海水环境中混凝土结构防腐蚀耐久性设计

赵晓

【摘要】近20多年来，混凝土耐久性问题已发展成为国际混凝土研究领域中的最大热点，特别是处于海水环境中的混凝土结构，因氯离子渗入引起钢筋腐蚀而导致结构破坏非常普遍。据调查，我国60年代建的海港码头，10-20a的就发生钢筋腐蚀破坏，比预期的使用期相差甚远，从而导致维修费用大大提高，因此，如何解决海港工程混凝土结构耐久性问题，使工程达到预期的使用年限是当前迫切需要解决的课题。基于此，本文主要以某临海建筑为例对海水环境中混凝土结构防腐蚀耐久性设计进行分析探讨。

【关键词】海水环境；混凝土结构；防腐蚀；耐久性设计

1、前言

海港混凝土结构由于环境对结构的影响及其相应的反应非常复杂，防腐蚀耐久性设计仅考虑如何提高混凝土质量是不够的，必须包括结构的选型、构造、施工、使用、维护各个阶段所涉及的防腐蚀问题。为使海港工程达到预期的使用年限，防腐蚀耐久性设计时，应遵守下列原则：应保证混凝土结构在设计工作寿命期的安全、正常使用功能及可接受的外观，而不需支付过高的维修费用。混凝土应根据在建筑物上的部位所处的环境条件，采取不同的防腐蚀要求和措施。应针对结构预定功能和所处环境条件选择合适的结构型式，合理的构造，护筋性良好的优质混凝土。对无掩护的海港工程或处于浪溅区的混凝土构件，宜采用高性能混凝土或同时采用特殊防腐蚀措施。

2、提高混凝土结构耐久性的一般设计原则

混凝土结构的腐蚀可分为混凝土本身的腐蚀破坏和混凝土中钢筋的腐蚀破坏。混凝土的腐蚀破坏是由于混凝土直接曝露在自然环境和使用环境中，在各种外部物理、化学作用及材料内部的作用下，混凝土内的某些成分发生反应、溶解和膨胀，进而降低或失去自身工作能力，引起结构耐久性的失效。环境中的氯化物以水溶氯离子的形式通过扩散、渗透及吸附等途径从混凝土构件表面向内部迁移，可引起混凝土内钢筋的严重锈蚀，氯离子引起的钢筋锈蚀难以控制，后果严重，因此混凝土结构耐久性设计极为重要。结构的耐久性是一项系统工程，需要先进的材料技术以及良好的施工工艺，同时材料的生产技术也至关重要，而合理的结构设计可以有效保证结构的耐久性，一般可按如下原则：

（1）采用的结构类型、结构布置和结构构造应尽可能有利于阻挡或减轻环境对结构的作用。

（2）选用质量稳定并有利于改善混凝土密实性和抗裂性的水泥和骨料等原材料；尽可能降低混凝土的拌和水用量与水胶比，并在混凝土组成中掺入适宜的矿物掺和料、高效减水剂和引气剂。

（3）增加鋼筋的混凝土保护层厚度。

（4）注重防、排水和密封等构造措施，尽可能避免水和氯盐等有害物质接触混凝土表面，尽可能防止混凝土在使用过程中遭受干湿交替。

（5）从混凝土耐久性出发，提出混凝土施工质量的要求，特别是混凝土养护的温度、湿度控制。

（6）对于严重环境作用等级下的重要工程，宜采取多重防护对策，即综合采用多种防护措施。

（7）在配筋设计中，应在增加保护层厚度与控制构件开裂之间寻求一个平衡点，使钢筋保护层在不开裂的情况下最大程度地发挥其护筋作用。

3、海水环境中混凝土结构防腐蚀耐久性设计

3.1高性能混凝土

本工程对底板及挡土墙混凝土提出了掺用磨细矿渣粉及掺与所用水泥相匹配的高效减水剂来提高混凝土耐久性。高性能混凝土就是以一定的新材料配制技术以及良好的生产、浇捣和养护技术，达到高工作性、高强度以及高耐久性，主要方法是通过掺用活性矿物掺合料（粉煤灰、磨细矿渣粉、硅粉等），提高混凝土的性能，有效阻止氯离子的渗入，从而达到有效保护钢筋的目的。高性能混凝土与普通混凝土的区别在于其将高工作性、高强度、高耐久性集于一身。虽然强度与耐久性有一定的相关性，但它又区别于高强混凝土，其特点在于不追求过高的强度，而把耐久性特别是高抗氯离子渗透性能放在首位。

3.2增加混凝土保护层厚度

外墙及底板与土接触侧混凝土保护层厚度根据规范取40mm，同时裂缝计算宽度限值取0.2mm，可有效地减少氯离子的破坏作用。一般处于有氯盐存在的环境中的混凝土，其表面12mm深度内的氯离子浓度远高于25～50mm深度范围，因此对氯盐环境下的混凝土结构增加混凝土保护层厚度是提高耐久性的一项非常有效的措施。

3.3钢筋混凝土构件外施用涂料或裹覆

车库结构底板施工前，在垫层面涂2mm厚聚氨酯防水涂料（多遍成活）和0.5mm厚塑料膜保护层，可起到防水与保护混凝土的作用。在混凝土构件外表面施用各类涂料，如封闭型和渗透型涂料。或采用纤维增强材料等直接裹覆，可在其使用寿命内有效隔离氯离子的渗透。

3.4混凝土中掺用阻锈剂

钢筋阻锈剂是指加入混凝土中能阻止或减缓钢筋腐蚀的化学物质，旨在改善和提高钢筋的防腐蚀能力，且对混凝土其他性能无不良影响的外加剂。钢筋阻锈剂的作用原理为：

（1）阳极型：混凝土中钢筋腐蚀通常是一个电化学过程。凡能够阻止或减缓阳极过程的物质被称作阳极型阻锈剂。典型的化学物质有铬酸盐、亚硝酸盐、钼酸盐等。它们能够在钢铁表面形成“钝化膜”；

（2）阴极型：通过吸附或成膜，能够阻止或减缓阳极过程的物质。如锌酸盐、某些磷酸盐以及一些有机化合物等。这类物质虽然没有“危险性”，但单独使用时，其效能不如阳极型明显；

（3）混合型：将阴极型、阳极型、提高电阻型、降低氧的作用等多种物质合理配搭而成的阻锈剂。

3.5混凝土中钢筋使用阴极保护

混凝土中钢筋使用阴极保护可有效降低钢筋的腐蚀速率，通常在钢筋开始锈蚀后启用。以上是提高海洋工程混凝土结构耐久性的常用手段，国内对上述各类技术进行了大量研究，在实际工程中，仅靠一种技术常常是达不到所需要的耐久性要求的。根据理论研究，将几种耐久性技术合理结合，才可产生极好的效果。

4、结语

目前，结构耐久性问题正引起越来越多的关注，随着有关研究的逐步深入和更多的工程实践，结构耐久性问题必能得到更好的解决，并为国民经济的可持续发展做出贡献。

参考文献：

[1]邸小坛，李明，孟玉洁.混凝土结构耐久性设计规范简介[J].建筑科学，2011（6），第27卷增刊-1，57-58.

[2]李化建，谢永江.铁路混凝土结构耐久性设计规范内容简介[J].铁道标准设计，2011（8）：94-96.