建国以来, 我国在港口工程建设方面发生了巨大变化, 从解放初期仅有的6个较大港口发展到如今的1400多个沿海港口尤其是进入21世纪后, 我国集装箱吞吐量和港口货物吞吐量均已连续多年稳夺事件头牌, “十一五”之后, 海港的货物吞吐量将会增加到50亿吨。海港为我国国民经济的发展出了起到重要作用。
(1) 海港工程与一般工程相比, 所处的海水环境很恶劣。
海水对海港码头钢筋混凝土结构的腐蚀破坏相当迅速, 一个码头往往修建不到10年就会出现顺筋锈胀开裂甚至是剥落而这种情况相当普遍, 这使钢筋混凝土结构的使用安全性威胁受到严重威胁。
(2) 钢筋混泥土容易被海水腐蚀。
我国海岸线超过20000km, 而且由南到北气候条件差异很大, 导致我国海水的含盐量从北至南逐渐降低。但是从总的来说海水的盐度变化量并不大。目前我国港口工程的主要破坏形式是氯盐引起的锈蚀破坏。海水中的氯离子能渗入混凝土中从而使钢筋腐蚀。由于, 港口码头的建造材料大都是钢筋混泥土, 钢筋是骨混凝土是肉, 钢筋是整个建筑物的受力材料。一般情况下钢筋在混凝土的高碱性环境中呈钝态, 不受腐蚀, 随着混凝土的劣化和环境腐蚀介质 (例如氯离子) 的侵入, 使钢筋产生电化学腐蚀, 混凝土胀裂, 进而影响结构的承载能力严重时甚至导致结构破坏。由于水泥的水化作用, 钢筋在混凝土高碱性 (p H值约为13环境下, 表面能生成致密的钝化膜而获得保护。所以, 通常情况下, 混凝土能有效地保护钢筋, 但是, 在特殊条件下, 一些侵蚀性的物质会从混凝土的空隙进去, 不断地侵蚀钢筋的表面, 钢筋附近的环境慢慢发生着改变从而钢筋发生了腐蚀。同时, 码头由于长期遭受海水浸没、海水冲刷、氯离子、氧气渗入等影响, 腐蚀性更严重。
(1) 基本措施。
这里的基本措施是, 通过仔细设计和施工, 使得混凝土本生的质量得到最大限度地提高, 使其在使用中能保持低渗透性。只有减少渗透或者不渗透, 才能限制环境侵蚀介质渗透到混凝土中, 导致钢筋腐蚀。近几年来, 高性能混凝土的研发成功, 提高了混凝土对钢筋的保护作用。改变混凝土质量, 提高其对钢筋的保护作用是最经济实惠的, 也是最有效的。在混凝土中掺加粉煤灰可产生“活性效应、形态效应、微集料效应”, 总称为“粉煤灰效应”。“粉煤灰效应”的二次水化作用、减水作用和微集料作用使混凝土的密实度大大提高, 改善了混凝土的孔结构, 降低了混凝土的空隙率, 提高了混凝土的抗渗性能, 使环境腐蚀介质不容易侵入同时, 可以增强混凝土的护筋效果和抑制碱集料反应。
(2) 补充措施。
这里的补充措施是指, 在环境侵蚀作用很严重的时候, 如果单单靠混凝土达不到对钢筋的保护作用了, 就需要增加其它的保护措施。例如混凝土掺加阻锈剂、涂覆混凝土表面涂层和阴极保护、采用环氧涂层钢筋。这些措施都是近年来, 针对海洋环境下的混泥土耐久性而设计的。
混凝土掺加阻锈剂是一种比较经济的方式, 阻锈剂可以改变接触混凝土钢筋的介质环境, 通过提高氯离子产生腐蚀的临界浓度值来稳定钢筋表面的氧化物保护膜, 从而延长混凝土结构的寿命。
混凝土表面涂层对环境腐蚀介质有隔绝作用, 能有效地防止海水中的氯离子通过混泥土空隙渗透到钢筋周围, 从而侵蚀钢筋的外环境。混凝土表面涂层有两种, 一种是封闭性涂层;一种是渗透性涂层。封闭型涂层有着很好的密实性、抗渗性和附着力。
