周振平

摘要：對(duì)港口工程結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)的耐久性問(wèn)題進(jìn)行分析研究，從材料使用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、海上施工等幾方面進(jìn)行分析論證，以期拋磚引玉，找到更好的提高結(jié)構(gòu)耐久性的方法。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)耐久性；材料防腐；高性能混凝土

一、 港口工程結(jié)構(gòu)耐久性的現(xiàn)狀

在港口建筑工程中，對(duì)結(jié)構(gòu)發(fā)生作用的因素主要分為三類：荷載、災(zāi)害、環(huán)境。其中荷載和災(zāi)害因素主要對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生影響，以往的研究也比較多，而環(huán)境因素主要對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生影響，由于這類影響的長(zhǎng)期性和隱蔽性，長(zhǎng)期以來(lái)并未獲得足夠的重視。具體來(lái)講，環(huán)境因素包括海洋、土壤和大氣中各種鹽類的腐蝕作用、除冰鹽的使用、由氣候條件引起的凍融循環(huán)和干濕循環(huán)等。此類耐久性問(wèn)題帶來(lái)的后果不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的巨大損失，也給結(jié)構(gòu)的安全性帶來(lái)巨大隱患。

港工混凝土結(jié)構(gòu)破壞的原因首先是鋼筋腐蝕，其次是凍害。因長(zhǎng)期使用除冰鹽引起的耐久性問(wèn)題同樣嚴(yán)重，此外，我國(guó)西部地區(qū)大范圍的鹽漬土，北方地區(qū)的凍融環(huán)境，均使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面臨嚴(yán)重的耐久性問(wèn)題。

由于耐久性問(wèn)題帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，港口工程的耐久性引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。隨著近年國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，港口工程建設(shè)的質(zhì)量要求越來(lái)越高，同時(shí)港口建筑工程的全壽命成本分析也得到了越來(lái)越多的關(guān)注，因此對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性也提出了更高的要求。

鑒于最近幾年工程界對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性要求的大幅提高，耐久性問(wèn)題得到了前所未有的關(guān)注，新材料新技術(shù)大量涌現(xiàn)，解決了不少實(shí)際問(wèn)題，極大地推動(dòng)了港口工程耐久性技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。為了能夠更好地利用目前發(fā)展的技術(shù)解決結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題，在實(shí)踐過(guò)程中必須重視以下幾點(diǎn)。

首先是轉(zhuǎn)變觀點(diǎn)，由于環(huán)境因素往往對(duì)結(jié)構(gòu)物的建造材料直接產(chǎn)生影響，使結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為因材料劣化而失效，因而人們片面地認(rèn)為，采用了耐久性材料就解決了結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題。然而，國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐情況表明，耐久性問(wèn)題的解決不僅僅是材料的問(wèn)題，更需要解決施工過(guò)程中的管理和質(zhì)量控制問(wèn)題。

其次是要綜合運(yùn)用多種技術(shù)來(lái)解決耐久性問(wèn)題。例如，高性能混凝土是解決海洋環(huán)境下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的一種非常有效的手段，但要發(fā)揮其高耐久性的特點(diǎn)，不僅要有材料配制的技術(shù)，還需要先進(jìn)的原材料加工技術(shù)、施工養(yǎng)護(hù)技術(shù)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的全面考慮。

二、 多種耐久性技術(shù)的綜合使用

對(duì)港口工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行“耐久性設(shè)計(jì)”的概念在我國(guó)則近幾年才出現(xiàn)?，F(xiàn)如今已出現(xiàn)了多種非常有效的提高結(jié)構(gòu)耐久性的方法，以抗腐蝕技術(shù)為例，就有如下幾種有效的技術(shù)方法。

（1）高性能混凝土的應(yīng)用

所謂高性能混凝土就是以一定的新材料配制技術(shù)以及良好的生產(chǎn)、澆搗和養(yǎng)護(hù)技術(shù)，達(dá)到高工作性、高強(qiáng)度以及高耐久性，尤以高耐久性為其區(qū)別于普通混凝土的最明顯特征。主要方法是通過(guò)摻用活性礦物摻合料（粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅粉等），提高混凝土的性能，有效阻止氯離子的滲入，從而達(dá)到有效保護(hù)鋼筋的目的。

