核电站海工构筑物地处近海或海洋环境，按照CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》的等级划分，环境类别处于D级（严重）以上，腐蚀环境极为恶劣。某核电站对泵房/燃料厂房/核辅助厂房等海工构筑物进行混凝土结构进行评估，发现混凝土墙面出现裂缝、油漆破损、嵌缝材料脱落、堵洞材料和止水带损坏等缺陷，这些缺陷部分带有渗水和渗漏现象，其中泵房的腐蚀情况已经危害其安全运行，造成的停工和维修成本高达数百万。因此，熟悉核电站海工构筑物的主要腐蚀类型，汲取国内外核电站或海洋环境的混凝土构筑物防腐的成功经验，了解近年来混凝土防腐技术的新进展及应用，建立核电站海工构筑物的防腐体系是非常有必要的。

核电站远景

　　海工构筑物的腐蚀类型

　　碳化

　　当混凝土或砂浆与CO₂接触时，可以发生反应并产生碳酸盐。碳化的作用有利有害，在生产制作期间特意引发的碳化反应可以改善结构的强度、硬度和尺寸稳定性，其他情况的碳化会导致老化和pH值降低，从而导致混凝土内部钢筋发生锈蚀。CO₂的来源有大气和溶解了CO₂的水。

　　北京永定河珠窝和落坡岭水电站的大坝在运行23~24年后，坝顶的钢筋混凝土腐蚀情况较为严重，珠窝大坝的最大碳化深度达到45mm，平均碳化深度大于20mm;落坡岭大坝的最大碳化深度达到34mm，平均碳化深度大于15mm,严重危及大坝的安全。核电站海工构筑物面临的海水腐蚀环境更为恶劣，并且第三代核电站如AP1000、EPR的寿命长为60年，所以防止或延迟混凝土发生碳化反应是十分有必要的。

　　常见的防止碳化的措施有两种：第一，增加混凝土本身抗碳化的能力，例如提高混凝土的密实性、增加保护层厚度；第二，在混凝土表面增加防护层，防止空气或海水中的CO₂对混凝土保护层的扩散侵蚀。由于海工构筑物常采用较低的水灰比和水胶比，抗渗性强，碳化作用引起混凝土破坏问题并不严重。

　　海生物侵蚀

　　海生物侵蚀是核电站海工构筑物面临的较为严重和特殊的腐蚀，海生物侵蚀造成的危害主要体现在：第一，某些海生物的繁衍和新陈代谢产生大量酸，侵蚀混凝土表面，导致混凝土保护层厚度降低，并为海水中的氯离子、硫酸盐等进入混凝土内部形成通道，造成钢筋锈蚀，破坏混凝土结构；第二，海生物死亡脱落后，很有可能被吸入冷却水管道，造成管道的堵

　　塞或造成设备损坏；第三，海生物还可能引起混凝土表面防腐蚀层的老化和破坏，降低使用寿命。目前核电站海工构筑物常用的抗海生物腐蚀的措施为涂层防护，但效果一般。

　　钢筋锈蚀

　　在混凝土制作过程中，水泥水化作用产生的高碱性环境，促使钢筋表面形成钝化膜。这层钝化膜的溶解度非常低，从而防止混凝土发生腐蚀破坏。混凝土保护层可以保持碱性环境和保护钢筋外的钝化膜。如果钝化膜发生破裂，则会诱发锈蚀。局部的钝化膜发生破坏会引起局部的钢筋锈蚀。如果大面积的钝化膜破裂，则钢筋会发生全面锈蚀。其中，氯离子渗透至钢筋表面引起钝化膜破裂是钢筋锈蚀的最主要原因。

　　氯离子的作用机理为氯离子会渗透混凝土保护层到达钢筋表面，穿透或活化氧化物钝化膜，使钢筋各部位的电极电位不同而形成局部电池，发生电化学反应：

　　Fe+2Cl^-→[FeCl₂]^2-

　　[FeCl₂]^2--2e→FeCl₂

　　于是溶液中的Fe²⁺和OH^-结合成Fe(OH)_2，而Fe(OH)₂很容易被水中的氧气氧化成Fe(OH)₃而使钢筋锈蚀。在这里Cl^－起催化作用，周而复始地促使铁的阳极氧化过程而自身并不消耗。由于钢筋锈蚀产物的体积是原有的3~5倍，腐蚀产物的不断累积将导致混凝土保护层出现裂缝，更多的氯盐通过裂缝到达钢筋表面，引起腐蚀情况加剧。所以氯离子对钢筋的腐蚀作用一旦发生，就会持续地无休止地进行下去。香港土木工程署对码头的调查发现，氯是导致钢筋锈蚀的主要原因，所有码头在建成2~3年，钢筋部位的Cl-浓度就可能达到引发锈蚀的临界浓度（混凝土重量的0.06%）。我国核电站基本上都是沿海而建，氯离子引起的腐蚀造成的危害更为严重。

