李 海

(山东港通工程管理咨询有限公司，山东 烟台 264000)

0 引 言

混凝土价格合理、生产流程简便、适应范围广泛，是现代建筑结构中常见的材料。随着开放格局的推进，我国沿海地区建设了许多的码头与海上平台。[1]其中，桩基可靠性是决定构筑物稳定性的重要因素之一。沿海地区的码头桩基由于受到化学、生物作用的影响，相较于淡水流域，混凝土退化问题更为突出。混凝土桩基在长期腐蚀作用下，材料强度下降、刚度降低，严重影响了桩基的负荷能力，因此必须采取适当的防护措施，以延长码头的有效使用年限。

1 腐蚀机制

在沿海地区，水工建筑的桩基受到风蚀、波浪冲刷和盐类的腐蚀，这些都会导致混凝土构件出现结构损伤，如保护层出现裂缝、脱落等。这种现象主要受环境条件和施工技术的影响。其中，自然因素主要是指海洋水中所含的电解质的侵蚀作用，施工因素主要是指混凝土中的碱骨料含量与混凝土强度、密实度等。

1.1 海水腐蚀

电解质离子通过化学作用，对于混凝土桩基具有较强的腐蚀作用。在不同海域，海水的离子组成会随着汇入的河流和洋流不同而变化，但离子种类与浓度基本保持在一个大致区间内，以我国北方渤海湾附近的海洋环境为例，其中的电解质离子的浓度组成大致如下，见表1。

表1 海水离子成分对照表

续表

Cl-对于混凝土破坏的作用主要是膨胀性腐蚀作用，主要是和其中的碱性物质反应，例如与Ca(OH)2、3CaO·2Al2O3等反应生成CaCl2与固态化合物，其中固态化合物带有大量的结晶水，体积膨胀系数在3以上，若是大量存在混凝土的毛细孔当中，会造成混凝土体积膨胀，内部的应力不断增大，致使表面出现裂缝。[2]具体反应过程如下：

2Ca(OH)2+2C1-+(n-1)H2O→Cao·CaCl2·nH2O

3CaCl2+3CaO·Al2O3·6H2O·25H2O→3CaO·Al2O3·3CaCl2·31H2O

1.2 盐土腐蚀

此外，随着桩基暴露的部位和条件的差异，腐蚀作用的效果也有较大的差别。浪溅区由于处在水气交界面，根据气体传质的双膜理论，此处水中的溶解氧浓度最高，提供了强电位环境，加剧了混凝土的腐蚀。综合而言，各类腐蚀的综合作用整体示意如图1所示。

图1 腐蚀性作用示意图

2 混凝土性能退化作用结果

海洋环境中，由于腐蚀作用而导致混凝土退化的过程呈现出了一定的阶段性。在初始阶段，随着氯离子在钢筋表面的富集，钢筋首先发生锈蚀，发生体积膨胀，致使表面的混凝土层内部应力增大，逐渐出现裂缝。此时由于混凝土表面被破坏，密闭性削弱，与海水的接触面积增大，腐蚀作用对于桩基的危害陡然加剧，同时反作用于钢筋，混凝土的保护能力下滑，性能退化，桩基负荷能力水平持续性减退。[2]

2.1 对钢筋的影响

混凝土表面出现裂缝是腐蚀作用通过诱导阶段的积累，进入了快速发展阶段的标志。为了定性研究腐蚀产生的裂缝对于钢筋结构的影响的大小，通过总结各类工程的实际检测数据，得到以下计算公式：

δω=0.078ω+0.008c/d+0.00055fcu+0.011

式中：δω为钢筋截面损失厚度，mm；ω为混凝土裂缝的宽度，mm；c为混凝土现存保护层厚度，mm；

d为钢筋直径，mm；fcu为抗压参数，是工程建设所用的混凝土材料的一类固有性质参数，N/mm2。

由此可见，在实际工程当中，混凝土对钢筋的保护作用效果在出现裂缝后大大下降，并且与裂缝的宽度具有正相关关系。此外，腐蚀作用效果也与桩基的实际工作负荷有关，而钢筋截面损失会大大降低钢筋的承载力，在腐蚀发展阶段形成了负反馈作用的闭环，如图2所示。

图2 钢筋与混凝土之间的相互作用关系

2.2 桩基承载力的下降

由于腐蚀作用同时牵涉浸出腐蚀、电化学作用、结晶作用等，在实际工程中，又与桩基负荷、钢筋腐蚀相互联系、共同作用，目前各类研究都没有得到一个全面的能体现桩基承载力与腐蚀程度之间的计算关系。[3]

但是通过控制和简化变量的方法，相关人员进行了大量单一条件的分析试验。通过综合试压结果可以确认的是，当混凝土腐蚀发生到一定程度后，其对桩基产生的最主要影响就是延展性退化和承载力下降。根据测试结果，在出现裂缝之前，桩基的主要性能参数变化不大；而在出现裂缝后，钢筋腐蚀与混凝土腐蚀之间发生协同作用，随着桩基延展性能退化、抗弯能力降低，甚至会发生水泥层整体脱落的情况，导致桩基出现结构性损伤。

3 防腐措施与混凝土防腐性能优化

海洋环境中桩基防腐措施主要有两个发展方向，一个是提高混凝土的技术含量，通过优化制作工艺，提高防渗性，强化其对桩基的保护能力；另一方面则是通过添加骨料，如粉煤灰等物质，对混凝土进行改性，强化各成分之间的连接，从而达到防止混凝土退化、保护桩基的工程目的。

3.1 加工工艺改良

一般来说，改良后的混凝土需要具备良好的强度和稳定性，对于海洋环境具有足够的抗性，能保持自身的化学性质与工作能力。为了提高混凝土的耐久性，必须强化混凝土的腐蚀抗性，减小孔隙率，使其分布尽量均匀。

通过对沿海地区各类工艺制作出的混凝土在工程中的实际表现效果进行归纳总结发现，裹砂搅拌工艺相较于传统的混凝土加工工艺，制作出的产物耐久性表现更好，泌水性质优良，通过强度测试，证实了其强度比一般产品高22%左右。[4]裹砂搅拌工艺的具体流程如图3所示。

图3 裹砂搅拌工艺流程图

3.2 混凝土改性

除了混匀方式减少有害孔，强化混凝土中各成分之间的物理化学连接也是改良孔隙分布、提高混凝土强度的重要手段，其中最有效的措施就是添加微小颗粒物，例如粉煤灰、硅粉、矿渣等直径在10 μm以下的集料。

以粉煤灰为例，加入后与其中的碱性物质发生反应，生成凝胶类产物，从而堵塞Cl-扩散通道，减少了与腐蚀因子接触的可能性。同时由于粉煤灰中钙相关化合物与浸出物反应，生成水化产物填补了内在的孔隙，因此可以减小孔隙率，降低了渗透性。

4 结 论

海洋环境中混凝土更易腐蚀，为了保证桩基的可靠性和耐久性，需要采取合理的防腐措施。

(2) 在实际工程中，腐蚀作用对于钢筋和混凝土的影响自发展阶段便呈现出系统性和综合性。同时，工作负荷也会影响腐蚀速度，最终降低桩基的承载性能。

(3) 优化混凝土的工艺流程与添加骨料进行混凝土改性都可以改良混凝土的防渗性能，综合改良后的混凝土经济有效，为海洋环境中的桩基可靠性提供了保障。