保護(hù)層厚度、混凝土抗壓強度、鋼筋銹蝕等，具體指標(biāo)如混凝土中氯離子含量及分布、碳化深度、含水率、滲透性、抗硫酸鹽侵蝕深度、保護(hù)層厚度以及鋼筋的剩余直徑、蝕坑深度、長度及銹蝕物的厚度等。

　　混凝土外觀缺陷與損傷以及有關(guān)檢測包括:表面的干濕狀態(tài)、有無污垢;外觀損傷的類型、范圍、分布;裂縫的位置、類型、寬度、深度、長度;分層、疏松、起皮等損傷的區(qū)域、深度、面積;剝落和凸起的數(shù)量、大小、深度;蜂窩、狗洞的位置、大小、數(shù)量;銹斑或腐蝕侵蝕、磨損、撞損、白化;鋼筋外露、翹曲和扭曲、先前的局域修補或其他修補、構(gòu)件所 處環(huán)境、服役環(huán)境中侵蝕性介質(zhì)、混凝土中性化程度等。特別是裂縫成因、裂縫穩(wěn)定狀態(tài)的判定和環(huán)境侵蝕損傷的侵蝕源、侵蝕程度和侵蝕速度檢測，這些與耐久性修復(fù)和加固措施密切相關(guān)。

　　比較有針對性的標(biāo)準(zhǔn)是《福建省混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)場檢測與評定技術(shù)規(guī)程》(DBJ/T13-190—2014)[26]，對使用環(huán)境調(diào)查和不同環(huán)境作用下混凝土和鋼筋的耐久性現(xiàn)狀檢測都提出了具體要求。耐久性評定涉及剩余耐久年限，需要進(jìn)行每類環(huán)境單獨作用下的耐久性評定和多環(huán)境耦合作用下的耐久性評定，所以環(huán)境因素雙重或多重因素耦合作用的判斷和模擬尤為關(guān)鍵。變電站構(gòu)支架混凝土環(huán)形桿的耐久性檢測鑒定的不足也體現(xiàn)在現(xiàn)有構(gòu)件出廠檢驗上，目前基本都是受力性能檢驗，沒有耐久性方面的性能檢測。

　　2變電站戶外構(gòu)支架耐久性的解決對策

　　從變電站戶外構(gòu)支架混凝土構(gòu)件面臨的多種不利環(huán)境因素交織，既有混凝土構(gòu)支架存在的外觀缺陷、損傷和鋼筋銹蝕以及耐久性修復(fù)加固技術(shù)問題可以看出，有必要采取如下的一些解決對策:

　　一是研究和制訂變電站戶外構(gòu)支架混凝土耐久性修補及防護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。電力行業(yè)的變電站大部分處于單獨的野外環(huán)境，沿海地區(qū)由于城市密集用電需求大其分布更是眾多和廣泛。由于用電壓力大、用地受限，變電站很難重建和改建，這對其維護(hù)和修復(fù)加固提出了更迫切的需要，同時一些新建變電站采用的鋼筋混凝土環(huán)形桿也需要補充耐久性檢測，避免出現(xiàn)類似問題。所以盡早開展戶外構(gòu)支架混凝土耐久性修補及防護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究制訂是非常必要的，如檢測項目要滿足后續(xù)修復(fù)加固的需要、修復(fù)加固設(shè)計要針對混凝土環(huán)形桿和耐久性要求、材料選用和施工適合變電站的現(xiàn)場要求等，用專門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)解決特殊的環(huán)境和土建結(jié)構(gòu)特點顯得尤為突出。二是有針對性地開展戶外構(gòu)支架混凝土耐久性的研究。修復(fù)和加固技術(shù)要根據(jù)耐久性調(diào)查與檢測結(jié)果、目標(biāo)使用年限、技術(shù)措施的可行性、維護(hù)管理要求、經(jīng)濟(jì)性等因素進(jìn)行選擇確定，然后進(jìn)行設(shè)計和施工。

　　沿海地區(qū)變電站面臨的多種不利環(huán)境因素作用，專門的鋼筋混凝土環(huán)形桿構(gòu)件，以混凝土外觀缺陷、損傷和鋼筋銹蝕為主，以及目標(biāo)使用年 限較短等構(gòu)成了其混凝土耐久性的特殊性，而且除了耐久性的特殊性外，其施工、維護(hù)作業(yè)工期和現(xiàn)場施工條件限制都需要滿足。這些問題嚴(yán)重制約變電站結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固，也給新建變電站結(jié)構(gòu)留下隱患，需要進(jìn)行相應(yīng)的研究。所以，盡管混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計、檢測評價和修復(fù)加固都有了基本的標(biāo)準(zhǔn)，但如何解決電力行業(yè)混凝土耐久性的特殊性和限制條件，需要有特定的技術(shù)方案和措施，并有針對性地開展研究。

　　3結(jié)論

　　變電站戶外混凝土構(gòu)支架特殊的環(huán)境條件和使用狀態(tài)決定了其耐久性檢測、鑒定和修復(fù)加固需要更有針對性。過去的工程和研究中提出的新技術(shù)模式、整體加固、綜合技術(shù)、系統(tǒng)修復(fù)方案、成套技術(shù)等解決方法需要結(jié)合環(huán)境作用確定、耐久性缺陷與損傷的檢測鑒定、修復(fù)和加固的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)三個方面進(jìn)行系統(tǒng)研究總結(jié)，針對存在的多種不利環(huán)境因素耦合、構(gòu)件外觀缺陷與損傷、修復(fù)加固技術(shù)等問題開展戶外構(gòu)支架混凝土耐久性研究，制訂相應(yīng)的變電站戶外構(gòu)支架混凝土耐久性修補及防護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以有效應(yīng)對電力行業(yè)混凝土耐久性的特殊性和修復(fù)加固的客觀條件。

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　　作者：楊迪珊1，嚴(yán)通煜1，程諾1，石建光2

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