淺議海水環(huán)境下增強混凝土耐久性措施

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摘 要：在國內(nèi)海水環(huán)境下增強混凝土耐久性措施大致有五種：預(yù)應(yīng)力混凝土、高性能混凝土、內(nèi)摻鋼筋阻銹劑、涂料涂裝保護、涂層鋼筋等。針對這五種措施增強混凝土耐久性措施，結(jié)合工程應(yīng)用實例對其原理進行了分析，總結(jié)出其技術(shù)特點，為工程應(yīng)用提供指導和幫助。 
    關(guān)鍵詞：海水環(huán)境 混凝土 耐久性 措施 

    一、前言
    隨著水運工程技術(shù)的不斷發(fā)展，海水環(huán)境中碼頭的耐久性問題越來越受到研究人員的重視和關(guān)注。在海港環(huán)境中，砼腐蝕破壞主要表現(xiàn)為cl–的滲透導致鋼筋銹脹，進而引起砼開裂加速鋼筋銹蝕。因此，如何提高砼的抗氯離子滲透性，減小砼電通量，已經(jīng)成為提高砼抗腐蝕能力的關(guān)鍵問題[1],[2]。 
    二、增強混凝土耐久性措施 
    1、預(yù)應(yīng)力混凝土 
    預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件能有效地控制裂縫的產(chǎn)生，阻止“先裂后銹”和“銹裂互動”現(xiàn)象的發(fā)生和蔓延；且預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的保護層厚度、配合比、水灰比等參數(shù)指標的規(guī)范要求均高于其他鋼筋混凝土構(gòu)件。因此，相對而言，預(yù)應(yīng)力混凝土的質(zhì)量與耐久性優(yōu)于其他鋼筋混凝土。但是一旦預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件發(fā)生腐蝕與破壞后，由于不能大范圍鑿除已遭氯離子污染的混凝土，所以預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的可修復(fù)程度與修補效果均遠低于其他鋼筋混凝土構(gòu)件，目前通常采取整個構(gòu)件更換的方式。例如，在1990年投產(chǎn)的北侖二期集裝箱碼頭5#、6#泊位后方引橋的預(yù)應(yīng)力“T”型梁上，使用12年后亦發(fā)現(xiàn)諸多“銹斑”，說明其內(nèi)部鋼筋已開始銹蝕?？梢妴螒{設(shè)計采用預(yù)應(yīng)力混凝土措施，也不能很好的解決防腐蝕耐久性問題，必須多種技術(shù)措施并舉，聯(lián)合施治，方能達到耐久之目的。
    2、高性能混凝土  
    區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土以耐久性作為首要指標，可有重點地予以保證其耐久性、工作性、強度、體積穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性等。就海港碼頭工程而言，側(cè)重于高性能、抗?jié)B性、體積穩(wěn)定性、強度與優(yōu)良的抗沖擊疲勞性等。目前，國內(nèi)外海工高性能混凝土的研究與應(yīng)用方興未艾[3]。在荷蘭，對已使用3~63年的64座海工結(jié)構(gòu)（其中90%的結(jié)構(gòu)采用磨細礦渣混凝土）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)基本完好，氯離子擴散系數(shù)僅為普通混凝土的1/10~1/15。典型事例為東謝爾德?lián)醭遍l工程，其設(shè)計使用壽命是250年，80年不維修，其基本防腐措施就是采用水膠比為0.4的大滲量（65%）磨細礦渣混凝土。在英、美、加、日和中東等國家和地區(qū)，也都有類似的成功工程應(yīng)用實例。
    在我國，高效減水劑與粉煤灰雙摻技術(shù)，分別于1987年應(yīng)用于廈門高集跨海公路大橋和1997年應(yīng)用于廈門海滄大橋，在上海南浦大橋、楊浦大橋和黃浦江越江隧道等工程中，也得到了應(yīng)用。 
