沿海水闸混凝土碳化寿命的可靠度分析

黄文涛

[摘要]沿海水闸靠近海洋环境，混凝土结构长期受到氯离子侵蚀和碳化共同作用，其耐久性问题更为突出。在菲克稳态扩散定律的基础上，在获得现场实测的小样本数碳化数据后，采用可靠度分析方法，预测混凝土结构的剩余寿命。结果表明检测的水闸碳化深度小于保护层厚度，且预测剩余寿命非常乐观。

[关键词]沿海；水闸；混凝土碳化；可靠度

文章编号：2095-4085（2017）01-0089-02

混凝土碳化是空气中的酸性气体CO₂与混凝土中的碱性物质相互作用，致其成分、组织和性能发生变化，并使其技能下降的一种复杂变化。碳化引起混凝土的碱度降低，进而破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去对钢筋的保护作用，继而导致混凝土钢筋锈蚀，甚至导致混凝土结构提前发生耐久性失效。沿海水闸不仅要起到防洪排涝作用，同时也要承担挡潮的任务，运行环境相对恶劣，其混凝土结构的耐久性問题普遍突出。除此之外，水闸靠近海洋环境尤其海洋大气环境，空气CO₂和氯离子浓度更高，结构长期受到氯离子侵蚀和碳化的共同作用，加剧了结构的耐久性破坏。

结构寿命是指结构在使用过程中满足既定功能的使用年限。混凝土碳化是衡量工程中钢筋混凝土结构可靠度的重要指标，如何预测沿海水闸在多目标、复杂环境条件下运行的剩余寿命，充分挖掘钢筋混凝土结构的使用潜力，是本文着重探讨的问题。

因此，碳化使得混凝土逐渐中性化，降低环境的碱性，这样就给“有害物质”提供了便利，进而破坏钢筋表面的钝化膜，使混凝土失去了对钢筋的保护作用，又在水分和氧气的综合作用下，钢筋开始锈蚀。同时，碳化还会加剧混凝土的收缩，使得结构产生拉应力作用而逐渐开裂，甚至结构的整体破坏。

氯离子的存在会加剧混凝土的碳化，更容易导致结构的退化。研究发现经NaCl溶液浸泡后，混凝土的抗碳化能力下降，而且粉煤灰、矿渣双掺混凝土的抗碳化能力低于普通混凝土，粉煤灰含量越多，抗碳化能力下降越明显。当氯离子侵入后，氯盐晶体填充结构孔隙，同时氯离子的侵入也会形成弗雷德盐，当水闸在洪水和潮水涨落的工况中运行，易出现干湿交替的情况，会使得混凝土结构发生盐胀而产生微裂纹，加剧碳化作用。

2.混凝土结构碳化寿命模型

相关工程实践表明，钢筋一旦开始锈蚀，只要不大的锈蚀量和不长的试件，就足以导致混凝土开裂。开裂后的锈蚀又受到更多不确定因素的影响，难以对其作出定量的估计。目前，大多数混凝土结构都以碳化深度达到钢筋表面作为钢筋锈蚀的标志，并以此作为预测碳化寿命的准则。

3.工程算例

本文选取宁波甬新闸的碳化检测结果，甬新闸承担甬江流域防洪排涝兼挡潮的任务，工程等级为Ⅱ等，其主要建筑物水闸为2级，次要建筑物为3级，该工程已经运行11年。本次检测对象包括水闸闸门板、闸墩、胸墙、检修桥板、工作桥桥板及启闭机房立柱等部位的混凝土，考虑到不同构件运行环境的恶劣情况及结构重要性，选择其中碳化较为严重的胸墙和工作桥板作为研究对象。胸墙和工作桥板保护层厚度分别服从正态分布N（44.3，3.82），N（33.5，2.82），碳化深度检测数据如表1所示。

4.结语

本文根据菲克稳态扩散定律的碳化模型，并采用可靠性计算方法预测沿海水闸的剩余使用寿命。本次检测结果表明各构件实测混凝土碳化深度均小于钢筋保护层厚度实测值，而且剩余寿命也非常乐观。