康平 徐振山 潘军
中铁大桥局集团有限公司 湖北 武汉 430050
摘要：港珠澳大桥在国内首次按120年使用年限设计，其结构形式复杂，工程建设规模巨大和施工难度大，腐蚀环境恶劣，对工程质量和耐久性要求更高。为满足本工程结构耐久性设计要求，针对本工程的特点，需制定系统的结构耐久性技术措施及防腐蚀附加技术措施，确保建设项目实现设计服役年限。港珠澳大桥浅水区组合梁桥各种构件不同强度等级的混凝土总量达30多万立方米。本文针对海工长寿命混凝土及附加多重防腐措施进行了介绍，并通过试验检测手段，分析了多种措施叠加对结构耐久性的有益影响。
关键词：桥梁防腐；施工技术；耐久性检测
1 工程概况
港珠澳大桥浅水区组合梁桥包括九洲航道桥（通航孔桥）和浅水区非通航孔桥。
港珠澳大桥位于珠江口伶仃洋上，属于外海洋环境综合工程，需要经受台风、潮汐、干湿交替、温度变化、盐雾侵蚀等作用。因此，如何有效提高严酷环境下港珠澳大桥结构耐久性是工程需要解决的技术难题。环氧涂层钢筋、海工耐久性混凝土、硅烷浸渍涂装等技术措施已在我国重大土木工程中得到广泛应用，极大提高了结构的使用寿命。不锈钢钢筋、聚脲防水涂装、牺牲阳极阴极保护、耐久性监测、耐久性再设计，是在以往施工技术基础上，通过采取附加措施，达到延长混凝土结构耐久性和设计使用寿命要求。然而，这些技术在国内应用有限，缺少可借鉴资料，单一采用某种技术很难保证结构耐久性，需要根据各种材料自身特性并结合服役环境特点，开展比对研究，将多种防腐蚀附加措施相结合，确保大桥120年设计使用寿命要求。
2 混凝土结构耐久性设计
针对港珠澳大桥主体工程不同混凝土结构的特点，系统研究并制定了混凝土耐久性质量控制技术措施，主要包括：原材料遴选、配合比设计、混凝土耐久性指标、施工质量控制、附加防腐蚀辅助措施、耐久性监测等。
2.1混凝土结构耐久性设计
混凝土耐久性设计包括工程结构设计使用年限组成分析及构件耐久性质量控制指标值，同一构件，按照最恶劣的环境作用等级设计混凝土的最大氯离子扩散系数，环境作用的差异通过最小保护层厚度取值来体现，详见表1和表2。
表1 港珠澳大桥工程结构设计使用年限组成分析
注：①海洋氯化物环境，Ⅲ-C中度、Ⅲ-D严重、Ⅲ-E非常严重、Ⅲ-F极端严重；
②（a）表示钢筋开始发生锈蚀，允许腐蚀介质侵入混凝土内部，但不允许钢筋发生锈蚀。
表2 港珠澳大桥混凝土构件耐久性质量控制指标值
2.2混凝土结构耐久性施工技术
2.2.1海工耐久性混凝土
根据《港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计指南》、《港珠澳大桥混凝土耐久性质量控制技术规程》要求，海工混凝土采用硅酸盐水泥，混掺矿物掺和料总量占胶凝材料质量百分比可为45-70%。在满足混凝土单位体积胶凝材料最低用量要求的前提下，尽可能降低水泥用量，使用大量粉煤灰、矿渣粉，以降低混凝土水化热温升、提高混凝土抗氯离子渗透性。根据不同结构部位，要求加入不同性能的聚羧酸系高性能减水剂；特殊工程部位，如桥面板负弯矩区及湿接缝加入仿钢纤维、增韧剂或膨胀剂等。双掺时，Ⅰ级粉煤灰掺量不大于30%，S95级矿渣粉掺量不大于45%；混凝土水胶比一般不大于0.36；混凝土拌和物的总碱含量不大于3.0kg/m3（以Na2O当量计）、氯离子含量不大于0.06%胶凝材料总量及三氧化硫含量不大于4%胶凝材料总量。通过掺加高性能减水剂，配制坍落度为200±20mm的可泵混凝土，用水量在140-150kg/m3。
2.2.2 耐久性附加技术措施
