海洋工程中，對工程質(zhì)量造成大、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，會(huì)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，氯離子滲入混凝土中主要有三種方式，即擴(kuò)散、毛細(xì)孔吸收和滲透。氯離子在混凝土中有三種存在形式，即水泥水化產(chǎn)物不可逆的物理吸附、與水泥中的C3A反應(yīng)生成3CaO·Al2O3·CaCl2·0H2O、以游離氯離子存在于混凝土的孔溶液中。只有游離氯離子達(dá)到一定的闕值才會(huì)造成鋼筋的銹蝕。1981年，中交四航工程研究院牽頭對華南沿海的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)。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“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。
7300多組海上試驗(yàn)數(shù)據(jù)、高達(dá)1400多項(xiàng)混凝土工程樣本，歷經(jīng)30年左右的海水混凝土實(shí)驗(yàn)，中交四航工程研究院進(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。
終，四航研究院在承接港珠澳大橋混凝土設(shè)計(jì)任務(wù)后，交出了在概率論基礎(chǔ)上發(fā)展而來的“港珠澳模型”，并為港珠澳大橋長達(dá)120年的耐久性設(shè)計(jì)發(fā)揮了中流砥柱的作用。而這一切的成果都要?dú)w功于上世紀(jì)80年代末開始的針對我國混凝土結(jié)構(gòu)和耐久性現(xiàn)狀，開展的長達(dá)近30年的海邊暴露試驗(yàn)站測試，而這便是我國國內(nèi)重大基建工程建設(shè)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)。
我國開展了近30年的
海水混凝土暴露實(shí)驗(yàn)
到底意義在哪呢？
那么轉(zhuǎn)眼30年快過去了，我國進(jìn)行的混凝土海水實(shí)驗(yàn)意義到底在哪呢？隨著中國基礎(chǔ)設(shè)施建筑的擴(kuò)建，每年全世界接近一半的橋梁工程基本由中國打造，而且高速公路網(wǎng)也達(dá)到了年5000多千米的增長速度。如果我們將全國每年消耗的混凝土量平均到個(gè)人，相當(dāng)于每個(gè)人年消耗量達(dá)到了六噸。也正是在這種背景下，如何嘗試設(shè)計(jì)出耐久性強(qiáng)、使用壽命長和環(huán)保程度高的混凝土，是各個(gè)建筑企業(yè)和研究院的當(dāng)務(wù)之急。
混凝土暴露試驗(yàn)站實(shí)驗(yàn)，是檢測和研究混凝土樣品為嚴(yán)苛的實(shí)驗(yàn)。1987年四航研究院將一批鋼筋混凝土樣品放在了海邊，并且在近30多年時(shí)間中反復(fù)提取檢測和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，就是為了將混凝土在惡劣環(huán)境中的結(jié)構(gòu)和耐久性等數(shù)據(jù)弄清楚。當(dāng)時(shí)選擇在海邊這樣對混凝土惡劣的環(huán)境中，是因?yàn)楹＿吙諝庵懈缓穆入x子，其對混凝土的腐蝕性極高，故高強(qiáng)度耐久混凝土的研發(fā)就是一個(gè)中和以及抵抗氯離子的過程。而四航工程研究院的方法之一就是將粉煤灰摻雜進(jìn)混凝土。
高性能混凝土的起步就是從摻雜大量粉煤灰開始的，隨著研究院對混凝土特性研究的不斷深入，礦渣粉等工業(yè)廢料的混入極大提高了混凝土耐久性，這就是海工高性能混凝土的雛形，其在抵御氯離子性能上極強(qiáng)。上百萬立方米的高性能混凝土，這是四航研究院承接港珠澳海底沉管隧道任務(wù)后生產(chǎn)出的，混凝土管道斷面澆筑、海底內(nèi)防裂防滲漏和高耐久性等優(yōu)質(zhì)性能，是研究院在七年后交出252個(gè)混凝土節(jié)段的成果，也讓世界上難度大的沉管隧道在此誕生。
清水混凝土構(gòu)件
和高流動(dòng)性混凝土
讓港珠澳大橋長達(dá)120年的使用壽命成為可能
渾身上下看上去像玉石打造的清水混凝土構(gòu)件，就是四航研究院經(jīng)過無數(shù)次清水混凝土摻雜比例試驗(yàn)后研制出的。而沉管隧道要求高的就是沉管隧道的終接頭，其采用的高流動(dòng)性混凝土工藝堪稱全國，四航研究院的技術(shù)團(tuán)隊(duì)在1年3個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，對75組摻雜比例展開了研究，從多項(xiàng)指標(biāo)上終確定了結(jié)構(gòu)，填補(bǔ)了國內(nèi)混凝土領(lǐng)域的技術(shù)空白。港珠澳大橋這項(xiàng)壽命達(dá)120年的超級工程，也正是有了高性能混凝土作為基本的支撐。