渗透性涂层就是在混凝土的表面涂上渗透性涂料, 这些渗入混泥土的涂料在混凝土内部形成保护层, 更有效地防止外界环境里的腐蚀介质深入混凝土内部, 进一步保护钢筋, 使其免受腐蚀。
在码头上, 混泥土的区域被分为四个区——大气区, 即裸露在外面不被海水飞溅、侵蚀的区域;浪溅区, 即能被浪花飞溅到, 但是不会长时间被海水浸泡的区域;水位变动区, 即海水涨潮、落潮时候浸泡到的区域;水下区, 顾名思义, 这就是长期浸泡在海水里的区域;泥下区, 泥面以下的区域。根据不同的区域, 采取不同的措施。例如, 大气区一般用涂层保护措施, 浪溅区和一些水位变动区用涂层保护加上阴极保护措施或者单独使用阴极保护措施;部分水位变动区和水下区一般不采用涂层保护措施而单独采用阴极保护措施。
什么是阴极保护法?阴极保护法就是运用钢筋自身的电化学腐蚀原理, 人为地给钢筋施加负向电流, 从而使金属表面的反应由原来的失去电子的氧化反应, 成为得到电子的还原反应, 从而降低或避免钢筋腐蚀的技术。
阴极保护法又分为两种:一种是牺牲阳极阴极保护;另一种是外加电流阴极保护。外加电流阴极保护, 是一种用外部直流电源直接把阴极电流通向被保护金属, 使其阴极化, 从而达到保护的目的的方式。它主要是由辅助阳极参比电极、直流电源和相关的连接电缆所组成。
牺牲阳极阴极保护是由一种比被保护金属电位更负的金属或合金与被保护金属电性连接, 在电解液中, 牺牲阳极因较活泼而优先溶解释放电流供被保护金属阴极极化, 实现保护。阴极保护是一种基于电化学腐蚀原理而发展的一种电化学保护技术。在电极反应中任意两种金属/合金的组合, 都可构成电化学电池;低电位者为电池的阳极, 主要发生氧化反应;高电位者为阴极, 主要发生还原反应。由于阳极和阴极之间存在着电位差, 外部电连接的阳极和阴极之间将有电流流过电池, 从而加速了阳极的腐蚀, 同时抑阻阴极的腐蚀, 使阴极金属获得阴极保护。目前深水码头的基桩, 普遍采用大直径钢管桩。由于长年处于海水状态下, 作为主要海洋工程结构物钢管桩, 其防腐工作极其重要。钢管桩牺牲阳极阴极保护是一种控制金属电化学腐蚀的保护方法。钢管桩牺牲阳极的阴极保护原理钢管桩牺牲阳极的阴极保护是一种控制金属电化学腐蚀的保护方法。在牺牲阳极阴极保护系统构成的电池中, 氧化反应集中发生在阳极 (铝-锌-铟合金块) 上, 从而抑阻了作为阴极的被保护金属 (钢管桩) 上的腐蚀。
在海港码头工程中, 为了防止钢筋的腐蚀, 增加混泥土的密实度、降低其空隙, 提高其抗渗透的能力, 码头工程所使用的混凝土应该采用高性能的混凝土。
对于混凝土的补充措施, 首选表面涂层技术和阴极保护技术。由于码头分区不同, 接触海水的面积的同, 所使用的防腐措施也各不相同, 水下区可采用牺牲阳极阴极防护措施;浪溅区、潮差区是钢筋混凝土结构腐蚀最严重的部位, 可采用涂层与牺牲阳极阴极保护联合防护措施或单独采用锌合金牺牲阳极阴极保护措施;大气区可采用涂层防护措施。
摘要：海港码头, 作为重要的交通基础设施在我国国民经济发展中起了很大的作用。但是, 海港码头工程所处环境比河港码头要恶劣得多, 对于海港码头来说, 防腐工作技术更加迫切。本文对海港码头工程中的防腐技术进行了阐述。
关键词：海港码头,防腐工作,渗透性涂层,混凝土表面涂层,阴极保护法
[1] 张东东, 邵吉林.海港码头钢筋混凝土建筑物的腐蚀和防护[J].交通科技, 2010 (5) .