（2）鋼筋混凝土構(gòu)件外施用防滲涂料

在混凝土構(gòu)件外表面施用各類涂料，如封閉型和滲透型涂料?；虿捎美w維增強(qiáng)材料等直接裹覆，可在其使用壽命內(nèi)有效隔離氯離子的滲透。

（3）增加混凝土保護(hù)層厚度

眾多的調(diào)查和試驗(yàn)都顯示，在氯鹽環(huán)境下的港口工程結(jié)構(gòu)中增加混凝土保護(hù)層厚度是提高耐久性的一項(xiàng)有效措施。

（4）混凝土中摻用阻銹劑

利用化學(xué)物質(zhì)提高鋼筋開(kāi)始銹蝕的電位，可降低鋼筋表面鈍化膜對(duì)氯離子的敏感性，從而提高港口工程結(jié)構(gòu)的耐久性。

（5）鋼筋表面使用防腐涂料

經(jīng)噴砂除銹鋼筋表面敷涂一層致密的防腐涂料層，使鋼筋與腐蝕性環(huán)境隔離。

以上是提高港口工程混凝土耐久性的幾種較為常用的技術(shù)手段，在實(shí)際工程中，單靠一種技術(shù)常常是達(dá)不到所需要的耐久性要求的。根據(jù)理論研究，將幾種耐久性技術(shù)合理綜合應(yīng)用，可產(chǎn)生事半功倍的效果，從而得到港口工程結(jié)構(gòu)耐久性的最優(yōu)設(shè)計(jì)。

三、 材料設(shè)計(jì)與施工的合理結(jié)合

在結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要有適應(yīng)于材料設(shè)計(jì)的施工工藝。目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的高性能混凝土，由于各類活性礦物摻合料的應(yīng)用以及采用較低的水膠比，極大地改善了混凝土的顆粒級(jí)配，使混凝土達(dá)到了前所未有的致密性和抗?jié)B性，但由于高性能混凝土拌和物含細(xì)材料多，又往往采用較低的水膠比，因此成為低泌水材料，因此相比普通混凝土?xí)a(chǎn)生較大的塑性收縮。高性能混凝土的水化作用持續(xù)時(shí)間也比普通混凝土長(zhǎng)得多，如果外界沒(méi)有水分交換條件，水化作用會(huì)消耗漿體內(nèi)部自身水分而產(chǎn)生自收縮。膠凝材料的活性越大、水膠比越低，則自收縮越大。因此高性能混凝土如果按照普通混凝土的要求進(jìn)行的養(yǎng)護(hù)，極易引起因早期收縮而造成的開(kāi)裂，而裂縫一旦出現(xiàn)，將為氯離子的侵入提供快速通道，高性能混凝土所應(yīng)有的耐久性就不能實(shí)現(xiàn)。因此在高性能混凝土的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)通過(guò)及時(shí)養(yǎng)護(hù)、延長(zhǎng)浸水養(yǎng)護(hù)時(shí)間、覆蓋塑料薄膜等措施，避免其開(kāi)裂，使其發(fā)揮最大作用。

四、材料設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理結(jié)合

目前我國(guó)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本上是基于安全性和承載力的設(shè)計(jì)，而對(duì)各種環(huán)境因素作用下的結(jié)構(gòu)耐久性缺乏較完整的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，也沒(méi)有明確的設(shè)計(jì)使用壽命要求。在這種情況下，結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題的解決往往依賴施工過(guò)程中的材料選擇和施工工藝的改進(jìn)。

從防止構(gòu)件開(kāi)裂的意義上來(lái)講，業(yè)界普遍存在一個(gè)共識(shí)：合理的配筋可以有效控制鋼筋混凝土構(gòu)件開(kāi)裂，而控制開(kāi)裂是保證結(jié)構(gòu)耐久性的一項(xiàng)重要措施。