　　海工构筑物防腐新技术

　　聚脲涂料

　　喷涂聚脲弹性体技术是近20年来国外兴起一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术，故有人称其为新型的“万能”涂装技术，被誉为二十世纪末期涂料与涂装技术领域最伟大的发现。它的优点体现在：

　　（1）不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，不产生流淌现象，5秒钟凝胶，1分钟即可达到步行强度；

　　（2）双组分，100%固含量，节能、对环境友好；

　　（3）对水分、湿气不敏感，施工时不受环境温度、湿度的影响；

　　（4）一次施工达到厚度要求，克服了以往多层施工的弊病；

　　（5）耐空泡腐蚀是环氧的130倍；在高速（40m/s）含砂（10%）水流冲刷结果（30min）表明聚脲弹性体的磨损量只有C60高强混凝土的6.5%;并具有耐应力开裂、耐疲劳破坏、耐核辐射等性能。

　　不足之处在于在施工过程中，必须使用专门的比较昂贵的喷涂设备，其喷涂设备中的混合室及喷咀，必须能够按比例充分混合，还必须在很短的时间内（几秒中）完全喷出，否则就会固化，造成喷涂设备的报废。另外，色彩、光泽及平整度较差。聚脲涂料在核电领域上目前应用得不多，在某核电站的泵房迎海风墙面上有使用，具体效果仍需进一步证明。

　　水泥基渗透结晶型防水材料

　　水泥基渗透结晶型防水材料的本质是无机催化剂，以水为载体，进入混凝土内部，催化从外界进去的水与混凝土内未水化或未完全水化的水泥颗粒，结晶生成枝蔓状晶体堵塞混凝土毛细管，提高混凝土的密实度。哪里不密实，水就流向哪里，它就在那里结晶，生成枝蔓状晶体堵塞毛孔，直至密实到水无法存在，才停止催化。

　　更重要的是后期若由于外界环境使混凝土再出现裂缝，又会重新催化水与未水化水泥颗粒，生成枝蔓状晶体堵塞混凝土毛孔，封闭裂缝。这种作用会循环往复一直进行，自动跟踪裂缝及结构缺陷，最终提高混凝土耐久性。

　　水泥基渗透结晶型防水材料在国内核电站应用的不多，某核电二期扩建工程的核岛反应堆涡流泵选用了材料。美国印第安纳州MarbleHill核电站的核容器下的环形隧道使用了该材料。同时还用于密封244米长的裂缝和有缺陷的结构结合部。日本RokkashoAomori核废物填埋场的混凝土地面以及处于低水平面的墙面也使用了该防水材料。

　　嵌钉混凝土防腐衬板

　　嵌钉混凝土防腐衬板主要应用于保护混凝土容器。它通过选择不同的防腐衬板，提供混凝土在不同场合的耐腐蚀要求。嵌钉式混凝土结构防腐衬板能保证在一个全面浇注的水泥与塑料衬板之间的连接，因为在衬板表面上拥有锚固螺栓。安装防腐衬板是在浇注混凝土之前与模板固定，只需一个步骤就能将混凝土结构与防腐层一次浇铸安装完成。嵌钉衬板主要有HDPE（高密度聚乙烯），PP（聚丙烯），PVDF（聚偏氟乙烯），ECTFE（乙烯三氟氯乙烯）等，具有使用寿命长、维护费用低、施工简单施工周期短、抗生物腐蚀和对人体无害（无毒）等优点。

　　阴极保护

　　阴极保护的概念是150年前由米切尔法拉第提出的。它的基本原理是对被保护金属结构通以阴极电流，使之阴极极化，从而消除电化学腐蚀的一种方法。阴极保护在设备防腐上应用得较多，如CFI牺牲阳极块、旋转滤网等。混凝土的阴极保护主要是针对钢筋。国内核电应用的例子不多，应用在国外海工构筑物的案例较多，比较典型的案例有悉尼歌剧院，它采用沟槽式阳极系统，具体施工方法为在混凝土表面锯开或凿开沟槽，

