海水環境中混凝土結構防腐蝕耐久性設計

趙曉

【摘要】近20多年來，混凝土耐久性問題已發展成為國際混凝土研究領域中的最大熱點，特別是處于海水環境中的混凝土結構，因氯離子滲入引起鋼筋腐蝕而導致結構破壞非常普遍。據調查，我國60年代建的海港碼頭，10-20a的就發生鋼筋腐蝕破壞，比預期的使用期相差甚遠，從而導致維修費用大大提高，因此，如何解決海港工程混凝土結構耐久性問題，使工程達到預期的使用年限是當前迫切需要解決的課題。基于此，本文主要以某臨海建筑為例對海水環境中混凝土結構防腐蝕耐久性設計進行分析探討。

【關鍵詞】海水環境；混凝土結構；防腐蝕；耐久性設計

1、前言

海港混凝土結構由于環境對結構的影響及其相應的反應非常復雜，防腐蝕耐久性設計僅考慮如何提高混凝土質量是不夠的，必須包括結構的選型、構造、施工、使用、維護各個階段所涉及的防腐蝕問題。為使海港工程達到預期的使用年限，防腐蝕耐久性設計時，應遵守下列原則：應保證混凝土結構在設計工作壽命期的安全、正常使用功能及可接受的外觀，而不需支付過高的維修費用。混凝土應根據在建筑物上的部位所處的環境條件，采取不同的防腐蝕要求和措施。應針對結構預定功能和所處環境條件選擇合適的結構型式，合理的構造，護筋性良好的優質混凝土。對無掩護的海港工程或處于浪濺區的混凝土構件，宜采用高性能混凝土或同時采用特殊防腐蝕措施。

2、提高混凝土結構耐久性的一般設計原則

混凝土結構的腐蝕可分為混凝土本身的腐蝕破壞和混凝土中鋼筋的腐蝕破壞。混凝土的腐蝕破壞是由于混凝土直接曝露在自然環境和使用環境中，在各種外部物理、化學作用及材料內部的作用下，混凝土內的某些成分發生反應、溶解和膨脹，進而降低或失去自身工作能力，引起結構耐久性的失效。環境中的氯化物以水溶氯離子的形式通過擴散、滲透及吸附等途徑從混凝土構件表面向內部遷移，可引起混凝土內鋼筋的嚴重銹蝕，氯離子引起的鋼筋銹蝕難以控制，后果嚴重，因此混凝土結構耐久性設計極為重要。結構的耐久性是一項系統工程，需要先進的材料技術以及良好的施工工藝，同時材料的生產技術也至關重要，而合理的結構設計可以有效保證結構的耐久性，一般可按如下原則：

（1）采用的結構類型、結構布置和結構構造應盡可能有利于阻擋或減輕環境對結構的作用。

（2）選用質量穩定并有利于改善混凝土密實性和抗裂性的水泥和骨料等原材料；盡可能降低混凝土的拌和水用量與水膠比，并在混凝土組成中摻入適宜的礦物摻和料、高效減水劑和引氣劑。

（3）增加鋼筋的混凝土保護層厚度。

（4）注重防、排水和密封等構造措施，盡可能避免水和氯鹽等有害物質接觸混凝土表面，盡可能防止混凝土在使用過程中遭受干濕交替。

（5）從混凝土耐久性出發，提出混凝土施工質量的要求，特別是混凝土養護的溫度、濕度控制。

（6）對于嚴重環境作用等級下的重要工程，宜采取多重防護對策，即綜合采用多種防護措施。

（7）在配筋設計中，應在增加保護層厚度與控制構件開裂之間尋求一個平衡點，使鋼筋保護層在不開裂的情況下最大程度地發揮其護筋作用。

3、海水環境中混凝土結構防腐蝕耐久性設計

3.1高性能混凝土

本工程對底板及擋土墻混凝土提出了摻用磨細礦渣粉及摻與所用水泥相匹配的高效減水劑來提高混凝土耐久性。高性能混凝土就是以一定的新材料配制技術以及良好的生產、澆搗和養護技術，達到高工作性、高強度以及高耐久性，主要方法是通過摻用活性礦物摻合料（粉煤灰、磨細礦渣粉、硅粉等），提高混凝土的性能，有效阻止氯離子的滲入，從而達到有效保護鋼筋的目的。高性能混凝土與普通混凝土的區別在于其將高工作性、高強度、高耐久性集于一身。雖然強度與耐久性有一定的相關性，但它又區別于高強混凝土，其特點在于不追求過高的強度，而把耐久性特別是高抗氯離子滲透性能放在首位。

3.2增加混凝土保護層厚度

外墻及底板與土接觸側混凝土保護層厚度根據規范取40mm，同時裂縫計算寬度限值取0.2mm，可有效地減少氯離子的破壞作用。一般處于有氯鹽存在的環境中的混凝土，其表面12mm深度內的氯離子濃度遠高于25～50mm深度范圍，因此對氯鹽環境下的混凝土結構增加混凝土保護層厚度是提高耐久性的一項非常有效的措施。

3.3鋼筋混凝土構件外施用涂料或裹覆

車庫結構底板施工前，在墊層面涂2mm厚聚氨酯防水涂料（多遍成活）和0.5mm厚塑料膜保護層，可起到防水與保護混凝土的作用。在混凝土構件外表面施用各類涂料，如封閉型和滲透型涂料。或采用纖維增強材料等直接裹覆，可在其使用壽命內有效隔離氯離子的滲透。

3.4混凝土中摻用阻銹劑

鋼筋阻銹劑是指加入混凝土中能阻止或減緩鋼筋腐蝕的化學物質，旨在改善和提高鋼筋的防腐蝕能力，且對混凝土其他性能無不良影響的外加劑。鋼筋阻銹劑的作用原理為：

（1）陽極型：混凝土中鋼筋腐蝕通常是一個電化學過程。凡能夠阻止或減緩陽極過程的物質被稱作陽極型阻銹劑。典型的化學物質有鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鉬酸鹽等。它們能夠在鋼鐵表面形成“鈍化膜”；

（2）陰極型：通過吸附或成膜，能夠阻止或減緩陽極過程的物質。如鋅酸鹽、某些磷酸鹽以及一些有機化合物等。這類物質雖然沒有“危險性”，但單獨使用時，其效能不如陽極型明顯；

（3）混合型：將陰極型、陽極型、提高電阻型、降低氧的作用等多種物質合理配搭而成的阻銹劑。

3.5混凝土中鋼筋使用陰極保護

混凝土中鋼筋使用陰極保護可有效降低鋼筋的腐蝕速率，通常在鋼筋開始銹蝕后啟用。以上是提高海洋工程混凝土結構耐久性的常用手段，國內對上述各類技術進行了大量研究，在實際工程中，僅靠一種技術常常是達不到所需要的耐久性要求的。根據理論研究，將幾種耐久性技術合理結合，才可產生極好的效果。

4、結語

目前，結構耐久性問題正引起越來越多的關注，隨著有關研究的逐步深入和更多的工程實踐，結構耐久性問題必能得到更好的解決，并為國民經濟的可持續發展做出貢獻。

參考文獻：

[1]邸小壇，李明，孟玉潔.混凝土結構耐久性設計規范簡介[J].建筑科學，2011（6），第27卷增刊-1，57-58.

[2]李化建，謝永江.鐵路混凝土結構耐久性設計規范內容簡介[J].鐵道標準設計，2011（8）：94-96.