2.2.2.1墩身不锈钢钢筋（英标BS6744：2001+ A2：2009、牌号1.4362）
处于浪溅区与水位变动区的混凝土构件，在构件外层采取不锈钢钢筋。从现场施工质量控制与成本分析，这种附加组合防腐措施具有最优的可操作性及经济性。
2.2.2.2环氧涂层钢筋
港珠澳大桥浅水区组合梁桥处于海洋环境大气盐雾区，九洲航道桥钢-混组合梁桥面板、非通航孔桥85m钢-混组合梁桥面板，全部采用普通环氧涂层钢筋。
2.2.2.3 钢管桩防腐涂层
为保护好桩基混凝土不受氯盐腐蚀过早遭到破坏，桩基础采用的是永久性复合钢管桩，能有效保护混凝土并提高其寿命；同时，需做好复合钢管桩钢管的保护：通过附加防腐蚀措施研究比对，在钢管内、外进行防腐涂装，并将钢管桩通过导线与牺牲阳极阴极保护装置连接，即采取外加电流阴极保护，完全控制腐蚀及阻止点蚀。
2.2.2.4牺牲阳极阴极保护
本工程混凝土结构的耐久性设计以氯离子侵入混凝土导致钢筋锈蚀的耐久性过程为主要对象，使用考虑设计变量统计规律的近似概率法进行耐久性设计，耐久性可靠指标定为β=1.3；采用我国华南地区长期暴露试验数据和工程调查数据，对各耐久性设计变量进行概率统计分析；针对具体设计函数，得到耐久性设计关键参数的分布函数与分项系数，结合耐久性极限状态和设计使用年限要求，利用氯离子侵蚀过程的混凝土结构寿命预测模型计算得出满足120年耐久性要求的理论控制指标。再根据设计参数理论值与实验室快速试验测试值之间的相关关系，提出混凝土耐久性质量控制值。处于海水中的混凝土遭遇高浓度的氯盐侵蚀，氯离子带负电荷加速钢筋锈蚀。因此采用带正电荷的铝、锌、铟、镁、钛合金块——牺牲阳极，安装在墩身上，保证全天候浸泡于海水中，通过墩身、承台混凝土中预埋的铜芯电缆与海泥下的钢管桩连接，从而保护钢筋及复合桩钢管。
2.2.2.5混凝土表面硅烷浸渍
为保证不可更换的主体构件在120年使用寿命周期内保持良好的耐久性，对处于大气区和海水区的承台、墩身混凝土构件采用硅烷浸渍防腐涂装。
2.2.2.6结构混凝土保护层厚度设计
《港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计指南》、《港珠澳大桥混凝土耐久性质量控制技术规程》规定，港珠澳大桥桥梁工程处于海水浪溅区的承台、墩身，其保护层厚度达到80mm，其他构件混凝土保护层厚度也达到45-75mm。荷载作用下的钢筋混凝土构件的表面裂缝最大宽度计算值：对于无干湿交替的构件应不超过0.30mm；对于处于干湿交替环境钢筋保护层应不超过0.20mm。
2.2.2.7 混凝土结构耐久性健康专项监测
为保证港珠澳大桥满足120年的设计使用寿命要求，需对大桥主体混凝土结构耐久性状况进行监测，以制定科学合理的维护方案。耐久性专项监测系统能定量监测混凝土内氯离子的浓度分布、钢筋腐蚀速率和混凝土电阻率，从而掌握影响大桥主体混凝土结构的耐久性健康状况的关键参数并定量预测其耐久性剩余使用寿命，为后期的管理维护和耐久性再设计提供数据支撑。
2.2.2.8 混凝土结构耐久性再设计
a施工阶段耐久性评估再设计。
对于主塔及桥墩等主要混凝土结构，施工期将耐久性监测传感器布设入构件内，以及时掌握建设期钢筋混凝土的耐久性状况，对耐久性发展趋势进行预测，耐久性监测传感器具有即时测量钢筋的腐蚀动态及锈蚀速率、测量混凝土的电阻率、测试混凝土的氯离子含量或反映氯离子侵蚀过程。根据施工阶段混凝土构件的耐久性评估结果，针对耐久性质量不达标或者局部不达标的混凝土构件开展耐久性再设计工作，如增设补强方案或其他附加防腐措施。
b运营阶段耐久性维护再设计。
