王峥 王同成
山东科技大学 土木工程与建筑学院 山东青岛 266590
摘要：海工高性能混凝土是海滨及海上结构物的重要材料，但是由于工作环境的复杂性，海工混凝土由于受冻融破坏、海水侵蚀、钢筋锈蚀、冰浪撞击、磨损等各种因素的影响使其过早破坏。本文从混凝土破环因素出发，分析海工混凝土破坏的主要因素，从冻融作用、钢筋锈蚀、海水化学侵蚀三个方面分析破环原因，总结国内外现有的研究现状及提出未来的发展方向，以期更好的延长海工混凝土的耐久性。
关键词：海工混凝土；冻融破坏；钢筋锈蚀；海水侵蚀；研究现状
1 海工混凝土概念
海工混凝土是指在海滨、海水中或受海风影响的环境中服役，受海水或海风侵扰的混凝土。海工混凝土包括海岸工程和近海工程以及虽在岸上，但受到海水或海洋大气的物理化学作用的构筑物所用混凝土。如：海港、入海河口整治、挡潮闸、工业引水、跨海桥梁、海岸防护、潮汐发电站、大型深水码头、海洋平台、临近入海口的内河港、桥梁等。海工混凝土由于经常地或周期性地与海水接触，受到海水或海洋大气（含有氯离子），或受波浪、流水的冲击、磨损等作用，而遭受损害，缩短耐用年限。
2 海工混凝土的破坏因素
作为在海上或滨海服役的混凝土工程，其工作环境的恶劣程度远远大于内陆地区的工作环境。不仅需要满足设计承载力要求，海面上的复杂环境往往是结构破环的主要因素。混凝土的破环。
2.1 物理因素
海上风大浪大，海面下又有各种漂浮物、水生生物等。在海上风力往往是陆地风力的几倍甚至是十几倍，海面上的混凝土建筑不仅仅要考虑强大的风荷载，还要考虑强大的风化作用，以及狂风带来的各种飘浮物的碰撞破坏等。
此外，海面昼夜温差大，干湿差距大。白天气温高，结构表面温度高，湿度较低，晚上气温低，结构表面温度低，湿度较高。由于干湿循环效应和日照交变热应力效应容易导致混凝土开裂，从而导致空气及海水中的各种盐类进入混凝土内部，从而引起内部破坏。
2.2 化学因素
沿海海工混凝土建筑物处于氯盐、镁盐、硫酸盐等强侵蚀环境，受外部环境破坏情况如下：
（1）沿海混凝土建筑物：处于氯盐、镁盐、硫酸盐等强侵蚀环境，它与临海接触面处于化学作用环境。
（2）水位变化区以上结构：受大气腐蚀。水位变化区（包括浪溅区、潮汐区）：
（3）环境水以动态存在，存在盐类的结晶膨胀、高碱性物质溶析、海水中Mg2+、Cl—、SO42-对混凝土侵蚀、冻融循环、千湿交替、钢筋锈蚀等，这一区域的腐蚀破坏最为严重。
（4）处于水位线以下区域，受海水化学侵蚀。
此外，混凝土内部的自腐蚀，环境微生物的腐蚀等也是化学腐蚀中的重要因素。这些因素的联合作用，加速了海工混凝土的破环，大大减少了其使用年限。
3 影响海工混凝土耐久性的主要因素
3.1 冻融作用
海工混凝土抗冻耐久性方面存在的问题，一部分是混凝土材料共同的问题（如引气、孔结构和强度等），另一些则是海洋环境中产生的特殊问题如盐结晶和海水化学腐蚀等。试验表明，在有盐溶液存在的情况下混凝土的饱水程度很高，因此，海工混凝土的冻融破坏更为严重，应从抗裂防渗和耐海水化学腐蚀两方面来保证海工混凝土抗海水冻融耐久性。
影响冻融破坏作用的主要因素在于：混凝土的饱水程度、混凝土的宏观结构（原材料及配合比等）和微孔结构，冻结的自然条件（包括冻结最低温度、冻融速率、总的冻融循环次数等）。
3.2 钢筋锈蚀
钢筋的锈蚀在混凝土耐久性问题中的地位日益突出。
钢筋锈蚀破坏最严重是潮汐区中部以上部位，我国南方海工混凝土破坏以钢筋锈蚀为主。钢筋锈蚀属电化学反应，其产生和发展必须同时满足：（1）钝化膜破坏；（2）足够量的氧；（3）足够量的水分，三者缺一不可[4]。
