韓 旭

(營口資產(chǎn)經(jīng)營集團(tuán)有限公司，遼寧 營口 115000)

混凝土這種建筑材料一直在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，到目前為止，混凝土已經(jīng)在建筑領(lǐng)域中被使用了二百多年。經(jīng)過兩個多世紀(jì)的大量應(yīng)用，許多的混凝土建筑結(jié)構(gòu)都出現(xiàn)了沒有達(dá)到使用年限的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象包含了許多因素，其中絕大多數(shù)都發(fā)生在沿海建筑上，主要的原因是海水中的氯離子腐蝕所導(dǎo)致，建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)過長時間的氯離子腐蝕，其鋼筋表面會產(chǎn)生大量的銹蝕產(chǎn)物，這種銹蝕產(chǎn)物在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的長時間堆積就會讓混凝土的保護(hù)層出現(xiàn)破裂，而保護(hù)層的破裂會進(jìn)一步加深海水對建筑的腐蝕程度，形成惡性循環(huán)，從而讓混凝土建筑的使用年限極大的降低。

近幾年，全世界范圍內(nèi)的研究人員對混凝土的耐久性進(jìn)行了大量的實驗，實驗結(jié)果全面說明了不同環(huán)境下混凝土耐久性是不同的。對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)時檢測氯離子在混凝土結(jié)構(gòu)中的運(yùn)動速度，能夠明顯的發(fā)現(xiàn)潮濕養(yǎng)護(hù)下的混凝土結(jié)構(gòu)中氯離子運(yùn)動速度較慢，并且隨著養(yǎng)護(hù)時間的延長，氯離子的運(yùn)動速度會得到更進(jìn)一步的降低，極大地提升混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能。與此同時，還有研究表明，混凝土結(jié)構(gòu)在無養(yǎng)護(hù)的時候，結(jié)構(gòu)內(nèi)會出現(xiàn)數(shù)量不少的有害孔，與此同時氯離子的運(yùn)動速度也遠(yuǎn)高于潮濕養(yǎng)護(hù)下的混凝土結(jié)構(gòu)。

1 混凝土結(jié)構(gòu)在海洋中的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著全球經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展，再加上陸地上的資源儲備不足，越來越多的國家開始構(gòu)建海洋發(fā)展戰(zhàn)略。目前為止構(gòu)建并施行了新的海洋發(fā)展戰(zhàn)略的國家有日本、美國、荷蘭等多個國家。改革開放以來，我國進(jìn)入了經(jīng)濟(jì)井噴時代，經(jīng)過多年發(fā)展現(xiàn)已經(jīng)成為了世界上首屈一指的出口大國，由此對海洋的依賴程度較高，在海上占據(jù)巨大的利益。與此同時我國“十三五”規(guī)劃公布的發(fā)展戰(zhàn)略當(dāng)中，關(guān)乎海洋的戰(zhàn)略名列前茅，充分表明了我國對海洋的重視程度。對海洋的開發(fā)利用都離不開混凝土這一基礎(chǔ)材料，目前為止混凝土在島礁、水電大壩、沿海工程、跨海橋梁等多方面得到廣泛使用，未來混凝土必然要應(yīng)用于海洋資源開發(fā)和海洋鉆探等領(lǐng)域，所以混凝土在海洋環(huán)境中的耐久性便極為重要。

2 海水侵蝕環(huán)境對混凝土的影響

海水侵蝕環(huán)境對混凝土的影響，即在混凝土建筑的使用過程中，海水通過直接或者間接的方式對混凝土建筑進(jìn)行腐蝕，其中又含有外部腐蝕和內(nèi)部腐蝕兩種腐蝕手段。通俗的解釋就是建設(shè)在海水中的混凝土建筑，建筑表面直接和海水接觸時即為海水對混凝土的外侵蝕。隨著時間的推移，海水逐漸滲透進(jìn)混凝土建筑的內(nèi)部進(jìn)行侵蝕，也就是內(nèi)侵蝕[1]。

