中國耗時(shí)最長的實(shí)驗(yàn)，將鋼筋混凝土放進(jìn)海水30年，究竟有什么意義
在海洋工程里，對(duì)工程質(zhì)量造成最大的，最長期的影響因素，就是氯鹽。
鋼筋的銹蝕是一個(gè)電化學(xué)過程, 由于碳化和氯鹽的侵蝕造成了鋼筋表面鈍化膜的破壞, 露出鐵基。氯離子是極強(qiáng)的去鈍化劑, 氯離子作為去鈍化劑, 破壞鋼筋表面的 保護(hù)性鈍化膜; 在鋼筋表面形成腐蝕電池, 造成局部坑蝕或均勻 腐蝕; 與陽極反應(yīng)產(chǎn)物生成可溶性物質(zhì)的去極化作用, 加速腐蝕 程度; 形成離子通路, 降低陰陽極間的歐姆電阻, 提高腐蝕效率。
一般認(rèn)為, Cl - 滲入混凝土中主要有 3 種方式, 即擴(kuò)散、毛細(xì) 孔吸收和滲透。氯離子在混凝土中有 3 種存在形式, 即水泥水化 產(chǎn)物不可逆的物理吸附所吸附; 與水泥中的 C3A 反應(yīng)生成 3CaO·Al2O3·CaCl2·0H2O; 以游離 Cl - 存在于混凝土的孔溶液中。只有 游離 Cl - 達(dá)到一定的闕值才會(huì)造成鋼筋的銹蝕。
1981年，四航研究院牽頭對(duì)華南沿海的18座海港碼頭進(jìn)行了詳細(xì)的碼頭腐蝕情況調(diào)研；調(diào)查結(jié)果顯示，80%以上的碼頭都發(fā)生了嚴(yán)重或較嚴(yán)重的鋼筋銹蝕破壞，大部分碼頭使用壽命不足20年，且當(dāng)時(shí)海港工程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中幾乎沒有相關(guān)的耐久性技術(shù)指標(biāo)。
1987年，為了測試氯鹽對(duì)橋墩材質(zhì)的腐蝕程度，工程師開展了暴露試驗(yàn)站實(shí)驗(yàn)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行研究，他們將鋼筋混凝土試件放在海邊，測試海水的腐蝕程度。工程師每天會(huì)提取提取樣本，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。最長的一塊鋼筋混凝土試件在海水里放置了近30年。
1996年，研究院對(duì)“混凝土”的耐久性問題已有了深刻的理解，制定的《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》正式頒布實(shí)施，并在全國水運(yùn)系統(tǒng)首先開展大摻量粉煤灰高性能混凝土的研究。團(tuán)隊(duì)將粉煤灰摻量從最初常用的大約10%增加到30%甚至40%，大大提升了混凝土的抗海水腐蝕性能，這就是“高性能混凝土”的雛形。
在經(jīng)過近三十年的科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，工程師們研究深入，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將磨細(xì)礦渣粉、硅粉等工業(yè)廢渣廢料摻入混凝土中，逐漸形成了國內(nèi)至今仍在普遍采用的海工高性能混凝土技術(shù)，在抵抗氯離子能力方面，比普通混凝土高出了數(shù)倍。
研發(fā)出的新型高性能混凝土，很好地保障了海洋工程抵御氯鹽的侵蝕，在港珠澳大橋等一系列海洋工程中得到了應(yīng)用。
總長約55公里，作為集橋、島、隧于一體的世界最長的跨海大橋，也是綜合建設(shè)難度最大、最具挑戰(zhàn)性的超級(jí)工程：在風(fēng)大浪急的外海搭建使用壽命120年的鋼鐵巨橋、在海底40多米深處建造最長的沉管隧道、穿越30萬噸級(jí)航道和白海豚保護(hù)區(qū)的施工現(xiàn)場……可以說，每一項(xiàng)挑戰(zhàn)都前所未有。
尤其是120年的設(shè)計(jì)使用壽命，大橋位于珠三角伶仃洋和珠江流域的交匯口，這是一個(gè)洋流、航道、海床、氣候等自然條件極其復(fù)雜的海域，高溫高濕多鹽的海洋環(huán)境對(duì)大橋根基混凝土的抗海水滲透性、耐腐蝕性提出了更高的要求。
四航研究承擔(dān)并組織實(shí)施了“港珠澳大橋混凝土結(jié)構(gòu)120年使用壽命保障關(guān)鍵技術(shù)”系列研究，技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)港珠澳大橋的服役環(huán)境，從7300多組暴露試驗(yàn)數(shù)據(jù)、1400多個(gè)實(shí)體工程樣品入手，對(duì)近30年暴露試驗(yàn)站的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行有效篩選和科學(xué)分析，終于建立了基于概率理論的“港珠澳模型”，并為世紀(jì)工程編制了專用的《港珠澳大橋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)指南》，將港珠澳大橋120年的使用壽命由設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)。
高抗?jié)B性、高抗凍性性、高抗腐性的新型高性能混凝土保障了港珠澳大橋的順利建成，除此之外，它更是國家公路、鐵路、大橋等基建工程必不可少的骨架結(jié)構(gòu)。
編輯：曾家明
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