沿海码头混凝土构件腐蚀特点及成因

    夏令

    

    【摘 要】 通过对1座运行20多年沿海码头的调查，从混凝土构件的外观状况、保护层厚度、碳化深度和氯离子渗透情况等多个方面，分析沿海码头混凝土构件腐蚀破损特点及成因，总结出混凝土构件的腐蚀主要由氯离子渗透引起，碳化对其耐久性的影响有限。

    【关键词】 码头；混凝土构件；腐蚀；钢筋

    0 引 言

    某沿海码头始建于1989年，1991年正式投入运营，2010年调查发现，混凝土构件发生不同程度的腐蚀破损。根据对混凝土构件外观状况、保护层厚度、氯离子渗透情况等多个方面的调查，并对该调查结果作出评价和分析，为工程质量控制及耐久性评估提供技术依据，从而进一步提高项目建设投资效益。

    1 工程概况

    码头采用钢管桩基础的高桩梁板式结构，由引桥、码头、东系缆墩、西系缆墩等组成。码头曾于2006年对局部混凝土保护层锈胀破损部位采取了局部修复处理，就目前情况来看，维修效果良好。

    2 调研结果及分析

    2.1 调研结果

    2.1.1 外观状况

    根据码头横梁、纵梁、轨道梁、剪刀撑和水平撑等上部构件腐蚀破损情况逐一巡查，对比发现，横梁外观相对而言破损最为严重，主要存在混凝土保护层脱落露筋、锈斑和麻面等破损形式，腐蚀破损和缺陷主要集中在底面，东侧面和西侧面相对较少；其次为剪刀撑，从表1可以看出，海侧剪刀撑腐蚀破损面积约为岸侧剪刀撑腐蚀破损面积的2倍，且剪刀撑腐蚀破损明显较水平撑严重，腐蚀破损一般集中在底面，4个侧面相对较少；纵梁和轨道梁破损最轻，除锈斑外，其他形式的外观破损很少。

    2.1.2 钢筋保护层厚度

    检测发现，混凝土构件的保护层厚度平均值小于规范中对钢筋保护层最小厚度要求。钢筋保护层厚度的离散性较大，反映施工过程中钢筋骨架存在偏位现象。

    钢筋保护层厚度是影响钢筋混凝土结构耐久性的重要因素。当混凝土密实度及所处的外界条件一定时，其氯离子渗透速度就基本一定。因此，钢筋保护层越薄，氯离子及其他有害物质到达钢筋的时间越短，钢筋开始锈蚀的时间越早，构件的耐久性就越差。

    2.1.3 混凝土碳化深度

    一般认为，混凝土碳化速度取决于混凝土渗透性和相对湿度。在湿度等其他条件相同的背景下，混凝土越密实，碳化深度越小。调查表明，码头各类构件的最大碳化深度为10 mm，碳化深度均较小，这说明碳化尚不足以引起钢筋保护层完好处发生锈蚀。事实上，碳化引起的钢筋锈蚀破损问题主要由混凝土质量较差和保护层不密实引起。

    2.1.4 氯离子渗透情况

    通过对不同类型构件、高程测点的氯离子含量检测分析发现：

    （1）混凝土内氯离子含量呈梯度分布，表层附近的氯离子含量较高，并依次向混凝土内部递减，这说明混凝土内的氯离子由外界环境中的氯盐引起；

    （2）对比不同高程测点检测发现，标高越低，氯离子含量越高，因此，标高较低的构件在遭受氯离子污染程度方面比相对较高的构件严重。

    2.2 评价和分析

    2.2.1 钢筋混凝土腐蚀破损原因分析

    除混凝土本身的因素以外，混凝土的腐蚀破损一般由钢筋锈蚀引起。引起混凝土内钢筋锈蚀的因素很多，但对于暴露在海洋环境中的钢筋混凝土结构而言，氯离子侵蚀是引起钢筋锈蚀最快、最主要的因素。

    混凝土通常具有高碱性。钢筋在高碱性的介质周围形成致密的钝化膜，使其在具有适当湿度和氧气的混凝土中不腐蚀；但当钢筋周围存在氯离子，并且达到一定浓度时，就会发生锈蚀破损。虽然目前对氯离子的腐蚀作用机理的认识尚未取得完全一致，但大体上认为其能对钢筋表面的钝化膜产生破坏，使钢筋发生电化学腐蚀。钢筋锈蚀产物的体积为发生锈蚀前体积的2～2.5倍，其产生的膨胀力压迫周围的混凝土，当混凝土中的钢筋锈蚀达到一定程度时，膨胀产生的应力超过混凝土抗拉强度，从而引起保护层沿着锈蚀的钢筋形成裂缝，为侵蚀性介质的进入提供更为有利的条件，造成钢筋锈蚀的进一步加剧。钢筋锈蚀不但破坏了混凝土表面结构，而且随着钢筋截面积减小，混凝土的承载力也随之不断减弱，最终可能导致建筑物的破损。

    2.2.2 腐蚀破损的严重性及其特点

    大量研究和工程实践表明，钢筋锈蚀是引起海港码头混凝土构件破损的最主要因素。国内有关机构和学者曾在20世纪60年代对华南和华东的27座海港码头钢筋混凝土结构物进行了调查，结果发现，因钢筋锈蚀造成的破损占74%；1981年对华南18座使用7～25年的海港钢筋混凝土码头调查发现，因钢筋锈蚀造成的破损占89%。

    海洋环境混凝土钢筋腐蚀过程一般分为孕育期、发展期、破坏期和危害期等4个阶段。

    （1）腐蚀孕育期：从浇筑混凝土到钢筋去钝化即钢筋开始锈蚀为止。

    （2）腐蚀发展期：从钢筋开始腐蚀发展到混凝土保护层表面因钢筋锈胀而出现破损现象为止。

    （3）腐蚀破坏期：从混凝土表面因钢筋腐蚀锈胀开始破损发展到混凝土保护层普遍出现严重胀裂、剥落，需全面大修为止。

    （4）腐蚀危害期：钢筋腐蚀已扩大到对构件产生区域性破坏，致使构件不能安全使用。

    从调查结果看，码头各类构件基本处于腐蚀孕育期和腐蚀发展期，是进行维修处理的最佳时期。

    3 结 语

    该沿海码头建成投运已20多年，总体状况良好，但码头横梁等构件因处于浪溅区而遭到氯离子侵蚀，出现了钢筋锈蚀引起的混凝土构件局部腐蚀破损；施工引起的钢筋骨架偏位和保护层偏薄，导致氯离子从保护层偏薄处侵入，是构件过早破损的主要原因。

    调查表明，海港工程混凝土碳化深度一般较小，碳化对其耐久性的影响有限。混凝土构件的腐蚀主要由氯离子渗入引起，混凝土的密实度、保护层厚度、构件所处高程等都是影响氯离子渗入的主要因素。