沿海碼頭混凝土構件腐蝕特點及成因

夏令

【摘 要】 通過對1座運行20多年沿海碼頭的調查，從混凝土構件的外觀狀況、保護層厚度、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件腐蝕破損特點及成因，總結出混凝土構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。

【關鍵詞】 碼頭；混凝土構件；腐蝕；鋼筋

0 引 言

某沿海碼頭始建于1989年，1991年正式投入運營，2010年調查發現，混凝土構件發生不同程度的腐蝕破損。根據對混凝土構件外觀狀況、保護層厚度、氯離子滲透情況等多個方面的調查，并對該調查結果作出評價和分析，為工程質量控制及耐久性評估提供技術依據，從而進一步提高項目建設投資效益。

1 工程概況

碼頭采用鋼管樁基礎的高樁梁板式結構，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層銹脹破損部位采取了局部修復處理，就目前情況來看，維修效果良好。

2 調研結果及分析

2.1 調研結果

2.1.1 外觀狀況

根據碼頭橫梁、縱梁、軌道梁、剪刀撐和水平撐等上部構件腐蝕破損情況逐一巡查，對比發現，橫梁外觀相對而言破損最為嚴重，主要存在混凝土保護層脫落露筋、銹斑和麻面等破損形式，腐蝕破損和缺陷主要集中在底面，東側面和西側面相對較少；其次為剪刀撐，從表1可以看出，海側剪刀撐腐蝕破損面積約為岸側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重，腐蝕破損一般集中在底面，4個側面相對較少；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 鋼筋保護層厚度

檢測發現，混凝土構件的保護層厚度平均值小于規范中對鋼筋保護層最小厚度要求。鋼筋保護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象。

鋼筋保護層厚度是影響鋼筋混凝土結構耐久性的重要因素。當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，鋼筋保護層越薄，氯離子及其他有害物質到達鋼筋的時間越短，鋼筋開始銹蝕的時間越早，構件的耐久性就越差。

2.1.3 混凝土碳化深度

一般認為，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。調查表明，碼頭各類構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層完好處發生銹蝕。事實上，碳化引起的鋼筋銹蝕破損問題主要由混凝土質量較差和保護層不密實引起。

2.1.4 氯離子滲透情況

通過對不同類型構件、高程測點的氯離子含量檢測分析發現：

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

（2）對比不同高程測點檢測發現，標高越低，氯離子含量越高，因此，標高較低的構件在遭受氯離子污染程度方面比相對較高的構件嚴重。

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。引起混凝土內鋼筋銹蝕的因素很多，但對于暴露在海洋環境中的鋼筋混凝土結構而言，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周圍形成致密的鈍化膜，使其在具有適當濕度和氧氣的混凝土中不腐蝕；但當鋼筋周圍存在氯離子，并且達到一定濃度時，就會發生銹蝕破損。雖然目前對氯離子的腐蝕作用機理的認識尚未取得完全一致，但大體上認為其能對鋼筋表面的鈍化膜產生破壞，使鋼筋發生電化學腐蝕。鋼筋銹蝕產物的體積為發生銹蝕前體積的2～2.5倍，其產生的膨脹力壓迫周圍的混凝土，當混凝土中的鋼筋銹蝕達到一定程度時，膨脹產生的應力超過混凝土抗拉強度，從而引起保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫，為侵蝕性介質的進入提供更為有利的條件，造成鋼筋銹蝕的進一步加劇。鋼筋銹蝕不但破壞了混凝土表面結構，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，最終可能導致建筑物的破損。

2.2.2 腐蝕破損的嚴重性及其特點

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件破損的最主要因素。國內有關機構和學者曾在20世紀60年代對華南和華東的27座海港碼頭鋼筋混凝土結構物進行了調查，結果發現，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查發現，因鋼筋銹蝕造成的破損占89%。

海洋環境混凝土鋼筋腐蝕過程一般分為孕育期、發展期、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）腐蝕發展期：從鋼筋開始腐蝕發展到混凝土保護層表面因鋼筋銹脹而出現破損現象為止。

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

（4）腐蝕危害期：鋼筋腐蝕已擴大到對構件產生區域性破壞，致使構件不能安全使用。

從調查結果看，碼頭各類構件基本處于腐蝕孕育期和腐蝕發展期，是進行維修處理的最佳時期。

3 結 語

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

調查表明，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。混凝土構件的腐蝕主要由氯離子滲入引起，混凝土的密實度、保護層厚度、構件所處高程等都是影響氯離子滲入的主要因素。