工程交付使用前进行混凝土结构与构件的耐久性评估，使用耐久性设计阶段、施工阶段以及暴露试验数据对不同暴露环境中的混凝土构件进行耐久性全概率评估，得到的耐久性可靠性指标作为结构运营的耐久性起点状态。结构运营期间，针对混凝土结构和构件建立耐久性检测制度，检测制度根据不同需要分别建立验收检测、日常检测、定期检测、特殊检测以及终期检测的检测项目、频次以及相应的档案管理制度。及时采集混凝土结构耐久性监测系统数据，实时定量评估混凝土结构和构件的耐久性状态。当构件氯离子渗透深度超过预期，或钢筋提前进入脱钝状态，耐久性可靠指标评估值低于1.3，应及时增加防腐附加措施并加强维护管理。
2.3钢-混组合梁及钢塔除湿系统
为保证港珠澳大桥主梁钢-混组合梁及钢塔的长期使用寿命，防止钢材锈蚀及混凝土受盐雾等有害物质的侵害，确保箱室内部处于干燥状态。根据前期科研测试，箱梁内室湿度要低于50%才能使钢-混组合梁免遭腐蚀，故通过增加除湿机进行人工干预来保证主梁及钢塔内的耐久性。
3 混凝土结构耐久性施工技术、检测及监测
3.1混凝土组成材料及质量控制
采用优质硅酸盐水泥、Ⅰ级粉煤灰、矿渣粉、河砂、碎石及减水剂。细骨料为河砂，细度模数在2.9，含泥量0.5%；粗骨料为碎石，5-16mm和16-25mm组合级配、5-16mm和10-20mm组合级配，含泥量0.2%，压碎值5%，表观密度2670kg/m3；减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率29%，含气量在2.7%。仿钢纤维为TB-30型有机合成仿钢纤维，以增加混凝土的韧性及反复荷载作用下的抗裂性能，其抗拉强度503MPa、断裂伸长率15.8%；增韧材料为SBT?-ITM原位增韧材料，掺量以胶凝材料总量计为0.5%，主要技术指标：28d天抗压强度比96%、28d断裂能耗比179%、28d抗冲击耗能次数比200%；UEA型补偿收缩膨胀剂，总碱含量不大于0.75%，21天限制膨胀率不小于-0.010%。
3.1.1 混凝土配合比设计及性能检测结果。负弯矩区桥面板C60纤维增韧混凝土配合比，经过多次比对设计，成果见表5、表6、表7：
3.1.2通过对掺合料的使用结果比对：应用粉煤灰和矿渣粉双掺技术，辅以增韧材料和仿钢纤维，是配制出具有高抗压强度、高抗弯拉强度、高抗氯离子渗透、韧性好的微膨胀纤维增韧混凝土必备条件。对于桥面板组合湿接缝微膨胀纤维增韧混凝土，在设计时加入了UEA型膨胀剂，几组比对配合比力学和耐久性指标统计见表8、表9：
表8、表9数据反映，在不掺加矿渣粉的情况下，S4-02、S4-03混凝土实测56天氯离子扩散系数值均超过了设计要求（≤4.0×10-12m2/s），测试过程见图1、图2：
图1 混凝土氯离子扩散系数测试 图2 混凝土抗折及弯曲韧性试验
3.1.3混凝土生产质量控制——搅拌站质量体系认证制度
在港珠澳大桥主体工程混凝土的质量管理中，建设单位按照国际标准相关管理模式，对用于主体工程的混凝土实行产品质量认证制度，包括混凝土搅拌站质量管理体系、机械设备配置、组织机构及人员配备、原材料质量、混凝土拌和物性能、耐久性指标等。用于主体工程施工的混凝土搅拌站，全部需要通过澳门土木工程实验室的质量管理体系审核、型式检验、中间核查，未经认证合格不得生产主体结构混凝土。
3.1.4 新拌混凝土温度控制