對(duì)海洋環(huán)境下的鋼筋混凝土，氯鹽污染導(dǎo)致的鋼筋銹蝕是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的的最主要因素，因此結(jié)構(gòu)的使用壽命預(yù)測(cè)也主要針對(duì)氯離子侵入過(guò)程的計(jì)算來(lái)進(jìn)行。

可見(jiàn)，獲得更好耐久性的根本措施在于降低砼材料的氯離子擴(kuò)散系數(shù)和增加保護(hù)層厚度。因此在追求材料高性能的同時(shí)，增加保護(hù)層厚度成為提高結(jié)構(gòu)耐久性的最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施。

需要指出的是，合理配筋所防止的是結(jié)構(gòu)裂縫，包括荷載引起的裂縫和大體積混凝土溫度變化所引起的裂縫，與上述混凝土早期裂縫不同。混凝土的早期收縮裂縫與材料和施工因素有關(guān)，而結(jié)構(gòu)裂縫的控制很大程度上取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高性能混凝土與普通混凝土的結(jié)構(gòu)裂縫在本質(zhì)上是一樣的，盡管高性能混凝土因摻入了大量礦物摻合料而具有較低的水化熱，但由于現(xiàn)代大型工程的構(gòu)件往往比較大，而為了獲得較高的耐久性又采用較厚的保護(hù)層，仍然較易出現(xiàn)此類裂縫。

可見(jiàn)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以有效保證結(jié)構(gòu)的耐久性，同時(shí)在配筋設(shè)計(jì)中，應(yīng)在增加保護(hù)層厚度與控制構(gòu)件開(kāi)裂之間尋求一個(gè)平衡點(diǎn)，使鋼筋保護(hù)層在不開(kāi)裂的情況下最大程度地發(fā)揮其護(hù)筋作用。

五、材料設(shè)計(jì)與材料生產(chǎn)的合理結(jié)合

港口工程結(jié)構(gòu)的耐久性是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要先進(jìn)的材料技術(shù)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及良好的施工工藝，同時(shí)材料的生產(chǎn)技術(shù)也至關(guān)重要。高性能混凝土用于海上施工時(shí)存在以下問(wèn)題：

（1）海上施工的可操作性

由于水泥和外摻料分別加入，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)要求配有相應(yīng)筒倉(cāng)，但海上施工時(shí)主要由攪拌船進(jìn)行施工作業(yè)，受空間限制，一般不可能配置太多筒倉(cāng)，且各筒倉(cāng)的容積比很難與膠凝材料的組成比例相吻合，使上料后連續(xù)澆筑的混凝土方量大打折扣。

（2）對(duì)工期的影響

海洋上的氣候與施工條件遠(yuǎn)比陸地苛刻，有效施工時(shí)間遠(yuǎn)少于陸上，船機(jī)工作效率大大降低。

六、建立結(jié)構(gòu)的綜合評(píng)估技術(shù)

海洋環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，海水中氯鹽的長(zhǎng)期滲透會(huì)使鋼筋銹蝕、體積增大，有效斷面減小，造成構(gòu)件實(shí)際承載力的降低。如果鋼筋銹蝕引起保護(hù)層混凝土脹裂、脫落，則對(duì)構(gòu)件承載力的影響更大。對(duì)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件，保護(hù)層的缺失還直接影響到預(yù)應(yīng)力筋的錨固性能，從而形成結(jié)構(gòu)的安全性隱患。此類安全隱患目前在結(jié)構(gòu)評(píng)估中是較少考慮的。

因此，建立結(jié)構(gòu)安全性、承載力與耐久性的綜合評(píng)估技術(shù)意義重大。

七、小結(jié)

港口工程結(jié)構(gòu)的耐久性問(wèn)題是普遍存在的，我們應(yīng)該在實(shí)際工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，逐漸探索適應(yīng)中國(guó)國(guó)情的新技術(shù)，目前，港口工程結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題正引起越來(lái)越多的關(guān)注，隨著有關(guān)研究的逐步深入和更多的工程實(shí)踐，港口工程結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題必將得到更好的解決。