在建筑物的使用過程中，大部分建筑物內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)存在提前損壞問題，其中有一少部分建筑，在還沒有使用的時候就損壞，這些現(xiàn)象都會直接造成各種資源的大量浪費(fèi)。而海水對混凝土建筑的侵蝕有兩方面原因：一方面就是混凝土建筑在海水環(huán)境中經(jīng)過長時間的海水浸泡，內(nèi)部的鋼筋被海水銹蝕；另一方面就是混凝土經(jīng)過海水長時間的浸泡所產(chǎn)生的損壞，為了進(jìn)一步降低甚至避免海水對混凝土建筑的侵蝕，我國的科研人員為此開展了許多的研究與實驗。

3 海水侵蝕環(huán)境影響混凝土耐久性的機(jī)理

根據(jù)混凝土建筑的受荷時間強(qiáng)度循環(huán)次數(shù)情況，能夠直接反映出混凝土建筑在遭受海水侵蝕的不同階段內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同變化和損壞原理[2]。在海水侵蝕的早期，海水中所包含的各種離子侵入到混凝土建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部，通過不同離子之間的相互反應(yīng)，導(dǎo)致在混凝土建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生許多具有不溶性的物質(zhì)，對混凝土建筑內(nèi)部的空隙進(jìn)行填充，能夠讓混凝土建筑的性能和堅固程度進(jìn)一步提升。隨著時間的推移，海水對混凝土建筑的腐蝕程度進(jìn)一步加深，這時候產(chǎn)生的不溶物體積會越來越大，給混凝土建筑內(nèi)部造成沉重的壓力，從而導(dǎo)致混凝土建筑結(jié)構(gòu)遭到破壞，建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度開始下降。當(dāng)破壞逐漸嚴(yán)重時，混凝土建筑表面就會出現(xiàn)裂縫，而裂縫的出現(xiàn)會導(dǎo)致海水的侵蝕更加迅速和劇烈，海水能夠通過表面的裂縫更多的涌入混凝土建筑內(nèi)部當(dāng)中進(jìn)行侵蝕，讓水泥石的功能受到限制，導(dǎo)致混凝土建筑的強(qiáng)度更進(jìn)一步的下降。

近幾年，許多國內(nèi)的專家學(xué)者對混凝土在不同環(huán)境影響之下的使用年限展開了研究。其中對混凝土的干燥養(yǎng)護(hù)和潮濕養(yǎng)護(hù)對混凝土使用年限的影響的研究更為深入，經(jīng)過對兩種環(huán)境之下混凝土材料進(jìn)行對比和分析，結(jié)果表明處于潮濕養(yǎng)護(hù)的狀態(tài)下氯離子在混凝土中腐蝕的速度明顯減慢，并且隨著養(yǎng)護(hù)時間的延長，氯離子在混凝土中的腐蝕速度會進(jìn)一步的降低，所以通過這種養(yǎng)護(hù)方式能夠讓混凝土建筑的使用年限得到極大的延長[3]。而在干燥養(yǎng)護(hù)環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)中的氯離子腐蝕速度和效率明顯提高，混凝土結(jié)構(gòu)建筑的使用年限也會出現(xiàn)縮減。

在混凝土試件的實驗過程中，最主要的兩種影響因素是：第一，伴隨著海水對混凝土的侵蝕，海水中的鹽離子在與混凝土建筑接觸后生成了鹽類化合物，從而造成了其重量的提升；第二，在海水長時間的浸泡和侵蝕下，混凝土建筑表面的建筑材料脫落，所以重量在一定程度上降低。從以上的研究數(shù)據(jù)對比結(jié)果中能夠明顯看出，氯離子對混凝土建筑的腐蝕效率極大的受到混凝土養(yǎng)護(hù)手段的影響[4]。所以，在有關(guān)海洋的大規(guī)模工程項目中，要對混凝土建筑進(jìn)行嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)，除此之外，還要建造嚴(yán)密的輔助設(shè)施，比如混凝土表層防護(hù)結(jié)構(gòu)等保護(hù)結(jié)構(gòu)的建設(shè)，這樣才能夠最大程度的保障混凝土建筑在海水侵蝕下的使用年限。

