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(dǎo)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(dǎo)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(biāo)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(biāo)，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?xí)r，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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)物質(zhì)（外加劑），通過影響上述界面電化學(xué)反應(yīng)來阻止鋼筋腐蝕的方法是簡便易行的，這種化學(xué)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�。�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(dāng)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。

　　同時，未裂試件室內(nèi)加速浸烘試驗表明，采用高性能混凝土和普通混凝土內(nèi)摻鋼筋阻銹劑相比，在浸烘16個周期后，鋼筋銹蝕面積率和鋼筋周圍氯離子含量相當(dāng)，采用鋼筋阻銹劑試件的鋼筋銹蝕失重率是采用高性能混凝土試件的3倍左右，可見，僅靠內(nèi)摻鋼筋阻銹劑的防腐蝕效果還是有限的。

　　4.涂料涂裝保護

　　混凝土表面實施涂料涂裝保護，可阻止或減緩環(huán)境介質(zhì)中氯離子的侵入，也起到裝飾效果。但必須解決涂層中的耐堿性和附著力等兩方面的問題、受陽光直射部位表面的耐光老化問題、以及潮濕表面實施時的濕固化與濕面附著力問題。

　　底層涂料（封閉漆），應(yīng)具有低粘度和高滲透能力，能滲透到混凝土內(nèi)起到封閉孔隙和提高后續(xù)涂層附著力的作用，是混凝土表面涂裝保護的關(guān)鍵和質(zhì)量控制步驟。就耐堿性而言，樹脂優(yōu)于環(huán)氧樹脂，耐堿性好的封閉漆有利于涂層長期附著性能。國內(nèi)海港碼頭工程中使用涂層保護的工程實例已較多，但尚未很好解決底漆的滲透與附著力問題。早期部分工程在使用幾年后，就出現(xiàn)涂層的析堿、開裂乃至脫落問題。

　　南京水利科學(xué)研究院分別于1997年和1999年，對海軍獺山驅(qū)逐艦碼頭約13000m²和北侖港區(qū)2.5萬噸級礦石裝船碼頭約1200m²構(gòu)件表面，實施了FH系列的呋喃改性環(huán)氧封閉底漆+環(huán)氧煤瀝青中間漆與面漆的涂裝保護。涂層性能檢驗結(jié)果表明，涂層附著力（拉開法）≥混凝土本體抗拉強度，通常達到2.0Mpa左右；呋喃改性環(huán)氧封閉底漆的滲透深度達1-3mm；抗氯離子滲透試驗表明，未發(fā)現(xiàn)任何脫落與開裂現(xiàn)象。

　　由上可見，海港工程鋼筋混凝土中實施涂料涂裝保護是一種經(jīng)濟實用的防腐蝕技術(shù)措施。但涂裝質(zhì)量的控制十分關(guān)鍵，一旦局部存在各種缺陷與針孔被氯離子突破，則在一定范圍內(nèi)涂層的封閉保護作用將會喪失。潮濕面涂裝時，設(shè)計選材十分關(guān)鍵，因為任何一種封閉底漆在干燥面與潮濕面的附著力存在明顯的差別，所以，必要時需輔以其他措施提高構(gòu)件表面的干燥程度。另外，目前市售涂料品種，均不能有效地克服活動性裂縫，除非是專項設(shè)計生產(chǎn)的彈性涂層。因此，實施涂料涂裝的鋼筋混凝土構(gòu)件，首先必須進行控裂設(shè)計，至少達到構(gòu)件在不同工況條件下，受拉彎區(qū)裂縫的縫寬基本不變，以確保涂層保護的效果。再者，預(yù)制件采取岸上涂裝封閉，則存在吊運安裝過程中局部損壞和現(xiàn)場補口問題；現(xiàn)澆構(gòu)件則存在減少海水初期污染和涂裝時機問題；此外涂層設(shè)計使用年限通常只有10到15年，受陽光直射部位的面漆耐紫外線老化設(shè)計年限通常不到10年，屆時，后繼防腐技術(shù)措施如何，兩者的匹配性如何等問題，這些在設(shè)計或組織實施中，均應(yīng)充分考慮。

　　5.涂（鍍）層鋼筋

　　海水環(huán)境中的氯鹽對不受凍地區(qū)的素混凝土而言是無害的，腐蝕破壞是通過對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕銹脹實現(xiàn)的。因此，若將鋼筋表面預(yù)先實施一層不腐蝕或耐腐蝕的涂（鍍）層來阻擋或隔離氯離子的侵蝕，是最為直接的技術(shù)措施，涂鍍層鋼筋目前主要有環(huán)氧涂層鋼筋和熱鍍鋅鋼筋兩種。

　　從1970年起，美國聯(lián)邦公路管理局（FHWA）針對撒除冰鹽引起高速公路橋梁異常嚴重的鋼筋腐蝕破壞問題，委托起國家標(biāo)準局（NSA）的研究人員，經(jīng)過歷時3年的試驗研究，從56種聚合物涂層中篩選出一種最理想的靜電噴涂環(huán)氧粉末涂層鋼筋，又名環(huán)氧涂層鋼筋（EBAR）。至1991年，EBAR已占其鋼筋總用量的5%.但在1988年，在腐蝕環(huán)境較為惡劣的美國佛羅里達州Keys地區(qū)的兩座使用EBAR跨海大橋上，僅使用4-6年就出現(xiàn)了異常嚴重的腐蝕破壞，并進行了專項調(diào)查研究。加拿大公路戰(zhàn)略研究計劃對19座采用EBAR結(jié)構(gòu)調(diào)查與研究表明，19座結(jié)構(gòu)中，有5座在使用8年就發(fā)生了鋼筋腐蝕引起的破壞。其主要原因是涂層質(zhì)量，尤其是彎曲部位涂層質(zhì)量問題，以及吊裝儲運過程中局部破損與現(xiàn)場補口問題等。對是否繼續(xù)采用EBAR，國際上目前仍有爭議，有的認為不宜使用；但另一些人認為只要提高質(zhì)量標(biāo)準，加強全過程監(jiān)控，仍不失為鹽污染環(huán)境中一種提高性能的有效措施。

