杨苏楠 掌东升 中交第三航务工程勘察设计院有限公司

我国现今仍在服役的很多老码头等水工建筑物，始建于八、九十年代甚至更早，已经达到或超过设计使用年限，建筑物材料出现劣化、功能降低等现象，其耐久性和剩余使用年限逐渐成为业主或使用部门关注的焦点。现今，混凝土耐久性检测的方法主要有：结构的外观劣化度探摸、混凝土中氯离子含量和渗透扩散、碳化的深度、抗压强度、保护层的厚度、钢筋腐蚀电位等。通过以上多种检测手段进而对码头进行耐久性评估推算其剩余使用年限，并为码头的安全运营、维护、加固改造提供可靠的科学数据支持。

1.混凝土结构耐久性评估的一般要求

水运工程混凝土结构不同于陆域房屋建筑类结构，往往是临水建筑，其自然环境具有特殊性，具有更强的腐蚀性，对构筑物的耐腐蚀性也提出了更高的要求。根据所处水环境的不同对混凝土结构又进一步的进行了划分，对于海水环境，按设计水位或天文潮位划分，可分为：浪溅、水位变动、水下和大气区；对于淡水环境，按设计水位划分，可分为：水上、水位变动和水下区。不同的区域其腐蚀条件也明显不同，在对混凝土耐久性进行检测时应注意区别。

2.工程环境信息的调查与收集

（1）潮汐、水温、湿度和其他侵蚀介质等，海水环境混凝土结构腐蚀介质调查内容还应包括海水中氯离子含量。

（2）工程情况的调查内容还应包括原勘察设计文件和竣工资料、构筑物检查和维护资料以及耐久性检查检测记录等，对于码头在使用过程中是否存在升级改造及海损事故等情况也应做到充分的了解。

3.混凝土钢筋锈蚀劣化耐久性检测

（1）水工建筑物外观检测应包括：混凝土破损、露筋、露石、剥落、蜂窝麻面等。

外观检测人员一般通过船只到达被测结构附近，采用目测、记录、拍照、测量等手段进行检测，其中测量仪器主要有钢卷尺、裂缝观测仪、塞尺、卡尺等。在检测过程中应重点观察结构受力较为集中的部位，如纵梁跨中、基桩与横梁的节点等，在构筑物服役期间，随年限的增加或外力作用，受力集中的部分往往首先产生损伤。

在检测过程中应仔细观察混凝土的表面是否有裂缝、剥落、露筋、锈胀等情况，其中，裂缝是最为常见的损伤形式，应记录裂缝的宽度、长度、深度、位置、走向、表面状态等信息，裂缝宽度一般采用裂缝观测仪进行测量，选取目测裂缝最宽的三个位置分别进行测量，取最大值作为裂缝的宽度代表值，裂缝深度一般取一类构件的典型裂缝进行抽检，采用超声波或取芯等方法。留意观察裂缝的走向是否为顺筋裂缝，裂缝部位是否属于高应力部位，初步判断裂缝的产生原因是结构受力还是钢筋锈胀或其他原因并予以记录。对于剥落、破损、露筋等损伤应记录其位置、外观尺寸、表面状态等信息。对于所有损伤建议进行笔录和拍照，以备后期追述。

通过现场检测的信息，对各类构件分别按受损程度进行外观劣化度分级，分为A、B、C、D四级。一般A、B级为完好或基本完好，C级需要立即进行修复加固，而D级为严重损伤必须修复加固或报废。

（2）水工建筑物耐久性专项检测除上述的检测方法外，尚应考虑以下内容：

各检测方法均为抽样检测，应选取具有代表性的典型构件并符合随机、均匀的原则进行抽样，对于氯离子和腐蚀电位还应该考虑水环境对大气区、浪溅区、水位变动区分别进行取样。取样数量按相关规范要求执行。

通过以上各参数的检测，可以了解混凝土腐蚀条件下的强度是否满足原设计要求，碳化深度在钢筋保护层中的腐蚀深度，不同区域钢筋腐蚀的概率，表层氯离子含量和扩散系数等，进而综合评估耐久性等级和剩余使用年限。

