浅谈基础设施腐蚀与耐久性

浅谈基础设施腐蚀与耐久性摘要：基础设施是国家的经济命脉。我国正处于空前规模的基础设施建设时期，然而，我们基础设施的“耐久性”问题却面临着严峻的考验。腐蚀是影响基础设施耐久性的主导因素。本文综述国内外基础设施腐蚀情势、对国民经济的影响，并介绍和评述相关战略、策略措施。关键词：基础设施;腐蚀;经济损失;防护策略1．引言基础设施是国家的经济命脉、可持续发展的依托，甚至是一个国家社会发展程度和人民生活水平的标志。全世界都在关注基础设施的耐久性问题。而基础设施不能经久耐用所带来的巨大经济损失和麻烦，却往往被人们所忽视。因此，不仅要强调兴建基础设施的重要性，更要强调保持其长久安全、耐用的重要性。我们的目标和愿望是“百年大计”，然而，对“耐久性”的认识不足、规程规范的不完善和相对滞后、管理维护不到位、特别是“短期行为”的存在与盛行等不利因素，使我国基础设施的“耐久性”问题，面临着更为严峻的形势。目前，世界上的基础设施仍以钢筋混凝土结构为主体，而腐蚀成为影响其耐久性的主导因素。在1991年的第二届混凝土耐久性国际会议上，著名专家梅塔（P.K.Mehta）教授，总结世界50年混凝土耐久性状况时说：“当今世界，如果把影响混凝土耐久性的因素按重要性递减的顺序排列的话，那么它们分别是：钢筋腐蚀、冻融破坏、侵蚀环境的物理化学作用”。可以看出，除冻融破坏之外，都可归结为腐蚀因素，而钢筋腐蚀排在了影响混凝土耐久性的首位。2001年，梅塔教授又以“21世纪建筑结构的耐久性”为名，发表如下重要观点：“基础设施遭遇环境的破坏，在世界许多地区，将是严重的、大量存在的问题，并且已经是一个经济问题；钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构破坏的主要机理”。国内外的大量实践表明，就环境影响而言，腐蚀是影响钢筋混凝土基础设施耐久性的主导、关键因素。因此，要重视基础设施的耐久性，就不能不十分重视腐蚀与防护问题。2．基础设施腐蚀对国民经济的影响基础设施腐蚀是整个腐蚀中的重要组成部分。一些国家对腐蚀成本进行过整体的和分类的统计，以下一些数据和描述，也许是基础设施腐蚀对国民经济的影响巨大的有力说明。——美国腐蚀工程师协会（NACE）等几个组织联合调查表明，1999至2001年间，美国腐蚀对经济的直接影响，平均每年达2760亿美元，占国民经济总产值（GDP）的3.1%,其中交通公共设施占34.9%，建筑业占18%（两项合计占52%！），制造业占31.5%。间接影响比直接损失大得多。对于桥梁破坏，影响交通所造成的损失要比恢复桥所花费用多10倍。——美国钢筋混凝土腐蚀的修复费每年2500亿美元，其中1550亿美元花在桥梁上。加拿大如果对已经破坏的基础设施全部修复的话，其费用要超过5000亿美元。——2000年，美国直接腐蚀损失为4400亿美元，占GDP的5%，较1995年增加48%，其中交通和公共设施占32%。间接损失8000亿美元。——1991年美国技术评估中心确认美国基础设施总资产为1.4万，而每年的修复花费是1400亿美圆，占总资产的10%。十年的修复花费就与总资产持平，若保持基础设施正常运转四十年，则需要花费四倍的总资产费。占总资产的10%。十年的修复花费就与总资产持平，若保持基础设施正常运转四十年，则需要花费四倍的总资产费。——钢筋腐蚀是结构破坏的主因，美国60万座桥20年内平均年修复费为566亿美元。美国每年钢筋锈蚀成本超过1500亿美元。——目前，钢筋混凝土结构是建筑结构的主体，按美国的统计，在所有结构破坏中，钢筋腐蚀破坏可占55%。——英国30来，腐蚀损失平均占GDP的3.5%，其中基础设施占很大部分。