本文摘要：摘要:为有效解决变电站户外构支架耐久性修复加固问题，工程中出现了新技术模式、整体加固、综合技术、系统修复方案、成套技术等解决方法，提升了耐久性修复加固效果。本文针对沿海地区变电站户外构支架耐久性面临的环境作用确定、耐久性缺陷与损伤的检测鉴定
摘要:为有效解决变电站户外构支架耐久性修复加固问题，工程中出现了新技术模式、整体加固、综合技术、系统修复方案、成套技术等解决方法，提升了耐久性修复加固效果。本文针对沿海地区变电站户外构支架耐久性面临的环境作用确定、耐久性缺陷与损伤的检测鉴定、修复与加固标准和依据三个方面技术问题，分析了存在的对多种不利环境因素耦合缺乏考虑、既有混凝土构件外观缺陷与损伤和钢筋锈蚀检测鉴定不够以及耐久性修复加固技术缺乏依据和针对性不足等问题，提出了制订变电站户外构支架混凝土耐久性修补及防护的技术标准、开展户外构支架混凝土耐久性研究等解决对策。
关键词:沿海地区;户外构支架;混凝土耐久性;修复加固
0引言
既有的沿海地区变电站户外构支架很多都是400、300非预应力等径离心钢筋混凝土环形杆(图1)。这些既有混凝土构支架的耐久性损伤比较普遍，需要针对构支架所处环境条件、混凝土构支架构件的状态和危及混凝土构支架的性能指标以及程度等进行耐久性修复加固[1]。
过去在湛江、广州等地区的调查研究中发现，采用单一的有机化学防渗防腐材料对变电站构支架进行防腐补强处理，经2～3年的露天风雨后以失败告终[2]。采用玻璃丝布、环氧树脂、钢筋网抹水泥砂浆等修补加固，2～3年后也同样出现破损失效[3]。涂抹修复砂浆的也是仅能解决一时的 问题[4]。而碳纤维加固会老化脱落[5]。山东沿海的一些钢筋混凝土公路桥投入使用10年左右，混凝土就出现严重的损伤开裂、钢筋严重锈蚀、保护层剥落，而维修加固2～3年后仍出现腐蚀破坏[6]。
混凝土论文： 大体积混凝土施工中的裂缝分析及防控措施分析
为此，有人提出了全新的技术模式:一是防腐处理，将表面浮层腐蚀体凿除、除锈、冲洗干净后刷环氧富锌防腐层，表面用高效防渗砂浆找平修补，外表涂刷高强防渗层形成防腐膜;二是包裹式防渗防腐处理，以高强防渗混凝土包裹成裹体结构，对裹体表面粉刷高强防渗浆。在深圳一些变电站中这种技术模式取得了较好效果[2]。
采用高渗防水剂、高分子裂缝灌浆料和高强微膨修复料等修补不同宽度的裂缝，用界面剂、高强微膨修补材料、聚合物砂浆修补材料等进行修补、修复加固，采用环向围束法粘贴碳纤维布的方法进行加固，用高分子织物膜、混凝土保护胶等对构支架进行整体加固和防护，在广东几个变电站实施近3年后效果良好[7]。还有工程采用高渗防水剂或高分子灌浆料封堵裂缝，也有工程按剔除剥落混凝土、基面清理、化学清洗、刷界面剂、复合材料修复找平、粘贴碳纤维布加固、外表面涂刷高分子织物膜和巴氏防护胶的流程进行综合修复加固[4]，以及开发高分子灌浆材料、高强聚合物砂浆修补、碳纤维布加固、高分子织物膜防护的加固补强防护成套技术[3]。
采取粘贴碳纤维布、涂刷混凝土保护剂、植入高强度化学锚栓等加固维护方式在温州变电站操作天桥加固补强中表现出良好的实用性、安全性和可操作性[8]。陈明等提出了一套系统的修补工艺，即打磨、钢筋除锈、涂刷钢筋防腐阻锈剂、涂刷界面剂、用修补砂浆修补、涂刷混凝土保护料，并进行了试验论证[5]。这些修复加固的新技术模式、整体加固、综合技术、系统修复方案、成套技术等都体现了从整体方法论角度研究改善混凝土结构耐久性的有效性[9]，运用整体方法论可正确理解混凝土破坏机理并指导混凝土修补的设计与施工[10]。从整体方法论出发，解决耐久性面临的技术问题和提出解决对策，从而协调缺陷修补、损伤修复、加固以及防护需要，满足非预应力等径离心钢筋混凝土环形杆修复加固以及后续使用年限要求是解决混凝土耐久性的有效途径。
1沿海地区变电站户外构支架耐久性面临的技术问题
沿海地区户外构支架所处环境往往是多种不利因素交织，既有混凝土构支架存在混凝土破损和钢筋锈蚀等多方面耐久性缺陷，以及修复加固需要满足安全或正常使用、抗震及耐久年限等多项要求，这些构成了修复加固需要协调处理的三个方面问题[1]。
依据这三个方面的问题，按现行的有关技术规范对照考查，沿海地区变电站户外构支架耐久性面临着三个主要问题:一是环境作用的确定不符合电力行业变电站的实际情况;二是针对沿海地区电力行业变电站构支架耐久性缺陷与损伤的检测鉴定没有适合的标准;三是沿海地区电力行业变电站的修复和加固没有适应的标准和依据。