影响钢筋锈蚀的主要因素是：侵蚀介质的种类和浓度（CO2、 Cl-、SO42- 等），侵蚀介质在混凝土中的迁移扩散速度（决定于混凝土的密实度、含水量、碱度等）、混凝土保护层的厚度以及环境的温度、湿度和钢筋本身质量等。
3.3 海水化学腐蚀
处于海洋环境下的混凝士由于长期受海洋生物、无机盐、大气、水、温度等影响，混凝土结构极易遭到破坏。根据研究，对混凝土结构造成破坏的海洋作用主要有：冻融循环作用、钢筋锈蚀作用、碳化作用、碱-集料反应、酸碱腐蚀作用、冲击磨损的机械破坏作用等，而其中最主要的破坏原因是钢筋锈蚀和盐类侵蚀。
4 提高海工混凝土耐久性方法
4.1 物理隔断型
物理隔断型修补法是通过隔断氯离子、氧气和水等进入混凝土内部的通道来提升其耐久性，物理隔断型修补法包括表面处理法和填充法等[10]。
1)表面处理法。对结构整体强度影响不大的混凝士构件表面裂缝，一般可以采用表面处理法，此方法通常是使用渗透性防水剂和弹性覆膜防水材料等来恢复结构耐久性。
2)填充法适用于裂缝宽度已发展较大的混凝土结构，其原理就是把环氧树脂等填充料填充到混凝土裂缝孔隙内部，以此来恢复混凝士构件耐久性和整体性。
物理隔断型修补法通过适宜的修复材料修复混凝土裂缝，从而减少有害物质侵入混凝土内部来提升其耐久性。
4.2 阴级保护型
阴极保护型修补方法的原理是防止在钢筋表面形成电化学腐蚀电池从而提升结构耐久性，主要有牺牲阳极法和外加电流辅助阳极法[11]。牺牲阳极法是在钢筋上连接块更为活跃的金属，使该金属代替钢筋成为新的阳极，这样钢筋就成为了被保护的阴极。外加电流辅助阳极法就是将直流电的负极直接连接钢筋，正极连接难溶性的阳极,以此来保护钢筋不被腐蚀。
4.3 钢筋保护膜型
钢筋保护膜型修补法是在被氯离子破坏了钝化膜的钢筋上重新生成新的保护膜，使钢筋和有害物质隔离，具有代表性的方法是迁移性阻锈剂和电迁移性阻锈剂。当阻锈剂到达钢筋表面时会形成稳定的保护膜，使钢筋与氯离子等有害物质隔离从而阻止钢筋进一步锈蚀。
4.4 除氯并恢复钝化膜型
除氯并恢复钝化膜型修补法是一种新型的综合性方法，它提高混凝土耐久性的工作原理就是转移混凝土内部的氯离子并且将已经破坏的钢筋钝化膜进行恢复，其中具有代表性的方法有电化学脱盐法和双向电渗法。
5 结语
海洋工程建筑物在修建初期要考察施工区域的海洋环境，全面考虑气候条件、所属海域的基本情况及工程设计方案，并注重防腐措施及混凝土的耐久性问题。国内外经过多年的研究，对海工混凝土的破坏机理已经有深入的了解。
通过物理隔断、钢筋保护、除氯等方法，缓解钢筋腐蚀速度及氯离子浸入速度，从而提高混凝土耐久性。对于海工混凝土的冻融问题，适当调节盐水浓度。盐水溶液对混凝土冻融破坏具有利弊双重影响：能够降低饱和蒸气压，使冰点降低，能一定程度减轻冻融破坏。但是盐溶液使混凝土的吸水率提高，饱水程度明显增大；提高混凝土极限饱水程度，加剧冻融破坏；混凝土表面和内部盐浓度差造成的分层结冰将产生较大应力差，加剧混凝土表面剥蚀。
参考文献
[1] 赵平. 浅议影响海工混凝土耐久性的因素[J]. 港口工程, 1997(4).
[2] 孙美娟, 陈浩, 宋秋磊, 等. 长寿命海工高性能混凝土的设计与性能[J]. 混凝土, 2020, (3):113-116.
[3] 吴瑾,程吉昕.海洋环境下钢筋混凝土结构耐久性评估[J].水力发电学报, 2005, 24(1): 69-73.
[4]吴成福. 浅谈海工耐久混凝土抗渗性能的影响因素[J]. 质量监督与检测技术, 2005, 2(42): 75-76.
[5] 王彭生, 曾俊杰, 范志宏, 等. 海工结构混凝土耐久性设计中英标准对比及工程应用[J]. 腐蚀科学与防护技术, 2019, 31(6): 403-409.