现有桥梁中的35—40%必须修复，每年费用许多亿英镑；澳大利亚每年腐蚀损失为250亿美元，占GDP的4.2%，基础设施占主要部分。德国每年腐蚀损失为800亿美元。——印度向腐蚀宣战！每年腐蚀损失达2400亿卢比，主要是基础设施腐蚀造成的。生产量的10%用于更换被腐蚀的材料。只要采取可用的知识，就可以挽回300—500亿卢比。——波兰腐蚀损失占GDP的6—10%，是西方国家的2倍。通过立法和宣传，至少可挽回一半。1997年提出防腐蚀战斗计划。——美国腐蚀控制技术委员会（CCT）报道：今天，世界面临重大问题之一是基础设施的破坏，主要是桥梁、公路，特别是钢筋腐蚀引起的混凝土的破坏。整个世界正在进行着钢筋混凝土基础设施防腐蚀损失的战斗。混凝土易碎易裂的特性、钢筋易锈蚀等，使钢筋混凝土桥梁的破坏尤其突出。——2001年4月，在美国举行了“基础设施腐蚀控制专题讨论会”，基础设施的危险性，成为会议的焦点。以上涉及到美、英、德、加拿大、澳大利亚、印度、波兰等七个国家，有关总腐蚀与基础设施腐蚀对于国民经济影响的数据、资料及评述（由于统计方法、资料来源的不同，可能数据之间不仅一致）。可以明白地看出，腐蚀对国民经济的影响是巨大的。技术先进国家可占到国民经济总产值（GDP）的3-5%，有些国家可能更高；其中，基础设施腐蚀损失占总腐蚀损失有很大比例（可能占到40-55%）。特别是以桥梁为代表的钢筋混凝土基础设施的腐蚀破坏，成为当今世界突出的问题；腐蚀或基础设施腐蚀损失，虽然不是完全可以避免的，但其中一部分（30-50%）是可以避免和挽回的。其中极其重要的，是人们对腐蚀防护的重要性认识。3．我国基础设施腐蚀破坏的情势不容忽视迄今为止，我国尚没有关于整体腐蚀损失和相关基础设施腐蚀损失的完整调查统计数据。收集这方面的资料也有相当的困难。以下列举有关桥梁、海工、建筑等基础设施方面的个例,也许能见“冰山一角”。3．1桥梁桥梁是基础设施家族中的主要成员，包括公路、铁路桥、城市立交桥、跨海桥等。我国桥梁建设正在大发展中，我国高速公路里程已经居世界地二位，仅大小公路桥梁已上万座。其中许多已有桥梁已经或正在修复中，腐蚀是重要破坏原因。以下举例说明：——北京立交桥、北方路桥目前，北京地区的桥已经有1000多座，其中立交桥200多座，较早期建设的桥，腐蚀破坏比较明显，较典型的是北京西直门立交桥。该桥于1979年建成通车，1999年拆除重建，仅使用不到19年。东直门桥、大北窑桥等21座城区桥已经完成进行了修复工程，其中有一些桥的腐蚀破坏也是明显和严重的。值得提及的是，有些后期建成的预应力混凝土桥（不到10年），取样化验分析表明，氯盐渗透到混凝土内、达到钢筋表面的浓度，已经接近钢筋腐蚀的临界浓度。也就是说，随着时间的推移，一些桥的腐蚀问题还会陆续暴露出来的。应该强调的的是，这决不是北京独有的现象，实际上天津等城市的立交桥也已经出现同类腐蚀破坏问题。更广之，我国黄河以北广大地区的城市桥梁和高速公路桥梁，现在和将来（只要还继续撒盐）都会不可避免的发生腐蚀破坏问题，按照国内外的经验，该类腐蚀破坏可能在10—20年内发生。据悉，我国北方的高速公路的路面，已经有在几年内就发生较严重破坏的事例（与撒盐和冻融有关）。有此可以看到，对于我国北方的路桥，在耐久性方面所面临的严峻形势和在新建工程中采取必要防护措施的迫切性。——沿海桥、跨海桥我国靠近海岸的桥梁，特别是华南、华东一带，由于海洋环境和高温高湿的影响，更早地产生腐蚀破坏，有的在十年内就需要修复，远达不到设计寿命（如40年）的要求。只是缺乏统计资料，尤其缺乏修复花费方面的数据。大型跨海桥的兴建还是近几年的事，并有大量发展的趋势。然而跨海桥的腐蚀与耐久性问题，确实是我们面临的难题。这些跨海桥一般要求70-100年的使用寿命，而其维护、修复条件又是比较苛刻的。据悉，澎湖大桥过仅用了17年就拆除和重建。