1.1环境作用的确定
《混凝土结构耐久性设计标准》(GB/T50476—2019)[11]的环境类型没有涉及沿海地区变电站户外构支架面临的高温、高湿、盐雾、太阳辐射、雨淋、大气污染物以及杂散电流等各种不利影响因素及其交织情况。从实际工程的损坏现状和钢筋锈蚀程度看，技术标准对环境的不利影响明显考虑不足，设计时缺乏加强的技术依据。
其他行业的有关标准，如《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTG/TB07-01—2006)[12]、《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB10005—2010)[13]、《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTJ275—2000)[14]、《工业建筑防腐蚀设计标准》(GB/T50046—2018)[15]等也没有切合的环境类型可以依据参照。而实际上多种不利环境因素交织对于新建的变电站户外构支架以及设备等同样也是一个问题，为解决此问题，需要考虑现有规范标准的不足，提出有针对性的对策，这也符合《混凝土结构耐久性设计标准》(GB/T50476—2019)[11]的编制要求，即环境作用下的耐久性有较大的不确定性和未确知性，根据具体环境特点与工程情况，要研究和制订相应的技术标准，电力行业的这种环境和土建结构特点显得尤为突出。
大气露天环境要考虑干湿交替、酸雨、工程的地理位置，结构所处的周边环境中侵蚀性气体如二氧化硫、酸雾、二氧化碳的影响范围及程度等，沿海大气环境与离海岸线距离、盐雾程度、当地的炎热程度、风向、地貌、既有工程是否直接面海和迎风，以及构件所处工作环境的年平均温度、年平均湿度，温度、湿度变化和干湿交替情况等。所以，沿海的大气环境作用应该考虑Cl-的沉降率、相对湿度、相对湿度大于80%的天数等，沿海环境作用的分类分级应该采用地理位置描述、环境因素、建筑因素相结合的方法[16]。混凝土在力学因素和环境因素双重或多重因素耦合作用下的复杂的损伤叠加与交互作用过程是引起混凝土耐久性下降和服役寿命缩短或过早退出服役的根本原因[17]。
考虑不同因素作用相互耦合才可以更准确地确定结构剩余寿命[18]。将沿海地区高温、高湿、盐雾、太阳辐射、雨淋、大气中污染或腐蚀物以及杂散电流等环境因素的多重因素耦合作用进行科学分类分级，才可以解决好沿海地区变电站构支架混凝土的耐久性问题。
1.2耐久性缺陷与损伤的检测鉴定
《既有混凝土结构耐久性评定标准》(GB/T 51355—2019)[19]主要针对普通混凝土结构，《混凝土耐久性检验评定标准》(JGJ/T193—2009)[20]适用于建筑与市政工程中混凝土耐久性的检验与评定，《混凝土结构耐久性评定标准》(CECS220:2007)[21]适用于既有房屋、桥梁和一般构筑物的混凝土耐久性评定，是一个可以参照的标准。而《工业厂房可靠性鉴定标准》(GBJ144—90)[22]没有包括电力行业变电站构支架结构，只有《构筑物抗震鉴定标准》(GB50117—2014)[23]中包括电力行业变电站结构。
这就使得混凝土耐久性缺陷与损伤检测鉴定中没有变电站结构需要的使用环境、腐蚀原因、混凝土外观状况、混凝土质量、构件损伤程度的全面调查和检测，从而使得修复加固设计缺乏直接依据，因为修复与防护设计需要环境作用等级、耐久性损伤原因及类型等作为依据才可以制定相应的设计方案。目前只能按照建筑工程标准实施，而鉴定实际上依据的是工业厂房，这和变电站结构完全不同。
混凝土耐久性检测需要依据《建筑结构检测技术标准》(GB/T50344—2019)[24]和《混凝土结构现场检测技术标准》(GB/T50784—2013)[25]的规定及与混凝土结构耐久性现状密切相关的因素，如外观缺陷与损伤、几何尺寸参数、保护层厚度、混凝土抗压强度、钢筋锈蚀等，具体指标如混凝土中氯离子含量及分布、碳化深度、含水率、渗透性、抗硫酸盐侵蚀深度、保护层厚度以及钢筋的剩余直径、蚀坑深度、长度及锈蚀物的厚度等。