4.混凝土剩余使用年限的预测与计算

4.1 海水环境下氯盐引起钢筋锈蚀劣化的使用年限预测

一般来说设计使用年限是指从始建之日起到混凝土出现0.3mm顺筋裂缝的时间。

（1）常见钢筋混凝土结构应按式（4.1-1）计算

（2）对于常见的非预应力钢筋混凝土水工结构，其氯盐引起钢筋锈蚀劣化的结构剩余使用年限是指从浇筑至钢筋截面损失至原截面0.9倍所经历的计算使用年限，减去建成至检测时所经历的时间，即可大致估算其剩余时间。

上式中“CS混凝土表面氯离子含量”和“D氯离子有效扩散系数”两个关键计算参数需要通过现场取样和室内试验来计算取得。其中：混凝土表面氯离子含量是通过现场钻取具有代表性的混凝土粉末，并于试验室中采用硝酸银、铬酸钾、氯化钠等溶液进行一系列化学试验计算得出；氯离子实测扩散系数需现场钻取混凝土芯样制作成直径100mm厚度100mm的试件，然后在实验室中采用电迁移法用氯离子扩散系数测定仪和测量计算得出。

需注意的是，除抽样数量满足相关规范要求外，应在现场取样时记录取样的结构位置、结构名称、所处水环境情况、混凝土种类、配合比、项目所在地理位置等信息。因为在后续的计算中诸多参数需要考虑各种环境条件来进行选取。

混凝土的结构使用年限受自身设计参数、自然环境、防腐措施、维护保养等很多因素的影响。氯离子渗入混凝土导致钢筋锈蚀是海水环境的主要腐蚀破坏形式，而处于水位变动区和浪溅区部位由于干湿交替加剧了腐蚀的速度，是结构最严重的的腐蚀部位，因此也就成为耐久性检测时应予重点考虑的对象。

4.2 碳化引起钢筋锈蚀劣化的钢筋混凝土使用年限预测

淡水环境混凝土耐久性主要受到水流冲刷、大气中腐蚀气体等的影响。混凝土碳化腐蚀主要取决于CO2、H2O、O2的供给程度。当相对湿度小于60%的水上区，由于缺少水的参与，钢筋的锈蚀较难发生；当结构处于水下区，由于缺少与CO2的接触，碳化速度也会很缓慢；只有相对湿度较大的水位变动区，碳化锈蚀最容易发生。

混凝土碳化引起钢筋锈蚀劣化的结构使用年限预测应为自检测时刻起至钢筋开始锈蚀的剩余年限。一般可采用已有的碳化模型、校准碳化模型或实测碳化模型的方法进行推定。其步骤如下：

首先，将实测的钢筋保护层厚度代入选定的碳化模型计算碳化达到钢筋表面所需要的的时间。

其次，由计算得出的碳化到达钢筋表面的时间减去自建成至检测时已使用的时间即为预测的剩余使用年限。

关于碳化模型国内外专家学者提出了多种碳化深度预测模型。例如：Nishi模型、朱安民模型、牛荻涛模型、张海燕模型等等。目前认可度较高的实测碳化模型公式为（4.2-1）

式中D——实测碳化深度（mm）；

kc——碳化系数（mm2/a）;

t——时间（a）。

在实测的检验中，各碳化模型均有不同程度的偏差，应根据实际情况通过实测比对后选择使用。

5.结束语

水运工程建筑物耐久性检测与评估已经是一项重要的全寿命技术指标，其可以指导日常生产、维护与保养，也是改造加固的重要技术数据支撑。水工建筑物结构形式多样，受环境影响复杂，检测与评估工作专业性强、技术要求高，需要从业人员具有大量专业技术知识和丰富的工作经验与数据积累，才能在检测过程中根据被测结构的特点选择相适应的检测方法，在评估计算时能够选择正确的计算参数和模型，综合全面的进行评估。