《港珠澳大桥混凝土耐久性质量控制技术规程》及《港珠澳大桥混凝土认证细则》规定，主体工程混凝土出机温度不得高于28℃，一般控制在10℃-28℃之间。港珠澳大桥所处地理位置是南方潮湿闷热的海洋环境，因此，要满足温度要求，须在混凝土搅拌站配备制冰机或冷水机组。本工程选用“SNOWKEY”品牌制冰机和冷水机组，制冰机每小时可生产2吨冰屑，冰库还可以提前制备储存32吨冰屑，夏季一般每立方混凝土加入50-60公斤冰屑置换拌和水；冷水机组每小时可产生1.5℃冷水15吨，并带有一个可以储存20吨冷水箱，经计量后直接加入搅拌机；制冷机组见图3、现场浇筑见图4：
图3 混凝土搅拌站配置的制冰机组
3.1.5 混凝土结构浇筑与养护
施工大力推进“工厂化、机械化”建设，在中山预制场设有大型现代化混凝土生产设备，搅拌能力为两条180m3/h和两条120m3/h生产线。配有6台9m3搅拌运输车和TB90型汽车泵三台，确保混凝土生产浇注连续不间断。强化新浇混凝土的养护工作，对初凝后的混凝土即开始进行顶面蓄水养护，拆模后立即用帆布罩覆盖保湿保温养护，如图5：
图4 预制场墩台预制一体化混凝土浇筑 图5 预制场墩台混凝土养护
3.2 复合钢管桩钢管制作及防腐涂装
港珠澳大桥主体工程桩基为提高其耐久性，采用复合钢管桩。本工程钢管桩共482根，规格为Ф2500㎜，Ф2200㎜，Ф2000㎜。长度L=17～60m，采用工厂预制大口径螺旋钢管复合桩，材质为Q345C，采用变壁厚制造，桩顶部分为25mm，中间部分为22mm，桩尖直缝管壁厚32mm，接近桩顶部分内部焊接大约有20道环形剪力环。
3.2.1钢管桩防腐涂层设计。钢管桩内外防腐分别对水中区和泥下区进行设计，即承台以下约20m范围采用高性能复合加强双层熔融结合环氧粉末涂层，内层≥300μm，面层≥700μm，加强双层环氧粉末涂层厚度为≥1000μm。其余部位采用高性能复合普通双层熔融结合环氧粉末涂层，内层≥300μm，面层≥350μm，复合普通双层环氧粉末涂层厚度为≥650μm。内层为耐腐蚀型涂层，面层为抗划伤耐磨涂层。此外还对钢管桩进行牺牲阳极阴极保护设计并对其进行耐久性监测，监控其受腐蚀变化情况，以便及早采取其他防腐措施。
3.2.2防腐喷涂工艺工作原理。熔融结合（简称熔结）环氧粉末涂料是以改性环氧树脂为主要成膜材料并含有固化剂、颜料、特种辅料等的热固型涂料，经熔融结合涂装工艺固化成膜。它是一类较新型的高性能涂料，研究开发始于二十世纪六十年代。与传统的涂料相比，这类新涂料具有许多特点：它是百分之百固体的热固型材料，不会象多数普通涂料因溶剂挥发而留下针孔，因而形成的涂层致密完整；它的机械性能好，涂层与金属基底有牢固的结合力，耐磨损，耐冲击；同时它在多种化学介质中性能稳定，不受侵蚀，防腐蚀性能优良，属于重防腐类涂料；此外，粉末涂料不含挥发性溶剂，无污染，物料利用率高，在满足环境保护要求和文明生产方面有着很大的吸引力，符合新世纪全球经济可持续发展的战略方针。
3.2.3防腐喷涂方法。在涂装时，把环氧树脂粉末静电喷涂到预热的工件表面上，再熔融固化形成具有一定厚度的涂层。其工艺路线为：钢管表面抛丸预处理感应加热静电在线热喷涂利用余热固化冷却质量检查。表面预处理是为了除油、除污、除锈，以增强涂层与基体的结合力。中频电源感应加热达到 200C以上的高温。粉末静电喷涂是基于高压静电感应原理在喷枪与工件之间形成静电场，使粉末在静电和压缩空气的双重作用下均匀地吸附到工件上。在余温下完成涂层的熔融固化, 这时树脂与固化剂中的活性基团发生交联。整个涂装过程在工厂车间的自动生产线上一次完成，因而不受工地气候环境条件的影响，可以在线测量和控制各种参数，生产效率较高，质量能得到保证，钢管桩制作及涂层检测见图6、图7：
图6 钢管桩防腐涂层厚度检测 图7 钢管桩防腐涂层厚度检测
