在地下水氯化物腐蚀严重的环境下,海底隧道的最佳防腐设计是什么?海洋、防腐、材料专家一致认为:钢筋涂上环氧粘合料合理选择。
调查资料表明,地层中的碳化作用、细菌、硫酸盐侵蚀、(衬砌表面水泥的)集料的碱化反应、地层里偶然出现的间层和感应电流的侵蚀等,都是潜在的腐蚀因素。而氯化物对钢筋的腐蚀,对大海峡隧道衬砌是一个最严重的风险。面临地下水的氯化物严重和静水压力甚大的状况,至少要用高密度不渗透的预制混凝土管片。在这样不利的地层下施工,还要采取其他保护措施,包括高质量的环向注浆加固层和整环接缝的密封垫片。但对衬砌的进一步保护,仍然需要依靠混凝土管片自身耐用性的提高。可选用的方法是增加钢筋保护层和混凝土施工掺合料,同时用镀锌和不锈钢钢筋以及阴极保护。阴极保护的现行技术还不能充分确保数千米长的隧道衬砌,反而会造成钢筋骨架分离。因而,用于阴极保护的设备装置还须进一步研制。
钢筋上涂环氧粘合料则能起到十分好的作用,且施工简便。经对衬砌的2个保护系统进行了测试,发现大多数有效的防腐方法,是在管片的背面应用涂膜和使用涂在钢筋上的环氧粘合料(BECR)。在受控状态下钢筋施受涂膜,并埋置在混凝土里。钢筋施受涂膜在隧道施工中具有不易损坏的优点,而管片上的涂膜易遭损坏。在钢筋上涂膜环氧树脂层的方案成本低,受益率高。富有成功经验的丹麦MT财团也选择了这个方案,他们在著名的斯多贝尔特大海峡东面航道隧道衬砌的防腐,就采用了在钢筋上涂上环氧粘合料的方法。
尽管斯多贝尔特大海峡隧道所处的地质环境条件很差,仍然要求隧道能使用10O年。设计者利用模型对防腐工艺进行了研究,认识到腐蚀通常有4种机理:钢筋锈蚀,碱一硅反应,化学反应(如酸化),冻融引起管片爆裂,影响以上因素的最重要的参数是水和盐。对管片的具体不利影响因素有:隧道处于侵蚀性的地质环境中,地下水含有C1-19.000ppm、SO42-:1.900ppm,地下水的最高压力可达0.8Mpa。隧道衬砌内充满着温热、潮湿和有害气体(包含柴油烟),随着压力和气体流动而受到侵蚀作用。
根据研究,采取的衬砌综合防腐措施有:在隧道外侧形成环形注浆区,以阻止氯、酸的侵入;采用高强度、密实混凝土管片和接缝防水密封条,以保证隧道衬砌不漏水;对钢筋笼浸以环氧树脂,形成环氧涂层;在管片中布置了测试腐蚀情况的传感器、根弦式应变传感器和振弦式孔隙水压计。