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　　一、技術(shù)背景

　　1、背景說(shuō)明

　　橋梁、隧道、碼頭等基礎(chǔ)設(shè)施工程的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，是當(dāng)前亟待采取措施應(yīng)對(duì)的重大問(wèn)題。自上世紀(jì)70年代以來(lái)，逐漸發(fā)現(xiàn)的一些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)早期破壞的問(wèn)題，引起了人們對(duì)混凝土耐久性研究的重視。如我國(guó)浙江寧波港的在役混凝土碼頭，其10萬(wàn)噸級(jí)礦石中轉(zhuǎn)碼頭，是當(dāng)時(shí)的全優(yōu)工程，但使用不足11年，樁帽、水平撐就普遍開(kāi)始順筋漲裂，某些部位厚度4-5cm的保護(hù)層內(nèi)水溶性Cl-含量就已達(dá)0.8%左右。

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在我國(guó)沿海地區(qū)正進(jìn)行著歷史上最大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而這些大型海工混凝土建筑耐久性能否過(guò)關(guān)，工程壽命是否能達(dá)到要求，是擺在我們面前的難題所在。

　　在歐洲，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的不懈的研究探索與實(shí)踐，已經(jīng)取得了很多可資借鑒的應(yīng)用成果。丹麥FORCE就是其中重要的參與者之一。Force是丹麥政府最主要的顧問(wèn)公司，在上世紀(jì)70年代就開(kāi)始進(jìn)行耐久性方面的研究工作，其研發(fā)的腐蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在許多大型海工建筑上得到了成功的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)早期腐蝕信息的持續(xù)監(jiān)控，為將來(lái)的腐蝕修復(fù)措施或腐蝕防護(hù)等耐久性再設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確有效地信息。

　　2、國(guó)內(nèi)外典型應(yīng)用

　　荷蘭Green heart tunnel隧道

　　丹麥Great Belt link隧道和橋組合結(jié)構(gòu)

　　連接丹麥--瑞典的Oresund-Link兩用橋

　　日本的Tunnel Project in Tokyo

　　廈門(mén)翔安隧道

　　安徽省水利科學(xué)研究院

　　中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司

　　交通部公路科學(xué)研究所

　　二、原理闡述

　　金屬表面與周?chē)橘|(zhì)發(fā)生化學(xué)變化及電化學(xué)作用而遭到的破壞，叫做金屬的腐蝕。鋼筋腐蝕有兩大類(lèi)，分別是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕過(guò)程沒(méi)有電子的流動(dòng)，只是腐蝕現(xiàn)象的一小部分。鋼筋表面與介質(zhì)如濕空氣，電解質(zhì)溶液等發(fā)生電化學(xué)作用而引起的腐蝕就是電化學(xué)腐蝕，這個(gè)腐蝕過(guò)程中有電子的流動(dòng)。鋼筋的絕大部分腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕。鋼筋腐蝕的幾個(gè)必要條件：1.存在共軛陰極；;2.鋼筋的鈍態(tài)膜被破壞；3.存在侵蝕條件。

　　混凝土是一種高堿性環(huán)境（PH值約在13左右），鋼筋在這種環(huán)境下表面形成鈍態(tài)膜，因此其腐蝕速率非常低。但是當(dāng)鋼筋混凝土被Clˉ污染時(shí)，如海洋環(huán)境或者橋梁結(jié)構(gòu)冬季灑除冰鹽后，Clˉ通過(guò)混凝土表面的空隙逐漸擴(kuò)散至鋼筋表面，Clˉ可以破壞鋼筋的表面鈍性，鋼筋由鈍態(tài)轉(zhuǎn)為活性態(tài)，當(dāng)鋼筋脫鈍后，如果還存在侵蝕條件，則鋼筋陽(yáng)極處就失去電子生銹，鋼筋進(jìn)入腐蝕階段。鋼筋的腐蝕產(chǎn)物多為Fe3O4等氧化物，其體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)生這些產(chǎn)物的鋼的體積，因此產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，使混凝土開(kāi)裂。鋼筋混凝土腐蝕的另外一個(gè)原因是酸性物質(zhì)（如CO2）的滲入，識(shí)得孔隙液的PH值降低，當(dāng)PH值降至12.5時(shí)，加之Clˉ的作用，腐蝕以較快的速度發(fā)生。混凝土耐久性下降，強(qiáng)度退化可分為幾個(gè)階段。

　　以陽(yáng)極脫鈍開(kāi)始失去電子生銹的時(shí)間T為分界點(diǎn)。因此，如果我們可以通過(guò)一種手段，可以精確測(cè)試陽(yáng)極開(kāi)始失去電子生銹的時(shí)間，對(duì)于我們進(jìn)行腐蝕修復(fù)設(shè)計(jì)與施工就顯得尤為重要。國(guó)內(nèi)目前主要依靠實(shí)驗(yàn)室快速試驗(yàn)獲取的參數(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)同條件構(gòu)件破損或者無(wú)損試驗(yàn)結(jié)構(gòu)間接推斷這個(gè)時(shí)間，但由于各種原因，這個(gè)時(shí)間推斷的精度就難以保證，而且存在無(wú)法動(dòng)態(tài)反饋的缺點(diǎn)。如果在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部埋入能監(jiān)測(cè)整個(gè)脫鈍過(guò)程的傳感器，動(dòng)態(tài)地、長(zhǎng)期地獲得脫鈍的進(jìn)展情況及一些關(guān)鍵參數(shù)的信息反饋，那么就可以精確預(yù)報(bào)腐蝕開(kāi)始的時(shí)間。我們知道，新澆混凝土的脫鈍前鋒線位于混凝土表面，隨著時(shí)間的推演，脫鈍前鋒線將穿過(guò)保護(hù)層向鋼筋方向推進(jìn)。那么，在混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)層范圍內(nèi)，按不同深度埋入多個(gè)脫鈍傳感器，每個(gè)傳感器分布于混凝土表面到達(dá)鋼筋的保護(hù)層上，就可以利用一組脫鈍前鋒線道道多個(gè)不同深度傳感器的時(shí)間，建立前鋒面發(fā)展進(jìn)程的數(shù)學(xué)模型，從而可以推算出鋼筋脫鈍的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間值T能夠不斷得到動(dòng)態(tài)修正。如果T小于設(shè)計(jì)年限，就可以對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性再設(shè)計(jì)，及時(shí)啟動(dòng)腐蝕保護(hù)預(yù)案，并繼續(xù)對(duì)前鋒面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確認(rèn)腐蝕保護(hù)措施的效果。如果采取措施后，T仍小于設(shè)計(jì)年限。