3.2.4钢管复合桩防腐表面涂敷质量检查。主要包括涂层外观质量、涂层总厚度、底层厚度、面层厚度和漏点的检验，各项检验应按下列要求进行：a外涂层的外观质量应逐根检查，外观要求平整，色泽均匀，无气泡开裂及缩孔，允许有轻度桔皮状花纹；b应使用无损测厚仪测量厚度,结果应符合设计的要求，不符合涂层厚度要求的应重涂，为确保底层与面层涂层的厚度符合要求，应至少每20根管在管端涂层边缘测量各层厚度一次；c应用电火花检漏仪对钢管外涂层进行逐根检查，检漏电压为5V/μm，漏点数量不大于0.1个漏点/m2，当漏点超过上述数量时，或个别漏点的面积大于或等于250cm2时，应对该钢管进行重涂。
3.3钢管复合桩牺牲阳极保护及监控系统
牺牲阳极，安装在墩身上，保证全天候浸泡于海水中，通过墩身、承台混凝土中预埋的铜芯电缆与海泥下的钢管桩连接。在施工阶段对所有钢管桩、承台与墩身浪溅区普通钢筋进行电连接，以备后期可实施牺牲阳极保护，采用交流阻抗表测量任意两点钢筋得到的电阻值应小于1欧姆。此外，还必须对钢管桩腐蚀及牺牲阳极合金块消逝情况进行监测，根据消逝情况及时更换合金块。
3.3.1港珠澳大桥主体工程钢管复合桩采用牺牲阳极阴极保护与涂层联合防腐蚀，设计有效保护年限：t≥60年；在有效防腐蚀年限内，被保护钢管复合桩的保护电位始终控制在最佳保护电位范围，即：–0.85～–1.10V﹙相对于Cu／饱和CuSO4参比电极﹚；牺牲阳极电化学性能应符合GB∕T4948–2002各项技术要求；在有限保护期内，钢管复合桩表面无明显锈蚀，保护度大于90﹪；牺牲阳极材质不污染环境；牺牲阳极预埋件、电性导通、焊装质量等全面满足设计要求。
牺牲阳极材料主要是铝合金，铝合金阳极具有重量轻，电容量大，工作电流稳定，电流效率高，寿命长及造价便宜等特点，针对本设计中被保护的钢管复合桩工作海域的水质情况，选用Al- Zn -In-Mg-Ti高效铝合金牺牲阳极进行阴极保护，其化学成分和电化学性能分别见表10、表11：
表10 高效铝合金阳极化学成分（GB4948/T——2002）
3.3.2按照设计文件要求，本工程选用的高效铝合金阳极规格型号有A21-I-2、A21-I-3、IMR-B43等三种，详见表12、表13、表14：
3.3.3本项目采用的牺牲阳极保护材料为铝-锌-铟-镁-钛合金，根据钢管桩钢材的重量不同，设置的牺牲阳极合金材料重量也不同，主要有以上三种。连接方式为双铁脚焊接式，埋置在海水面以下3米处，进场及安装的阳极装置见图8、图9：
图8 待安装的牺牲阳极装置 图9 已安装的牺牲阳极装置
3.3.4钢管复合桩和钢筋腐蚀与保护监控系统
3.3.4.1钢管复合桩监控系统。钢管复合桩监测是利用钢管复合桩基的牺牲阳极阴极保护和腐蚀监测探头、电位测试仪，借助无线数据通讯，实时监测阴极保护系统的输出电流和钢管复合桩在不同深度位置的保护电位，监测钢管复合桩在不同深度海泥/海水中的腐蚀速率以及混凝土的电阻率，验证阴极保护效果以及腐蚀监控系统的可靠性及与相关系统的相容性。通过对现场监测数据收集、统计分析，判断和评价钢管复合桩的腐蚀与防护综合状况。
混凝土中的钢筋腐蚀监测方案是借助于预埋在承台和墩身混凝土中的MnO2、Q345C和双极不锈钢组成的传感器、精密电位测试仪、阻抗法电阻率测试仪、恒库伦腐蚀速率测试仪等设备，监测混凝土的电阻率、钢筋的腐蚀电位和腐蚀速率、混凝土的pH值等技术参数。
图10 信号无线传输及腐蚀监测系统网络图
