夏令

【摘 要】 通過對1座運(yùn)行20多年沿海碼頭的調(diào)查，從混凝土構(gòu)件的外觀狀況、保護(hù)層厚度、碳化深度和氯離子滲透情況等多個方面，分析沿海碼頭混凝土構(gòu)件腐蝕破損特點及成因，總結(jié)出混凝土構(gòu)件的腐蝕主要由氯離子滲透引起，碳化對其耐久性的影響有限。

【關(guān)鍵詞】 碼頭；混凝土構(gòu)件；腐蝕；鋼筋

0 引 言

某沿海碼頭始建于1989年，1991年正式投入運(yùn)營，2010年調(diào)查發(fā)現(xiàn)，混凝土構(gòu)件發(fā)生不同程度的腐蝕破損。根據(jù)對混凝土構(gòu)件外觀狀況、保護(hù)層厚度、氯離子滲透情況等多個方面的調(diào)查，并對該調(diào)查結(jié)果作出評價和分析，為工程質(zhì)量控制及耐久性評估提供技術(shù)依據(jù)，從而進(jìn)一步提高項目建設(shè)投資效益。

1 工程概況

碼頭采用鋼管樁基礎(chǔ)的高樁梁板式結(jié)構(gòu)，由引橋、碼頭、東系纜墩、西系纜墩等組成。碼頭曾于2006年對局部混凝土保護(hù)層銹脹破損部位采取了局部修復(fù)處理，就目前情況來看，維修效果良好。

2 調(diào)研結(jié)果及分析

2.1 調(diào)研結(jié)果

2.1.1 外觀狀況

根據(jù)碼頭橫梁、縱梁、軌道梁、剪刀撐和水平撐等上部構(gòu)件腐蝕破損情況逐一巡查，對比發(fā)現(xiàn)，橫梁外觀相對而言破損最為嚴(yán)重，主要存在混凝土保護(hù)層脫落露筋、銹斑和麻面等破損形式，腐蝕破損和缺陷主要集中在底面，東側(cè)面和西側(cè)面相對較少；其次為剪刀撐，從表1可以看出，海側(cè)剪刀撐腐蝕破損面積約為岸側(cè)剪刀撐腐蝕破損面積的2倍，且剪刀撐腐蝕破損明顯較水平撐嚴(yán)重，腐蝕破損一般集中在底面，4個側(cè)面相對較少；縱梁和軌道梁破損最輕，除銹斑外，其他形式的外觀破損很少。

2.1.2 鋼筋保護(hù)層厚度

檢測發(fā)現(xiàn)，混凝土構(gòu)件的保護(hù)層厚度平均值小于規(guī)范中對鋼筋保護(hù)層最小厚度要求。鋼筋保護(hù)層厚度的離散性較大，反映施工過程中鋼筋骨架存在偏位現(xiàn)象。

鋼筋保護(hù)層厚度是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素。當(dāng)混凝土密實度及所處的外界條件一定時，其氯離子滲透速度就基本一定。因此，鋼筋保護(hù)層越薄，氯離子及其他有害物質(zhì)到達(dá)鋼筋的時間越短，鋼筋開始銹蝕的時間越早，構(gòu)件的耐久性就越差。

2.1.3 混凝土碳化深度

一般認(rèn)為，混凝土碳化速度取決于混凝土滲透性和相對濕度。在濕度等其他條件相同的背景下，混凝土越密實，碳化深度越小。調(diào)查表明，碼頭各類構(gòu)件的最大碳化深度為10 mm，碳化深度均較小，這說明碳化尚不足以引起鋼筋保護(hù)層完好處發(fā)生銹蝕。事實上，碳化引起的鋼筋銹蝕破損問題主要由混凝土質(zhì)量較差和保護(hù)層不密實引起。

2.1.4 氯離子滲透情況

通過對不同類型構(gòu)件、高程測點的氯離子含量檢測分析發(fā)現(xiàn)：

（1）混凝土內(nèi)氯離子含量呈梯度分布，表層附近的氯離子含量較高，并依次向混凝土內(nèi)部遞減，這說明混凝土內(nèi)的氯離子由外界環(huán)境中的氯鹽引起；