4 混凝土結(jié)構(gòu)防侵蝕的必要性

混凝土結(jié)構(gòu)在建造完成后，隨著時間的推移海水會對水泥進(jìn)行水化，這個時候混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度會得到極大地強(qiáng)化，這是外部環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的積極影響。隨著海水長時間的浸泡，海水會慢慢腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)，造成混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度降低，使用年限大幅度縮減，這是外部環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的消極影響。通過相關(guān)研究表明，海水中能夠?qū)炷两Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕的物質(zhì)主要是硫酸鹽和鎂鹽。具體的腐蝕過程為，硫酸鹽和混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)從而生成體積膨脹的物質(zhì)，這些生成的物質(zhì)隨著數(shù)量的增加會直接破壞混凝土結(jié)構(gòu)，這就是硫酸鹽腐蝕。鎂鹽和混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成易溶于水的膠狀物，鎂鹽侵蝕會造成混凝土結(jié)構(gòu)膠結(jié)力降低，從而硬度下降。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的氫氧化鈣與穿過孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部的二氧化碳?xì)怏w發(fā)生反應(yīng)的過程就是混凝土的碳化，這個中和反應(yīng)的過程會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)純堿度下降，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的鋼筋保護(hù)膜出現(xiàn)損傷，使鋼筋被銹蝕。初始階段的混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)部的高堿度是防止鋼筋出現(xiàn)銹蝕的良好環(huán)境，但當(dāng)水汽運(yùn)載的氯離子進(jìn)入混凝土內(nèi)部的時候，由于氯離子自身的特性，會在短時間內(nèi)給鋼筋表面的保護(hù)膜造成嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致鋼筋發(fā)生銹蝕從而力學(xué)性能降低，與此同時腐蝕產(chǎn)物不斷累積會破壞掉鋼筋表面的混凝土結(jié)構(gòu)。海洋中細(xì)菌等微生物和藤壺等大型污損生物附著在混凝土結(jié)構(gòu)表面就是生物侵蝕，這些海洋生物的代謝分泌物會持續(xù)對混凝土結(jié)構(gòu)造成侵蝕。混凝土結(jié)構(gòu)在服役過程由于長時間面對動靜荷載和海浪等沖刷磨蝕，導(dǎo)致其表面受到破壞漏出內(nèi)部的鋼筋，導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，此外荷載作用下混凝土出現(xiàn)裂縫等缺陷的概率非常大，一旦出現(xiàn)裂縫就會進(jìn)一步加劇其他有害因子的化學(xué)侵蝕。

從上述侵蝕機(jī)理分析可見，混凝土的破壞很大一部分是由于海水的入侵，而海水中攜帶的大量氯離子、硫酸根離子等又是混凝土發(fā)生破壞的重要因素，因此防水勢在必行。此外，隨著海洋生物侵蝕的現(xiàn)象受到越來越多研究者的關(guān)注，實際工程環(huán)境中，混凝土的耐久性失效往往非單因素作用，一般伴隨多因素耦合作用。因此提高混凝土的耐久性，除了防止水汽的入侵外還需要防止微生物和大型海生物對混凝土的附著。

5 防止海水侵蝕環(huán)境對混凝土耐久性影響的策略

混凝土的質(zhì)量和使用情況受水泥質(zhì)量的影響很大，所以使用高質(zhì)量的水泥制成的混凝土的質(zhì)量和使用年限也會更為理想，能夠更好地抵御海水的侵蝕[5]。也就是說，有針對性的使用特殊水泥來進(jìn)行海中建筑混凝土結(jié)構(gòu)的建造，是提升海中混凝土建筑使用年限的有利舉措。

與此同時，對于混凝土受到海水的侵蝕作用這一點，可以通過加厚混凝土建筑結(jié)構(gòu)的表面保護(hù)層，延緩混凝土和混凝土中鋼筋的海水侵蝕速度和程度，從而延長混凝土建筑的使用年限，這種方式是一個最基本的辦法。但是，對于保護(hù)層的具體厚度產(chǎn)生了爭議，一些人認(rèn)為侵蝕混凝土建筑的主要因素是因為海水中的鹽，做出這種判斷主要是依據(jù)菲克擴(kuò)散第二定律，所以海水中混凝土建筑的保護(hù)層的厚度應(yīng)該要達(dá)到7.5cm以上。