钢管复合桩监测系统主要由参比电极、电缆、传感器、记录仪、设备等组成，包括：银/卤化银、高纯锌参比电极；高纯锌电极、Q345C、不锈钢双极组成的传感器；防水屏蔽电缆；腐蚀监测数据记录仪；标准电阻；绝缘牺牲阳极、标准电阻、阴极馈电电缆联接测量牺牲阳极发射电流继电流；阴极接地电缆；配电箱；电源；无线收发装置；总控室软件等。
图11 钢管复合桩保护电位/保护电缆监测子系统组成及安装示意图
3.3.4.2钢筋混凝土腐蚀监控系统。腐蚀监测系统采用英国Interek-CAPCIS和厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室的技术和产品，由多功能在线腐蚀监测数据记录仪（含八通道复合探头多路转换器和数据无线传输装置），多功能钢筋混凝土探头含四深度多功能梯形探头和pH值/氯离子/钢筋腐蚀复合探头，腐蚀监测系统数据管理和风险评估软件等几个部分组成。该系统在世界范围内重要的基础设施腐蚀监测有大量成功的案例，应用历史超过25年，处于大型基础设施腐蚀监测世界领先水平。
对大桥主体混凝土结构耐久性状况进行监测，耐久性专项监测系统要求能定量监测混凝土内氯离子的浓度分布、钢筋腐蚀速率和混凝土电阻率，从而掌握影响大桥主体混凝土结构的耐久性健康状况的关键参数并定量预测其耐久性剩余使用寿命，为后期的管理维护和耐久性再设计提供数据支撑。
从通车后近2年的施工总结报告的检测数据可以看到钢筋的腐蚀速率在允许范围内，表明钢筋得到了很好的保护。混凝土电阻率、pH值、氯离子浓度在允许范围内，符合预期效果。
图12 钢管复合桩保护与混凝土腐蚀监测系统
3.4不锈钢钢筋（执行英标标准BS6744：2001+ A2：2009、牌号1.4362）
本工程处于浪溅区与水位变动区混凝土构件，在构件中采取外层不锈钢钢筋和内层普通钢筋组合施工，实现技术性与经济性达到最佳。施工中采用的是按英标BS6744：2001+A2:2009生产、牌号1.4362、屈服强度不小于500MPa的双相不锈钢钢筋。所有不锈钢筋委托北京国家金属实验室按英标BS6744：2001+A2:2009标准进行化学成分分析、力学性能、夏比冲击、晶间腐蚀试验等指标测试，指标均符合要求。所采用山西太原钢铁不锈钢有限公司生产的不锈钢钢筋，直径有16mm、20mm、25mm、28mm、32mm；扎丝为直径1.2mm的不锈钢丝，牌号316L；除直径16mm不锈钢钢筋外，其他采用镦粗直螺纹连接方式；不锈钢钢筋接头丝头加工及绑扎见图12、图13：
图13 预制墩身不锈钢钢筋接头镦粗加工、不锈钢钢筋绑扎
3.5混凝土表面硅烷浸渍防腐涂装
3.5.1硅烷材料比选。硅烷浸渍防腐涂装施工前，通过大量比对试验研究，比选出完全符合港珠澳大桥工程技术性能要求的硅烷产品。硅烷技术要求如下：异丁基三乙氧基硅烷含量不应小于98.9%；硅氧烷含量不应大于0.3%；可水解的氯化物含量不应大于1/10000；密度（温度25度）应为0.88 g/ml；折射率为1.3998~1.4002；材料活性应为100%，不得以溶剂或其它液体稀释。选择合格的异丁基三乙氧基硅烷应用于本工程混凝土结构表面防腐涂装。要求在混凝土浇筑养护28天后，对混凝土表面进行清洁处理，喷涂硅烷——异丁基三乙氧基硅烷两次，前后两次间隔24小时，总消耗量不少于480ml。
3.5.2硅烷浸渍防腐涂装施工。在混凝土结构和构件硅烷喷涂施工后至少7天，钻取芯样，测试硅烷试件的吸水率、浸渍深度、氯化物吸收量等，经测试合格的构件方可接触海水。对于现浇混凝土构件，则尽可能延长接触海水的时间，且现浇浪溅区及以下的混凝土构件强度在达到设计强度70%前，不得受海水侵袭。钢筋在混凝土中锈蚀的临界氯离子浓度与混凝土的保护层厚度、胶凝材料品种、水胶比、环境的通氧条件及相对湿度等因素有关，因此，本工程要求混凝土构件应养护42天后才能接触海水，工程实体取芯检测，检测结果全部满足技术要求。墩身喷涂硅烷施工见图14、图15：