　　埋入铂铌丝阳极，再嵌入碳纤维、导电聚合物或浇入导电混凝土。为保护墩和地板，悉尼歌剧院于1996年5月采用沟槽式阳极系统进行腐蚀防护。其保护面积达1385m²，保护电位20A,电流密度为14.44mA/m²（混凝土面积），采用计算机控制系统检测和阴极保护装置。

　　不锈钢钢筋

　　不锈钢钢筋以其优良的耐腐蚀性能，有效的改善混凝土结构的耐久性，减少维修费用，延长了混凝土结构的使用寿命。美国、英国和中国等已将其列入钢筋混凝土选用行列，并在高腐蚀环境且使用寿命在100年以上的混凝土结构物上得到了应用。

　　通常认为在混凝土中使用不锈钢钢筋会增加很多工程费用；然而，近年来大量的工程经验表明，在混凝土结构表层或者最危险、最薄弱部位用不锈钢筋替代碳素钢筋，在投资效益方面是好办法，例如在一典型的混凝土港口结构的最薄弱部分，使用不锈钢钢筋替代其中40%的普通钢筋，造价只增加5%。不锈钢钢筋的优点还体现在混凝土氯离子含量，对于传统的碳钢，规定氯离子含量的上限是水泥质量的0.4%，而如果使用304L不锈钢，该限制可以控制在5%以内。

　　核电站海工构筑物防腐现状

　　海工构筑物出现腐蚀的原因有很多，如防腐设计不够理想、防腐选材不够合理、防腐施工控制不够严格等等。当前核电站对于海工构筑物的防腐工作，集中在混凝土的设计选材和前期防腐措施选用，这些工作立足于国内外的标准及规范，例如ACI201.2R、GB50204、GB/T50476、JTJ275-2000等。

　　核电站海工构筑物综合防腐体系的构建

　　海工构筑物的分级管理

　　按照CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》对环境作用等级的分类，对核电站海工构筑物进行统计和分级，分析哪些海工构筑物需要做附加的防腐措施。在此基础上，遵循JTJ275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》的要求，对于海水环境混凝土结构不同部位进行划分。由于核电站常采用隧道或廊道进行取水，在正常运行时，浪溅区和水位变动区并不明显。所以在进行防腐设计时，可按正常运行时的水位，将海水环境混凝土部位分为水下区和水上区。水下区的含量氧较少，腐蚀程度较低，只需关注海生物对混凝土的侵蚀，水上区基本为盐雾区，腐蚀情况恶劣，需做防腐处理。

　　防腐措施的选用

　　在选用防腐措施时，应考虑适用环境、成本、使用寿命、检查、维修和该措施的特性等各种因素。例如核电站为提高抗裂性，常在混凝土中掺聚丙烯微纤维，这将导致混凝土塌落度的降低。塌落度过小将导致混凝土在溜槽中易发生堵塞现象，滑行困难，入仓后难以振捣，滑膜阻力大，易拉裂。为寻求最佳塌落度，在施工过程中需时刻检测机口和仓面塌落度，并结合施工时振捣、滑膜、压面等情况及时调整塌落度。另外，核电站常采用硅烷浸渍作为防水防腐材料，但硅烷浸渍在水下区没有什么效果，因为硅烷属于憎水而完全隔绝水分，它的憎水性和氯离子排斥能力不能达到100%,所以一般水下区区不使用硅烷浸渍。

　　防腐措施施工过程中的质量控制

　　核电站的内外部反馈均表明，防腐措施施工过程中质量控制的重要性并不亚于防腐措施的选定，由于工人未按规定操作，承包商为赶工期忽视质量控制引起防腐措施提前失效的案例并不罕见。以涂层为例，涂层出现老化和缺陷处，往往不是涂料本身的质量问题，而是在施工过程中未注重施工过程中的质量控制，如表面打磨未至要求的等级、涂层间隔过长导致漆膜

　　的附着力降低、油漆未在要求的混合时间内施工等。由于核电站的油漆施工和验收通常是交付承包商管理，如何有效的进行施工质量控制是业主应重点考虑的防腐工作之一。

责任编辑：刘传

《中国腐蚀与防护网电子月刊》征订启事
投稿联系：郭静 电话：010-82387968-802
QQ: 815397784 邮箱：guojing733@163.com
中国腐蚀与防护网官方QQ群：140808414