产业动态 | 中国耗时最长的腐蚀实验，将混凝土放进海水30年，有意义吗？

2021-11-02 10:45:50 作者：本网整理来源：《腐蚀与防护之友》分享至：

海洋工程中，对工程质量造成最大、最长期的影响因素，就是氯盐。钢筋的锈蚀是一个电化学过程，由于碳化和氯盐的侵蚀造成了钢筋表面钝化膜的破坏，露出铁基。氯离子是极强的去钝化剂，会破坏钢筋表面的保护性钝化膜；在钢筋表面形成腐蚀电池，造成局部坑蚀或均匀腐蚀；与阳极反应产物生成可溶性物质的去极化作用，加速腐蚀程度；形成离子通路，降低阴阳极间的欧姆电阻，提高腐蚀效率。

一般认为，氯离子渗入混凝土中主要有三种方式，即扩散、毛细孔吸收和渗透。氯离子在混凝土中有三种存在形式，即水泥水化产物不可逆的物理吸附、与水泥中的C3A反应生成3CaO·Al2O3·CaCl2·0H2O、以游离氯离子存在于混凝土的孔溶液中。只有游离氯离子达到一定的阙值才会造成钢筋的锈蚀。

1981年，中交四航工程研究院牵头对华南沿海的18座海港码头进行了详细的码头腐蚀情况调研；调查结果显示，80%以上的码头都发生了严重或较严重的钢筋锈蚀破坏，大部分码头使用寿命不足20年，且当时海港工程的建设标准中几乎没有相关的耐久性技术指标。

1987年，为了测试氯盐对桥墩材质的腐蚀程度，工程师开展了暴露试验站实验，对混凝土结构耐久性进行研究，他们将钢筋混凝土试件放在海边，测试海水的腐蚀程度。工程师每天会提取提取样本，统计数据。最长的一块钢筋混凝土试件在海水里放置了近30年。

1996年，研究院对“混凝土”的耐久性问题已有了深刻的理解，制定的《水运工程混凝土质量控制标准》正式颁布实施，并在全国水运系统首先开展大掺量粉煤灰高性能混凝土的研究。团队将粉煤灰掺量从最初常用的大约10%增加到30%甚至40%，大大提升了混凝土的抗海水腐蚀性能，这就是“高性能混凝土”的雏形。

7300多组海上试验数据、高达1400多项混凝土工程样本，历经30年左右的海水混凝土实验，中交四航工程研究院进一步将磨细矿渣粉、硅粉等工业废渣废料掺入混凝土中，逐渐形成了国内至今仍在普遍采用的海工高性能混凝土技术，在抵抗氯离子能力方面，比普通混凝土高出了数倍。

最终，四航研究院在承接港珠澳大桥混凝土设计任务后，完美交出了在概率论基础上发展而来的“港珠澳模型”，并为港珠澳大桥长达120年的耐久性设计发挥了中流砥柱的作用。而这一切的成果都要归功于上世纪80年代末开始的针对我国混凝土结构和耐久性现状，开展的长达近30年的海边暴露试验站测试，而这便是我国国内重大基建工程建设的基础性实验。

我国开展了近30年的海水混凝土暴露实验到底意义在哪呢？

那么转眼30年快过去了，我国进行的混凝土海水实验意义到底在哪呢？随着中国基础设施建筑的扩建，每年全世界接近一半的桥梁工程基本由中国打造，而且高速公路网也达到了年5000多千米的增长速度。如果我们将全国每年消耗的混凝土量平均到个人，相当于每个人年消耗量达到了六吨。也正是在这种背景下，如何尝试设计出耐久性强、使用寿命长和环保程度高的混凝土，是各个建筑企业和研究院的当务之急。

混凝土暴露试验站实验，是检测和研究混凝土样品最为严苛的实验。1987年四航研究院将一批钢筋混凝土样品放在了海边，并且在近30多年时间中反复提取检测和数据统计，就是为了将混凝土在恶劣环境中的结构和耐久性等数据弄清楚。当时选择在海边这样对混凝土恶劣的环境中，是因为海边空气中富含的氯离子，其对混凝土的腐蚀性极高，故高强度耐久混凝土的研发就是一个中和以及抵抗氯离子的过程。而四航工程研究院的方法之一就是将粉煤灰掺杂进混凝土。

高性能混凝土的起步就是从掺杂大量粉煤灰开始的，随着研究院对混凝土特性研究的不断深入，矿渣粉等工业废料的混入极大提高了混凝土耐久性，这就是海工高性能混凝土的雏形，其在抵御氯离子性能上极强。上百万立方米的高性能混凝土，这是四航研究院承接港珠澳海底沉管隧道任务后生产出的，混凝土管道断面浇筑、海底内防裂防渗漏和高耐久性等优质性能，是研究院在七年后交出252个混凝土节段的成果，也让世界上难度最大的沉管隧道在此诞生。

清水混凝土构件和高流动性混凝土让港珠澳大桥长达120年的使用寿命成为可能

浑身上下看上去像玉石打造的清水混凝土构件，就是四航研究院经过无数次清水混凝土掺杂比例试验后研制出的。而沉管隧道要求最高的就是沉管隧道的最终接头，其采用的高流动性混凝土工艺堪称全国首次，四航研究院的技术团队在1年3个月的时间内，对75组掺杂比例展开了研究，从多项指标上最终确定了结构，填补了国内混凝土领域的技术空白。港珠澳大桥这项寿命达120年的超级工程，也正是有了高性能混凝土作为最基本的支撑。