當(dāng)存在外界消極因素時，海水對混凝土建筑的侵蝕程度和速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過沒有外界消極因素的影響?；谶@種情況，部分研究人員采取對比實驗的方式做了進(jìn)一步分析，通過對不同應(yīng)力等級時海水對混凝土的侵蝕程度進(jìn)行實驗，最后得出了相關(guān)結(jié)論，即當(dāng)應(yīng)力較大的情況時，海水對混凝土的侵蝕速度會大大增加。

混凝土建筑所具有的綜合性能是否良好是由混凝土建筑的強(qiáng)度等級所決定，雖然對混凝土建筑強(qiáng)度等級的影響因素非常多，但是最主要的影響因素仍然是水泥質(zhì)量的好壞。使用優(yōu)質(zhì)水泥制造出的混凝土，其中的聚合物顆粒非常緊密，骨料具有良好的堅韌性，在加上適當(dāng)?shù)乃冶壤?，制造出的混凝土建筑?qiáng)度等級極高，從而對海水的侵蝕所具有的抵抗力越高。這從其他的研究結(jié)果當(dāng)中也能夠得到證明[6]。

混凝土建筑能否有效抵御海水侵蝕最重要的表現(xiàn)是在于混凝土在海水浸泡下的實際表現(xiàn)，想要有效的提高混凝土在大量海水的浸泡下的使用年限，就需要許多方面的改善和進(jìn)步。目前，相關(guān)研究人員由于受到研究設(shè)施這些硬件條件的影響，對于這方面的研究成果止步于定性分析等理論研究方面。但是，提升混凝土建筑在海水侵蝕下的使用年限是目前許多國內(nèi)研究人員的重點和難點。有許多的研究人員希望通過升級科研技術(shù)來取得突破。相信隨著科技的發(fā)展進(jìn)步，以后必然能夠通過對海水中含有的多種因素對混凝土的影響做出更加深入的研究。

6 結(jié) 語

如何提高混凝土建筑在海水中的使用年限，對我國海上事業(yè)的發(fā)展具有重大的意義，對混凝土建筑在海水侵蝕下的耐久度也有著深遠(yuǎn)的影響。經(jīng)過我國廣大科研工作者的研究和實驗可以看到，若是想要通過對目前的混凝土進(jìn)行完善和升級，提高混凝土對海水侵蝕的抵御程度，就需要從多個方面進(jìn)行完善。比如通過完善混凝土的密實程度，選擇優(yōu)質(zhì)并且高質(zhì)量的水泥來制造混凝土，對混凝土表面的保護(hù)膜進(jìn)行加厚等，這些具體手段和舉措的實施，能夠有效減緩海水對混凝土建筑的滲入速度、大大提高混凝土建筑對海水侵蝕的抵抗性，從而讓在海水侵蝕下的混凝土建筑能夠達(dá)到我國對混凝土建筑使用年限的基本要求。此外，通過相關(guān)研究得出的具體結(jié)論有：(1)倘若混凝土在養(yǎng)護(hù)期就受到海水的侵蝕，那么就會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)大量的氯離子，直接影響了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性；(2)壽命預(yù)測結(jié)果顯示，一旦混凝土結(jié)構(gòu)在養(yǎng)護(hù)期受到氯離子侵蝕，耐久性與使用壽命將大幅度減少，經(jīng)過大量的實驗證明處于養(yǎng)護(hù)期的混凝土經(jīng)過28天的海水環(huán)境侵蝕，剩余耐久性使用壽命只有12年；(3)涉海工程結(jié)構(gòu)施工過程在養(yǎng)護(hù)期要盡量避免混凝土與海水直接接觸，宜采用圍堰施工、滲透性模板等輔助措施。如果無法實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)建造后建議密切跟蹤監(jiān)測混凝土耐久性，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全事故。