海洋桥梁腐蚀的思考

　　编者按：每年的4月24日，是世界腐蚀日（Corrosion Awareness Day），生活中，我们总听到某某金属材料生锈，这就是最常见的腐蚀现象。其实，腐蚀无处不在，对于材料来说，它就像“癌症”一样顽固而且危害巨大。

设计寿命在延长

　　桥梁在海洋环境中承受着交变载荷、海浪冲蚀、汽车尾气污染等多种腐蚀因素的交互作用，甚至还要承受台风雷暴等极端天气的考验，腐蚀往往在容易被人忽略的地方发生，对桥梁结构的完整性和稳定性造成损伤。这种结构完整性损伤会在飓风载荷和车辆的交变载荷下加剧，在一定的外界条件下会对桥梁产生严重破坏，甚至导致桥梁坍塌。

　　例如美国旧金山San Mateo-Hayward跨海大桥，处于浪溅区的预制横梁因钢筋锈蚀产生破坏，使用不到20年就必须耗巨资进行修补。我国在役的许多海洋桥梁、码头在建设初期未能进行腐蚀全面控制，投运3～15年之后，一般都会发生钢筋锈蚀、混凝土沿筋开裂，有的甚至会提前进入劣化期，导致计算简图彻底改变，结构的承载力丧失。

　　对于严重腐蚀的结构，目前尚无成熟的康复技术，即使投入大量资金，其结果也只是阻止加速腐蚀，但桥梁必须降级使用。

　　我国近20年建设了一大批结构新颖、现代化程度和科技含量高的斜拉桥、悬索桥、拱桥等特大型海洋桥梁，积累了丰富的桥梁设计和施工经验，桥梁建设水平已跻身于国际先进行列。其中，桥梁的设计寿命也从过去的30～50年增加到80～120年，这对于社会财富积累、建设节约型社会具有重要意义，同时，也保障了桥梁服役期的安全可靠性。

　　目前，海洋大桥的设计寿命为100年甚至120年，是指通过腐蚀防护技术保护桥梁结构的条件下大桥有效使用寿命。而我国过去建设的基础设施的设计寿命大多可维持30～50年，因此100～120年寿命指标的提出，对桥梁腐蚀防护技术、腐蚀防护管理均提出了更高要求。研究桥梁防腐新技术是时代的要求，是保障桥梁耐久性的重要前提，也是紧迫任务。

杭州湾大桥

环境和材料防腐

　　海洋桥梁上使用的钢结构有钢管桩、钢箱梁和钢制拉索等主要承重结构，以及钢围堰、承台底板以及螺栓紧固件、焊接结构等附加物。

　　其中，钢箱梁、钢制拉索所处的腐蚀环境主要是海洋大气区，腐蚀因素主要是汽车尾气和海水蒸汽，在这一环境中钢箱梁和钢制拉索的腐蚀形式以均匀腐蚀和点蚀为主。由于海洋大气环境非常潮湿、钢结构表面的电解质溶液充足，当异种金属结构相连时钢结构还较容易发生电偶腐蚀。

　　另外，钢箱梁和钢制拉索处于大气环境中，防护措施一般是涂覆防护涂层，不能采用电化学防护。钢管桩需要涂覆防腐涂层，但海水以及紫外线等会严重影响涂层的耐久性，必须配合电化学保护、外包其他防护材料等方法才能获得良好的防护效果。

　　海洋环境下钢筋混凝土的结构腐蚀主要体现在混凝土结构性能退化和钢筋腐蚀两方面。混凝土本身腐蚀破坏机理包括混凝土碳化以及混凝土冻融循环等破坏等。由于混凝土本身性能退化以及氯离子的侵蚀，破坏了钢筋表面的保护性环境使钢筋所处环境满足腐蚀发生的条件，从而导致钢筋发生腐蚀。

　　因此，钢筋混凝土的防腐蚀原理主要是通过物理或化学手段，提高混凝土的防护性能，具体措施主要有使用高质量混凝土、适当提高混凝土保护层厚度、在混凝土或钢筋表面涂覆防腐涂层、向混凝土中添加缓蚀剂以及采用电化学保护等。

　　在选择防护技术、制定防腐方案时，要按照不同的环境区域、不同材料有针对性地选择腐蚀防护方法。不同区域海洋大桥腐蚀环境多有不同，选择的防护方法存在较大区别。对于某一特定桥梁，可将划分成不同区域，对各区域进行有针对性地设计。划分各区域时要考虑环境特点、材料特点以及防腐方法的经济性等。

　　比如，杭州湾海域的泥沙含量、水流速较大，而港珠澳大桥海域则存在较多微生物，这些环境特点在防腐设计时必须予以考虑。采用高性能防腐涂料与阴极保护联用，结合腐蚀原位监测技术，中科院金属所已经为杭州湾大桥100年和钢珠奥大桥120年寿命的保障上做出了贡献。

　　来源：中国科学院沈阳分院