　　我國目前已有EBAR的專業(yè)廠家，在上海寶鋼所屬的馬跡山礦石中轉(zhuǎn)碼頭上曾大規(guī)模使用，并已制定了相應(yīng)的規(guī)范條款�；�于在數(shù)量龐大的鋼筋及鋼筋籠的儲運、安裝和綁扎過程中，不允許存在任何隱患與缺陷，否則就會局部顯著的加劇鋼筋腐蝕，最終導(dǎo)致混凝土保護層開裂使EBAR遭受進一步的腐蝕。因此，必須慎用。何況其造價是普通鋼筋的1.5倍以上，再加上專門的長途儲運費用和增加用筋的費用等，其經(jīng)濟優(yōu)勢不明顯。再有，在達到設(shè)計使用年限后，后繼的修復(fù)變得十分困難。

　　鍍鋅鋼筋作為一種經(jīng)濟有效的護筋措施，有資料介紹始于二十世紀30年代，但工程實踐表明，處于海洋環(huán)境中的結(jié)構(gòu)，并不一定能夠提供長期可靠的保護。鋼筋鍍鋅層有兩種，一種是在不含硅的鋼上迅速冷卻，其表面存在一層有一定厚度的純鋅層，稱為光亮的熱浸鍍鋅層（簡稱光亮鍍鋅層）；另一種是含硅的鋼在熱浸鋅后緩慢冷卻，使純鋅層過多的消耗轉(zhuǎn)化為ζ鋅/鐵層，使純鋅層很薄，失去光澤，稱為灰鋅鍍層。由于鋅是一種兩性金屬，當(dāng)pH值小于6或大于13時，都會發(fā)生反應(yīng)而遭腐蝕；在兩值之間時，因鋅腐蝕產(chǎn)物使表面密封而受到保護。鍍鋅鋼筋澆筑到混凝土中后，鋅與混凝土中堿性組份間的反應(yīng)，在混凝土硬化后就停止。

　　目前，鍍鋅層的性質(zhì)及其微觀結(jié)構(gòu)對鍍鋅鋼筋在混凝土中腐蝕行為的影響，已得到了廣泛的研究。結(jié)果表明：

　　為了使鍍鋅層鈍化，表明具有足夠的純鋅儲備是重要的，亦即光亮鍍鋅層的性能明顯優(yōu)于灰鍍鋅層；

　　相對而言，鍍鋅層去鈍化的氯離子濃度比普通鋼的高出2.5倍以上；

　　若混凝土質(zhì)量較差，環(huán)境腐蝕條件惡劣，則整個鍍鋅層在使用期內(nèi)衰減得很多，壽命很短，不足以提供長期保護的效果。反之，若混凝土質(zhì)量較高，環(huán)境侵蝕性較弱，則鍍鋅層可顯著的提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

　　總之，光亮鍍鋅層可延長鋼筋的使用壽命，但在海水環(huán)境中，若混凝土質(zhì)量較差，則作用甚微。

　　三、幾種方案優(yōu)缺點比選

　　預(yù)應(yīng)力混凝土施工操作方便，工藝成熟。與普通混凝土比耐久性性較好。

　　腐蝕破壞后修補困難。

　　高性能混凝土

　　1、有一定的技術(shù)保障，且有成功實例；

　　2、混凝土的耐久性顯著提高并具有良好的工作性能；

　　3、尤其適用于海水環(huán)境。

　　對施工場地要求高，必須確保養(yǎng)護時間大于15天；

　　在施工前須做配合比實驗，并做大小樣澆注試驗，需要和一定的人力財力和時間。

　　阻銹劑可有效地阻止鋼筋銹蝕

　　1、增加費用較多；

　　2、對砼結(jié)構(gòu)要采取一定的限裂措施。

　　涂料涂裝保護

　　1、經(jīng)濟合理；

　　2、技術(shù)成熟；

　　3、對氯離子滲透起到一定延緩作用。

　　涂料耐久性差；

　　質(zhì)量控制要求高。

　　涂層鋼筋從根本上解決鋼筋防腐大大提高建筑物的使用年限

　　1、施工要求高，不允許鋼筋涂層出現(xiàn)局部破損，否則會加劇鋼筋局部腐蝕；

　　2、大大提高工程造價涂層鋼筋是普通鋼筋造價的1.5倍。

　　四、結(jié)語

　　由上述分析可見，預(yù)應(yīng)力混凝土的防裂性好，高性能混凝土抗氯離子滲透能力強，而內(nèi)摻鋼筋阻銹劑、采用涂（鍍）層鋼筋和表面涂層方案均有防腐蝕效果及其耐久性不足等局限性。因此，各種防腐蝕技術(shù)措施各有特點，適用場合有異，必須針對實際情況，采用多技術(shù)措施并舉，聯(lián)合施治的方式，方能最大限度的實現(xiàn)科學(xué)合理、經(jīng)濟耐久的防腐蝕耐久性設(shè)計。

　　參考文獻

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　　[2] 吳中偉，廉慧珍。高性能混凝土。中國鐵道出版社。1999年。

　　[3] 孫正平，張冠倫。高性能混凝土的研究�；炷�土 1996轉(zhuǎn)