（2）對比不同高程測點檢測發(fā)現(xiàn)，標(biāo)高越低，氯離子含量越高，因此，標(biāo)高較低的構(gòu)件在遭受氯離子污染程度方面比相對較高的構(gòu)件嚴(yán)重。

2.2 評價和分析

2.2.1 鋼筋混凝土腐蝕破損原因分析

除混凝土本身的因素以外，混凝土的腐蝕破損一般由鋼筋銹蝕引起。引起混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕的因素很多，但對于暴露在海洋環(huán)境中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，氯離子侵蝕是引起鋼筋銹蝕最快、最主要的因素。

混凝土通常具有高堿性。鋼筋在高堿性的介質(zhì)周圍形成致密的鈍化膜，使其在具有適當(dāng)濕度和氧氣的混凝土中不腐蝕；但當(dāng)鋼筋周圍存在氯離子，并且達(dá)到一定濃度時，就會發(fā)生銹蝕破損。雖然目前對氯離子的腐蝕作用機(jī)理的認(rèn)識尚未取得完全一致，但大體上認(rèn)為其能對鋼筋表面的鈍化膜產(chǎn)生破壞，使鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕。鋼筋銹蝕產(chǎn)物的體積為發(fā)生銹蝕前體積的2～2.5倍，其產(chǎn)生的膨脹力壓迫周圍的混凝土，當(dāng)混凝土中的鋼筋銹蝕達(dá)到一定程度時，膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度，從而引起保護(hù)層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫，為侵蝕性介質(zhì)的進(jìn)入提供更為有利的條件，造成鋼筋銹蝕的進(jìn)一步加劇。鋼筋銹蝕不但破壞了混凝土表面結(jié)構(gòu)，而且隨著鋼筋截面積減小，混凝土的承載力也隨之不斷減弱，最終可能導(dǎo)致建筑物的破損。

2.2.2 腐蝕破損的嚴(yán)重性及其特點

大量研究和工程實踐表明，鋼筋銹蝕是引起海港碼頭混凝土構(gòu)件破損的最主要因素。國內(nèi)有關(guān)機(jī)構(gòu)和學(xué)者曾在20世紀(jì)60年代對華南和華東的27座海港碼頭鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，因鋼筋銹蝕造成的破損占74%；1981年對華南18座使用7～25年的海港鋼筋混凝土碼頭調(diào)查發(fā)現(xiàn)，因鋼筋銹蝕造成的破損占89%。

海洋環(huán)境混凝土鋼筋腐蝕過程一般分為孕育期、發(fā)展期、破壞期和危害期等4個階段。

（1）腐蝕孕育期：從澆筑混凝土到鋼筋去鈍化即鋼筋開始銹蝕為止。

（2）腐蝕發(fā)展期：從鋼筋開始腐蝕發(fā)展到混凝土保護(hù)層表面因鋼筋銹脹而出現(xiàn)破損現(xiàn)象為止。

（3）腐蝕破壞期：從混凝土表面因鋼筋腐蝕銹脹開始破損發(fā)展到混凝土保護(hù)層普遍出現(xiàn)嚴(yán)重脹裂、剝落，需全面大修為止。

（4）腐蝕危害期：鋼筋腐蝕已擴(kuò)大到對構(gòu)件產(chǎn)生區(qū)域性破壞，致使構(gòu)件不能安全使用。

從調(diào)查結(jié)果看，碼頭各類構(gòu)件基本處于腐蝕孕育期和腐蝕發(fā)展期，是進(jìn)行維修處理的最佳時期。

3 結(jié) 語

該沿海碼頭建成投運(yùn)已20多年，總體狀況良好，但碼頭橫梁等構(gòu)件因處于浪濺區(qū)而遭到氯離子侵蝕，出現(xiàn)了鋼筋銹蝕引起的混凝土構(gòu)件局部腐蝕破損；施工引起的鋼筋骨架偏位和保護(hù)層偏薄，導(dǎo)致氯離子從保護(hù)層偏薄處侵入，是構(gòu)件過早破損的主要原因。

調(diào)查表明，海港工程混凝土碳化深度一般較小，碳化對其耐久性的影響有限?；炷翗?gòu)件的腐蝕主要由氯離子滲入引起，混凝土的密實度、保護(hù)層厚度、構(gòu)件所處高程等都是影響氯離子滲入的主要因素。