高桩梁板式码头结构耐久性问题机理研究与修复措施

　　摘要：分析高桩梁板式码头受腐蚀机理，从混凝土耐久性问题产生机理角度对高桩码头进行研究，并从设计、施工角度提出相应的修复措施。
　　关键词：高桩梁板式码头耐久性氯离子氰凝
　　自建国以来，混凝土高桩梁板式码头结构在我国淤泥质海岸及河口地区被普遍推广。该结构经过多年生产实践，体现出技术成熟、受力明确、预制装配化程度高、施工方便等显著优点，特别适用于沿海软土地基，在业内已深受青睐。但是设计施工方便成熟的同时，生产实践中也曝露出这一结构的耐久性问题。因此，码头修复课题在港口建设发展中仍然占有这十分重要的作用。
　　高桩码头结构耐久性问题机理
　　混凝土结构的耐久性是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，保持其自身工作能力的性能。由混凝土耐久性引起的结构工作性能的改变包括混凝土结构构件的承载能力降低，最终影响整个结构的安全性。通常情况下，钢筋表面的混凝土层对钢筋有物理和机械保护作用，同时，混凝土中的氢氧化钙饱和溶液为钢筋提供的是一个高碱度的环境（pH>12.5），能使钢筋表面沉积一层致密的、难熔的氧化铁、氧化亚铁和氢氧化铁薄膜，称为钝化膜，使钢筋即使在有空气和水存在的情况下也不被锈蚀破坏。当碱性环境降低时，钝化膜逐步被破坏，钢筋逐渐开始锈蚀。当pH<12时，锈蚀速度明显增大。混凝土结构中钢筋锈蚀受许多因素影响，包括：钢筋直径，水泥品种，混凝土实密度，保护层的完好性以及外部环境等。本文重点讨论海洋腐蚀环境对混凝土结构的侵蚀。
　　1、氯离子侵入混凝土
　　海洋中的氯离子以海水、海雾等形式渗入混凝土中，影响混凝土结构的使用性能和寿命，以往的海港码头等工程多数达不到设计寿命要求，氯化物算是最危险的侵蚀介质，应引起高度重视。氯离子侵入混凝土腐蚀钢筋的机理为：①破坏钝化膜。氯离子进入混凝土到达钢筋表面，吸附于局部钝化膜处并发生化学反应，可使该处的pH值迅速降低，甚至可以达到酸性程度，从而破坏钢筋表面的钝化膜；②形成腐蚀电池。实际工程中的混凝土是不均质的，钢筋表面钝化膜的虽然局部发生了破坏，但是这些部分露出的铁基体和完好的钝化膜区域却形成了电位差。铁基体作为阳极受到腐蚀，大面积钝化膜作为阴极，腐蚀电池作用的结果使得钢筋表面产生蚀坑。同时，由于大阴极对应于小阳极，蚀坑的发展会十分迅速；③去极化作用。氯离子在上述的化学反应中是不被消耗的，它的搬运作用使得阳极过程加速进行，即加速了腐蚀电池的作用。一旦氯离子进入混凝土，便不停得起到破坏作用，危害巨大；④导电作用。混凝土中氯离子的存在，强化了离子通路，降低了两极之间的欧姆电阻，提高了腐蚀电池的效率，从而加速了电化学腐蚀过程，钢筋加速锈蚀。
　　阳极：Fe→Fe2++2e，
　　阴极：O2+2H2O+4e→4OH-，
　　阳极表面二次化学过程：
　　Fe2++2OH-？坂Fe（OH）2，
　　4Fe（OH）2+O2+2H2O？坂4Fe（OH）3.
　　通常氯离子的侵入方式是以几种侵入方式的组合而作用的。在许多情况下，扩散被认为是一种主要的传输方式之一。对于现有的没有开裂且水灰比不太低的结构，大量的检测结果表明氯离子的浓度可以认为是一个线性的扩散过程，这个扩散过程一般满足Fick第二定律，即：
　　，C为扩散物质的体积浓度（kg/m），t为扩散时间（s），x为距离（m）。D为溶质的扩散系统，通常看为常数。也可整理为：
　　，其中，Ci为混凝土中原始氯离子含量，Cs为混凝土表面氯离子含量，为误差函数，x为距离混凝土表面的深度，D为混凝土中氯离子扩散系数。模型可以从定性的角度对氯离子扩散给出合理的解释，但是一些参数很难确定，定量计算的准确度还有待观察。
　　2、海水中的硫酸盐的侵蚀