混凝土外观缺陷与损伤以及有关检测包括:表面的干湿状态、有无污垢;外观损伤的类型、范围、分布;裂缝的位置、类型、宽度、深度、长度;分层、疏松、起皮等损伤的区域、深度、面积;剥落和凸起的数量、大小、深度;蜂窝、狗洞的位置、大小、数量;锈斑或腐蚀侵蚀、磨损、撞损、白化;钢筋外露、翘曲和扭曲、先前的局域修补或其他修补、构件所 处环境、服役环境中侵蚀性介质、混凝土中性化程度等。特别是裂缝成因、裂缝稳定状态的判定和环境侵蚀损伤的侵蚀源、侵蚀程度和侵蚀速度检测，这些与耐久性修复和加固措施密切相关。
比较有针对性的标准是《福建省混凝土结构耐久性现场检测与评定技术规程》(DBJ/T13-190—2014)[26]，对使用环境调查和不同环境作用下混凝土和钢筋的耐久性现状检测都提出了具体要求。耐久性评定涉及剩余耐久年限，需要进行每类环境单独作用下的耐久性评定和多环境耦合作用下的耐久性评定，所以环境因素双重或多重因素耦合作用的判断和模拟尤为关键。变电站构支架混凝土环形杆的耐久性检测鉴定的不足也体现在现有构件出厂检验上，目前基本都是受力性能检验，没有耐久性方面的性能检测。
2变电站户外构支架耐久性的解决对策
从变电站户外构支架混凝土构件面临的多种不利环境因素交织，既有混凝土构支架存在的外观缺陷、损伤和钢筋锈蚀以及耐久性修复加固技术问题可以看出，有必要采取如下的一些解决对策:
一是研究和制订变电站户外构支架混凝土耐久性修补及防护的技术标准。电力行业的变电站大部分处于单独的野外环境，沿海地区由于城市密集用电需求大其分布更是众多和广泛。由于用电压力大、用地受限，变电站很难重建和改建，这对其维护和修复加固提出了更迫切的需要，同时一些新建变电站采用的钢筋混凝土环形杆也需要补充耐久性检测，避免出现类似问题。所以尽早开展户外构支架混凝土耐久性修补及防护的技术标准研究制订是非常必要的，如检测项目要满足后续修复加固的需要、修复加固设计要针对混凝土环形杆和耐久性要求、材料选用和施工适合变电站的现场要求等，用专门的技术标准协调解决特殊的环境和土建结构特点显得尤为突出。二是有针对性地开展户外构支架混凝土耐久性的研究。修复和加固技术要根据耐久性调查与检测结果、目标使用年限、技术措施的可行性、维护管理要求、经济性等因素进行选择确定，然后进行设计和施工。
沿海地区变电站面临的多种不利环境因素作用，专门的钢筋混凝土环形杆构件，以混凝土外观缺陷、损伤和钢筋锈蚀为主，以及目标使用年 限较短等构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、维护作业工期和现场施工条件限制都需要满足。这些问题严重制约变电站结构的修复加固，也给新建变电站结构留下隐患，需要进行相应的研究。所以，尽管混凝土结构耐久性的设计、检测评价和修复加固都有了基本的标准，但如何解决电力行业混凝土耐久性的特殊性和限制条件，需要有特定的技术方案和措施，并有针对性地开展研究。
3结论
变电站户外混凝土构支架特殊的环境条件和使用状态决定了其耐久性检测、鉴定和修复加固需要更有针对性。过去的工程和研究中提出的新技术模式、整体加固、综合技术、系统修复方案、成套技术等解决方法需要结合环境作用确定、耐久性缺陷与损伤的检测鉴定、修复和加固的标准和依据三个方面进行系统研究总结，针对存在的多种不利环境因素耦合、构件外观缺陷与损伤、修复加固技术等问题开展户外构支架混凝土耐久性研究，制订相应的变电站户外构支架混凝土耐久性修补及防护的技术标准，以有效应对电力行业混凝土耐久性的特殊性和修复加固的客观条件。
参考文献:
[1]杨迪珊，林锡，石建光，等.沿海地区变电站户外混凝土构支架的耐久性损伤和修复加固研究综述[C]//中冶建筑研究总院有限公司.2020年工业建筑学术交流会论文集:上册.北京:工业建筑杂志社，2020.
[2]邹崇献.变电站户外构支架腐蚀机理研究及防腐补强措施[J].工业建筑，2006(11):111-114.
[3]王佩琼，金硕明，汤跃超.现代技术在高压输变电钢筋混凝土架构加固补强防护中的应用[J].电网技术，2004(24):81-84.
作者：杨迪珊1，严通煜1，程诺1，石建光2
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