图14硅烷涂装后取芯进行比对试验 图15 预制墩身安装后二次喷涂硅烷
3.6 环氧钢筋（高性能环氧、普通环氧）
九洲航道桥、非通航孔桥，处于海洋环境大气盐雾区，其钢-混组合梁桥面板全部采用普通环氧涂层钢。所用环氧涂层钢筋牌号主要是HRB335、HRB400螺纹钢筋，环氧涂层厚度控制在220-400μm。主要检测项目包括涂层厚度、涂层连续性、涂层可弯性；环氧钢筋型式检验包括抗化学腐蚀、阴极剥离盐雾试验、氯化物渗透性、涂层钢筋的粘结强度、耐磨性、冲击试验等，混凝土构件中绑扎的环氧涂层钢筋见图16：
图16 a组合梁湿接缝待浇注混凝土b预制桥面板存放六个月
3.7 大体积混凝土结构冷却水管控制温升技术
本工程大体积混凝土结构很多，如承台、墩身等，混凝土入模后水化热最高温度不高于65℃；对于预制或现浇大体积混凝土其浇筑温度应满足温度控制要求。除搅拌站配置有制冰机组或冷水机组，采用拌和水与冰屑或冷水共同加入搅拌机来严格控制混凝土出机温度外，为控制新浇混凝土入模后因水化热温升过高，采用传统的布设冷却水管的方法，利用循环水降低大体积混凝土结构内部过高的温度，以保证结构不因温差过大而产生温度裂缝，循环水温温差控制在20℃以内。混凝土施工时尽量减少暴露的工作面，混凝土浇筑1-2h内，使用塑料布覆盖进入养护阶段。在养护期间保持混凝土表面一直处于湿润状态，潮湿养护时间不低于15d。
3.8混凝土结构保护层厚度要求与控制
为保证钢筋的混凝土保护层厚度的均匀性及控制构件表面最大裂缝宽度，根据研究专题的阶段研究成果，对垫块布置间距进行了适当从严的要求，要求受检构件的混凝土保护层厚度的允许偏差为-5～+18mm，合格点率达到90%以上。此外，邀请专业单位专门设计试验保护层垫块，针对预制承台墩身、现浇承台墩身、桥面板设计了专门的保护层垫块。为确保结构混凝土不出现开裂现象，对混凝土施工质量控制和混凝土配合比设计等环节提出了更高要求。通过六次试验块的浇注结果，并认真分析总结，归纳了施工操作要领，确保混凝土构件裂纹可控。混凝土保护层比对试验及工程实体保护层厚度检测，见图17：
图17钢筋保护层比对试验及预制墩台保护层实体检测
3.9混凝土结构耐久性专项监测
3.9.1混凝土结构耐久性监测系统。监测系统的布置充分考虑到覆盖除水下区的所有混凝土构件、处于不同腐蚀环境选择腐蚀最严重的混凝土构件、不同腐蚀环境不同保护层厚度混凝土构件。针对港珠澳大桥混凝土构件施工阶段由于材料离散性、工艺以及实际的使用条件等原因造成的实际耐久性降低情况，提出补救方案。主要利用现场施工过程中获得的混凝土试验、测试、检验数据，通过概率分析，评估耐久性设计目标在实际构件的实现程度，并分析离散性变化的原因，从而完善耐久性质量控制措施。根据施工阶段混凝土构件的耐久性评估结果，针对耐久性质量不达标或者局部不达标的混凝土构件开展耐久性再设计工作，主要指保护层、氯离子扩散系数不满足要求，且偏差超过5%；耐久性可靠指标评估值低于1.3。在设计阶段针对施工期的耐久性再设计预留补强方案，增加必要的附加防腐措施，加强维护管理。
