由于長期處于海水、海風(fēng)等環(huán)境中，海工鋼筋混凝土通常會遭到腐蝕并破壞，且維修很難甚至有時無法維修。因此，海工混凝土結(jié)構(gòu)的長期防腐是迫切需要解決的問題。這對海洋資源的開發(fā)、海工構(gòu)筑物的建設(shè)、海軍現(xiàn)代化等都有重要意義。
1 海洋腐蝕環(huán)境
海水中鹽分總量大約在3%，且富含Cl-、Mg2+、SO42-，這些離子對混凝土結(jié)構(gòu)有很強的腐蝕作用。同一海工混凝土構(gòu)筑物的不同部位，由于暴露條件的不同，造成的破壞程度也有輕重之分�？梢�，由于浪濺區(qū)和潮差區(qū)處于干濕交替的環(huán)境中，供氧充分，海工混凝土腐蝕和鋼筋銹蝕特別嚴(yán)重。
2 腐蝕機理
導(dǎo)致海水中混凝土腐蝕的因素主要分為5類，即鋼筋銹蝕、凍害、化學(xué)腐蝕、結(jié)晶壓力及海洋微生物作用等。
2.1 鋼筋銹蝕
Cl-是造成鋼筋銹蝕的主要原因，而海洋環(huán)境又富含Cl-。Housmen等人的試驗研究結(jié)果表明，在混凝土的液相中，當(dāng)濃度比值為Cl-／OH->0.61時，鋼筋開始銹蝕，并以此作為“臨界值”。
水泥水化的高堿性使混凝土內(nèi)鋼筋表面產(chǎn)生一層致密的鈍化膜。Cl-是極強的去鈍化劑，Cl-吸附于局部鈍化膜處，使該處的pH值迅速降低，從而破壞鋼筋表面鈍化膜。鐵基體作為陽極受到腐蝕，大面積鈍化膜區(qū)域作為陰極。由于是大陰極對應(yīng)小陽極，腐蝕速度很快。鋼筋銹蝕體積膨脹，可超過原體積的6倍，是混凝土開裂的主要原因。
2.2 凍害
在寒冷氣候中，海水通常不會結(jié)冰，每日兩次潮汐作用使得潮差區(qū)和浪濺區(qū)受到兩次凍融循環(huán)�；炷恋目�?jié)B性是對抗凍性有很大影響的控制因素。Mehta指出，混凝土破壞原因，按重要性遞減順序排列是：鋼筋銹蝕、凍害、物理化學(xué)作用。可見凍害也是使混凝土破壞的重要因素。
2.3 化學(xué)腐蝕
海洋環(huán)境對混凝土的化學(xué)腐蝕因素很多，概括起來可分為：Cl-侵蝕、碳化作用、鎂鹽侵蝕、硫酸鹽侵蝕及堿—骨料反應(yīng)。Cl-侵蝕前面已經(jīng)介紹了，下面介紹后三種因素。
2.3.1 碳化作用
混凝土的碳化過程是指工程所處環(huán)境中的二氧化碳氣體，通過混凝土內(nèi)部孔隙進入混凝土中，與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaCO3和水的過程。
混凝土碳化以后，pH值急劇下降，破壞了鋼筋的鈍化膜賴以生存的環(huán)境�；炷猎诤Ｋ刑蓟⒉粐�(yán)重，但在浪濺區(qū)則不同，這是由于水下C02含量不充分的緣故。
2.3.2 鎂鹽及硫酸鹽侵蝕
由于海水滲入，海水中的鎂鹽、硫酸鹽和水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)生成：
(1)Mg(OH)2。一種白色松軟的不定形物質(zhì)，會使水泥漿體的結(jié)構(gòu)遭到破壞；
(2)鈣礬石(3CaO•Al203•3CaS04•32H20)。一種針狀結(jié)晶體，其絕對體積比鋁酸鈣大，一旦生成可在混凝土內(nèi)引起很大的內(nèi)應(yīng)力，致使混凝土膨脹和開裂；
(3)硅酸鎂水化物(4MgO•SiO2•8H2O)。對硅酸鈣水化物的取代反應(yīng)使混凝土強度下降并變脆；
(4)氯化鈣和石膏�？扇苡谒斐苫炷恋慕鲈黾�，繼而強度和質(zhì)量損失增加。
2.3.3 堿—骨料反應(yīng)
堿—骨料反應(yīng)是混凝土中某些活性礦物集料與混凝土孔隙中的堿性溶液之間發(fā)生的反應(yīng)。必備的三個條件是：活性礦物集料(活性二氧化硅、白云質(zhì)類石灰?guī)r或粘土質(zhì)頁巖等)、堿性溶液(KOH、NaOH)和水。溫度、濕度和含鹽量對其有促進作用。在海洋中，尤其是熱帶海洋中的混凝土構(gòu)筑物，堿一骨料反應(yīng)不能忽視。
2.4 鹽類結(jié)晶壓力
在多孔結(jié)構(gòu)的混凝土中，過飽和溶液中鹽類的結(jié)晶壓力所產(chǎn)生的應(yīng)力可達到足以使混凝土開裂和脫落。海水在混凝土中可因毛細作用而上行，蒸發(fā)區(qū)段一般在水平面以上(0.3～0.5)m。水平構(gòu)件表面存在的凹凸不平，也會生成鹽類結(jié)晶。因此，應(yīng)該充分重視混凝土的表面平整。
2.5 其它因素
2.5.1 氣候條件
高溫使腐蝕速度加快，能大大縮短鋼筋脫鈍的時間。南方沿海氣溫常年較高，有助于腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。北方地區(qū)溫差變化大，冬季氣溫正負變化，混凝土孔隙內(nèi)水反復(fù)發(fā)生凍融循環(huán)。
2.5.2 微生物腐蝕
硫桿菌能將硫、硫化硫酸鹽、亞硫酸鹽等氧化成硫酸鹽，最終轉(zhuǎn)化成對混凝土有強腐蝕性的硫酸；硫酸鹽還原菌能將硫酸鹽還原為強腐蝕性硫化氫，但高pH值、高密實度及不易滲透的混凝土對其是免疫的。
另外，流水、波浪侵襲力的磨損與沖刷，加強了腐蝕介質(zhì)的滲透力量；對于海港碼頭等構(gòu)筑物又常會受到船舶沖擊；荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)給腐蝕破壞創(chuàng)造了方便的條件。 |