    國內(nèi)外有關(guān)實驗研究和工程實踐證明，養(yǎng)護對高性能混凝土的質(zhì)量和耐久性十分重要。常溫下養(yǎng)護不夠，對高性能混凝土的質(zhì)量與耐久性的影響程度有時甚至重于普通混凝土，因此，及時、充分地濕養(yǎng)護是其獲得高強度、低孔隙率和高抗氯離子擴散能力所必不可少的。據(jù)此，高性能混凝土十分適合養(yǎng)護條件優(yōu)良的專業(yè)性與預(yù)制場制作的構(gòu)件。而養(yǎng)護條件較差的現(xiàn)場現(xiàn)澆構(gòu)件，設(shè)計采用高性能混凝土時，除了采取調(diào)整相應(yīng)的技術(shù)措施外，尚需在現(xiàn)場配備專門的養(yǎng)護設(shè)施，確保不間斷濕養(yǎng)護14天～21天。另外高性能混凝土相對于普通混凝土在攪拌時間、震搗、拆模時間上都有區(qū)別，因此在高性能混凝土實施前需要根據(jù)其特點制定專門的質(zhì)量控制措施。
    3、內(nèi)摻鋼筋阻銹劑 
    海工混凝土中鋼筋的腐蝕，事實上是一種電化學腐蝕，其陰、陽極反應(yīng)都在鋼筋電解質(zhì)界面上發(fā)生，若能阻止其中任何一種界面反應(yīng)，就能抑制腐蝕。如果某種（或某些）化學物質(zhì)能夠優(yōu)先參與并阻止上述兩種或其中一種界面反應(yīng)，且能長期保持穩(wěn)定狀態(tài)，則用此類化學物質(zhì)就可有效地阻止鋼筋銹蝕，這種在混凝土拌制過程中摻加少量化學物質(zhì)（外加劑），通過影響上述界面電化學反應(yīng)來阻止鋼筋腐蝕的方法是簡便易行的，這種化學物質(zhì)（外加劑），對鋼筋而言，就是阻銹劑。按阻銹機理，可分為陽極型，陰極型和混合型三類；按材質(zhì)種類可分為有機類和無機類兩種。以往大規(guī)模工程應(yīng)用的亞硝酸鈣，屬陽極型阻銹劑。苯甲酸鈉、重鉻酸、氯化亞錫等也是陽極型阻銹劑。近來，開發(fā)了大量的有機類阻銹劑，以及有機胺鹽類與亞硝酸鈉的復(fù)合阻銹劑。
    1970年起我國在湛江浪濺區(qū)進行了為期10年的鋼筋混凝土試件暴露實驗，發(fā)現(xiàn)在水灰比大（0.65）、保護層薄（15mm）的試件中，內(nèi)摻占水泥用量2%的亞硝酸鈉，可使鋼筋銹積率從89%減少到3.5%，顯示出優(yōu)良的長期阻銹效果，鉀、鈉的重鉻酸鹽效果亦然。在山東三山島金礦工程和江蘇東臺縣方塘河擋潮閘等工程中，也有早期成功應(yīng)用的實例。2000年，在粵海通道瓊州海峽鐵路輪渡工程的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，成功地使用了GF——01型鋼筋阻銹劑重達近百噸。
    由上可見，內(nèi)摻亞硝酸鈣和復(fù)合型亞硝酸鈣鋼筋阻銹劑，是一種經(jīng)過長期試驗研究和工程實踐的經(jīng)濟實用的鋼筋保護措施。與預(yù)估鋼筋周圍混凝土中氯化物含量相比，通過對實際使用的水泥砂石料和拌合用水的試驗研究，確保小于一定值，就可使鋼筋長期處于鈍態(tài)。
    但是，當混凝土存在裂縫時，開裂處的鋼筋阻銹劑會否流失，若然，對阻銹效果的影響程度如何？人們對此心存疑慮。Berke用三點加荷法使裂縫寬度為0.25mm的裂縫達到試件的“全裂”與“半裂”，并用空白試件進行了為期30個月的加速試驗，結(jié)論是摻亞硝酸鈣的試驗梁中，鋼筋開始腐蝕的時間，是“全裂”的比“半裂”的早；同樣是“全裂”或“半裂”的試驗梁，與不裂的空白試驗件相比，摻亞硝酸鈣可顯著的推遲腐蝕起動時間與腐蝕效率。由此可見，使用亞硝酸鈣類阻銹劑時，首先應(yīng)控制開裂程度，尤其是對梁類構(gòu)件的受彎拉區(qū)域。因此，宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土來控制裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展，再用鋼筋阻銹劑抑制腐蝕，最后用具有一定彈性的涂層封閉涂裝，以起到協(xié)同保護作用。這時，鋼筋阻銹劑起到“拾遺補缺”和“消防隊員”的作用。