3.9.2监测系统的组成。港珠澳大桥主体混凝土结构耐久性监测涵盖港珠澳大桥三座通航孔桥、非通航孔桥、东西人工岛、珠澳口岸人工岛连接桥和沉管隧道。耐久性监测传感器系统包括监测传感器、电缆、数据采集与传输系统、防干扰机箱以及监测操作软件。此类传感器系统可以对钢筋腐蚀速率、氯离子浓度和混凝土电阻率进行定量监测分析。埋设的传感器材料主要有防静电的VALOXTM塑料外壳，混凝土电阻率探针为316不锈钢，参比电极为MnO2或 Ag/AgCl参比电极，钢筋电极为普通碳钢钢筋，辅助电极为316不锈钢。
3.9.3监测系统应用。在施工阶段，监控工作内容主要通过埋设应力应变传感器搜集数据，进行监控计算、施工监测、状态分析等，确保墩台身、钢-混组合梁受力变形可控；对大体积承台混凝土内外部温度监测，调节冷却管通水流量及时间，保证混凝土不会因为内外温差过大而开裂。成桥后的耐久性监测，通过预埋传感器实时监测氯离子浓度、钢筋腐蚀电位及速率、混凝土电阻率和温度，进行数据采集与传输、分析与整理来间接评价混凝土结构耐久性状况。结构运营期间，针对混凝土结构和构件建立耐久性检测制度，检测制度应根据不同需要分别建立验收检测、日常检测、定期检测、特殊检测以及终期检测的检测项目、频次以及相应的档案管理制度。及时采集混凝土结构耐久性监测系统数据，实时定量评估混凝土结构和构件的耐久性状态。当构件氯离子渗透深度超过预期，或钢筋提前进入脱钝状态，耐久性可靠指标评估值低于1.3，应及时增加防腐附加措施并加强维护管理。
4 总结
通过采取以上多项海工混凝土耐久性设计、耐久性技术措施实施、耐久性技术检测及监测等，港珠澳大桥总结出一套切实可行的系统措施，施工技术可行，结构质量可靠，各项技术指标满足设计使用寿命120年的要求，也为今后类似工程施工提供了可借鉴的宝贵经验。
参考文献
[1]港珠澳大桥管理局 港珠澳大桥主体工程桥梁DB02标段施工设计图
[2]港珠澳大桥管理局《港珠澳大桥混凝土结构耐久性设计指南》（修订版 HZMB/DB/GD/1 2013-4-18.
[3]港珠澳大桥管理局《港珠澳大桥混凝土耐久性质量控制技术规程》（修订版 HZMB/DB/RG/12013-4-18.
[4]行业标准 住房和城乡建设部《普通混凝土配合比设计规范》JGJ55-2011. 2011-12-01.
[5]行业标准 住房和城乡建设部《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082-2009. 2010-07-01.
[6] 行业标准 交通运输部《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ275-2000 2001-05-01.
[7]中国建筑工业出版社中国工程院土木水利和建筑学部《混凝土结构耐久性设计与施工指南》CCES 01-2004 2004-05
[8]国家标准 国家质量监督检验检疫总局《铝-锌-铟系合金牺牲阳极》GB/T4948-2002 2003-01-01
[9]唐斌、王东晖、别业山 《港珠澳大桥浅水区非通航孔桥组合梁下部结构设计》《高速铁路施工技术》2016.2
[10]郭熙冬 《港珠澳大桥承台墩身工厂化预制施工技术》 《桥梁建设》2014.2
[11]陈山亭《港珠澳大桥浅水区非通航孔桥下部结构施工关键技术》 《科技创新与应用》2015.8
[12]陈翔 《港珠澳大桥环氧钢筋混凝土桥面板预制施工技术》 《工程建设标准化》 2015.1
[13]陈华南 《港珠澳大桥海中钢管复合桩施工技术》 《江西建材》2015.4
[14]文成海《硅烷浸渍在港珠澳大桥预制墩身的应用》 《工程技术》2015.6
[15]刘俊利、徐振山《港珠澳大桥钢管复合桩牺牲阳极保护施工技术》 《价值工程》2019.3