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(wèn)題和解決對(duì)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(wèn)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(duì)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(cè)鑒定、修復(fù)與加固標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)三個(gè)方面技術(shù)問(wèn)題，分析了存在的對(duì)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(cè)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(duì)性不足等問(wèn)題，提出了制訂變電站戶外構(gòu)支架混凝土耐久性修補(bǔ)及防護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)展戶外構(gòu)支架混凝土耐久性研究等解決對(duì)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(duì)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(guò)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(duì)變電站構(gòu)支架進(jìn)行防腐補(bǔ)強(qiáng)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(shù)脂、鋼筋網(wǎng)抹水泥砂漿等修補(bǔ)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(shí)的 問(wèn)題[4]。而碳纖維加固會(huì)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(kāi)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(bǔ)，外表涂刷高強(qiáng)防滲層形成防腐膜;二是包裹式防滲防腐處理，以高強(qiáng)防滲混凝土包裹成裹體結(jié)構(gòu)，對(duì)裹體表面粉刷高強(qiáng)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(qiáng)微膨修復(fù)料等修補(bǔ)不同寬度的裂縫，用界面劑、高強(qiáng)微膨修補(bǔ)材料、聚合物砂漿修補(bǔ)材料等進(jìn)行修補(bǔ)、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(duì)構(gòu)支架進(jìn)行整體加固和防護(hù)，在廣東幾個(gè)變電站實(shí)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(kāi)發(fā)高分子灌漿材料、高強(qiáng)聚合物砂漿修補(bǔ)、碳纖維布加固、高分子織物膜防護(hù)的加固補(bǔ)強(qiáng)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(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)中表現(xiàn)出良好的實(shí)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(bǔ)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(bǔ)砂漿修補(bǔ)、涂刷混凝土保護(hù)料，并進(jìn)行了試驗(yàn)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(yùn)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(bǔ)的設(shè)計(jì)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(wèn)題和提出解決對(duì)策，從而協(xié)調(diào)缺陷修補(bǔ)、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(wèn)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(xiàng)要求，這些構(gòu)成了修復(fù)加固需要協(xié)調(diào)處理的三個(gè)方面問(wèn)題[1]。

　　依據(jù)這三個(gè)方面的問(wèn)題，按現(xiàn)行的有關(guān)技術(shù)規(guī)范對(duì)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(gè)主要問(wèn)題:一是環(huán)境作用的確定不符合電力行業(yè)變電站的實(shí)際情況;二是針對(duì)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(cè)鑒定沒(méi)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(méi)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50476—2019)[11]的環(huán)境類型沒(méi)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(yáng)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(shí)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(duì)環(huán)境的不利影響明顯考慮不足，設(shè)計(jì)時(shí)缺乏加強(qiáng)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(jì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50046—2018)[15]等也沒(méi)有切合的環(huán)境類型可以依據(jù)參照。而實(shí)際上多種不利環(huán)境因素交織對(duì)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(gè)問(wèn)題，為解決此問(wèn)題，需要考慮現(xiàn)有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的不足，提出有針對(duì)性的對(duì)策，這也符合《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn)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(duì)濕度、相對(duì)濕度大于80%的天數(shù)等，沿海環(huán)境作用的分類分級(jí)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]。混凝土在力學(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(guò)程是引起混凝土耐久性下降和服役壽命縮短或過(guò)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(yáng)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(jí)，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(wèn)題。

　　1.2耐久性缺陷與損傷的檢測(cè)鑒定

　　《既有混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 51355—2019)[19]主要針對(duì)普通混凝土結(jié)構(gòu)，《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)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(yàn)與評(píng)定，《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)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(píng)定，是一個(gè)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(méi)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(cè)鑒定中沒(méi)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(cè)，從而使得修復(fù)加固設(shè)計(jì)缺乏直接依據(jù)，因?yàn)樾迯?fù)與防護(hù)設(shè)計(jì)需要環(huán)境作用等級(jí)、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(jì)方案。目前只能按照建筑工程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，而鑒定實(shí)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(cè)需要依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50344—2019)[24]和《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(qiáng)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(zhǎng)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(cè)包括:表面的干濕狀態(tài)、有無(wú)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(zhǎng)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(bǔ)或其他修補(bǔ)、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(cè)，這些與耐久性修復(fù)和加固措施密切相關(guān)。

　　比較有針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)是《福建省混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與評(píng)定技術(shù)規(guī)程》(DBJ/T13-190—2014)[26]，對(duì)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(cè)都提出了具體要求。耐久性評(píng)定涉及剩余耐久年限，需要進(jìn)行每類環(huán)境單獨(dú)作用下的耐久性評(píng)定和多環(huán)境耦合作用下的耐久性評(píng)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(cè)鑒定的不足也體現(xiàn)在現(xiàn)有構(gòu)件出廠檢驗(yàn)上，目前基本都是受力性能檢驗(yàn)，沒(méi)有耐久性方面的性能檢測(cè)。

　　2變電站戶外構(gòu)支架耐久性的解決對(duì)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(wèn)題可以看出，有必要采取如下的一些解決對(duì)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(bǔ)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(dú)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(duì)其維護(hù)和修復(fù)加固提出了更迫切的需要，同時(shí)一些新建變電站采用的鋼筋混凝土環(huán)形桿也需要補(bǔ)充耐久性檢測(cè)，避免出現(xiàn)類似問(wèn)題。所以盡早開(kāi)展戶外構(gòu)支架混凝土耐久性修補(bǔ)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(cè)項(xiàng)目要滿足后續(xù)修復(fù)加固的需要、修復(fù)加固設(shè)計(jì)要針對(duì)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(chǎng)要求等，用專門(mén)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(diǎn)顯得尤為突出。二是有針對(duì)性地開(kāi)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(cè)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(jì)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(mén)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(chǎng)施工條件限制都需要滿足。這些問(wèn)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(jì)、檢測(cè)評(píng)價(jià)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(duì)性地開(kāi)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(cè)、鑒定和修復(fù)加固需要更有針對(duì)性。過(guò)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(cè)鑒定、修復(fù)和加固的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)三個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)研究總結(jié)，針對(duì)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(wèn)題開(kāi)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(bǔ)及防護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以有效應(yīng)對(duì)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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