因此，在建桥的初期，高度重视其腐蚀与耐久性问题、最大限度地采用国内外先进防护技术，是十分必要的。——我国西南部某大桥的跨塌我国西南一座重要公路大桥，地处某城市南侧,是重要交通枢纽。该桥上部是拉索式结构，桥面是钢筋混凝土结构。该地环境较为湿热，大气污染属一般程度。然而，该桥仅仅使用了11年就突然跨塌，曾成为全国注目的事件。以下援引当时报纸的两则报道：“桥梁专家和工程设计人员在桥梁的断裂处进行了现场勘察，发行断裂倒塌之处露出一层薄薄的钢筋网，悬吊的承重钢管中露出了锈迹斑斑的钢缆……。因此，钢缆的防锈就成为保障桥梁安全的关键.”“光是渡桥费每天补贴12万元——乘轮渡每人1元，每天12万人乘轮渡，政府要补贴12万元……。有形的损失是可以统计出来的，无形的损失是统计不出来的”。这座桥的跨塌可能是综合性复杂的原因，这里不去讨论。然而，根据上面第一则的报道，可以认定腐蚀是不可忽视的因素之一，以至有“钢缆的防锈就成为保障桥梁安全的关键.”的看法与意见。第二则报道，描述了桥梁破坏的社会与经济危害性。据悉，当初该桥的建设费用约1000万元，桥的跨塌后100天内不能复原，仅人员过河的补贴费已经是1200万元！因桥的跨塌而不得不绕道运行的车辆、运输及其他方面的经济损失可能更大，还有一些统计不出来的“无形的损失”。这样看来，国外关于桥梁破坏的间接损失远远大于直接损失的调查结论，在这里也得到了验证。同时，腐蚀的危害性和基础设施的耐久性问题，也应该从中得到一些启迪。3．2港工、水工工程早些年，我国一些科技工作者、工程技术人员，对水工、港工钢筋混凝土建（构）筑物，所进行的有关腐蚀与耐久性方面的调查资料与结果，大致有以下看法：——我国海工、水工工程，在腐蚀和耐久性方面的确存在明显和严重问题。有的在几年、十几年内就必须修复或加固处理，有的几经修复也不能奏效，在达不到设计使用寿命（如40年）的情况下，不得不拆除或重建。我国的海工、水工工程，到底有多大比例达到或达不到设计寿命的要求，虽然没有确切的统计数据，但达不到设计使用寿要求显然是一个突出问题；——影响耐久性的原因虽然是复杂和多方面的，而腐蚀、特别是钢筋腐蚀，是突出的因素，这与国外相关情况相类似；——腐蚀破坏和不耐久，必然造成社会影响和带来巨大经济损失。由于没有统计数据，这里很难表达出来。就经济损失而言，按比例，至少不会比技术先进国家更低。3．3其他大型工程腐蚀破坏事例——某电厂：地处沿海和盐碱地，建筑（构筑）物腐蚀严重，几经修复和维护。近些年的修复费用达3亿元；——某盐基地：1989年建成，国家投资3000万元。因生产盐并地处盐碱地，建筑（构筑）物腐蚀严重，不得不在投产后第六个年头就被迫停止生产。直接、间接损失上亿元（中央电视台曾报道）；——城市地下管道：有报告表明，1985年对334个城市、8万公里的地下管道（水、暖、汽）进行了调查，其中腐蚀是明显和严重的问题。据估算，被腐蚀所废弃、更换的管道，折合钢材400万吨，直接、间接损失无法估计；——某油田地下混凝土输水管：修建费用3000万元，地处盐碱地。使用不久，因陆续发生应力钢丝断裂、混凝土管漏水，不得不废弃原管线而重新建一条输水管道。——大型烟囱：曾对18座大型钢筋混凝土烟囱进行了腐蚀破坏调查，大多是在5-20年内发生腐蚀破坏和需要修复，达不到设计寿命（如40年）的要求；——某国家级重要建筑物：1959年修建。八十年代进行过小修，1994、1995年进行了大修。其中钢筋腐蚀严重。远没有达到“百年大计”的期望与要求。我国还是一个发展中国家，我们的技术和管理水平还不很高，特别是对于腐蚀与耐久性方面的认识还很不足，因此，不论总腐蚀损失还是基础设施腐蚀损失方面，我们至少要与国际一般等同，甚至应高于国际一般水平。就国际发展趋势而言，基础设施腐蚀损失在总腐蚀损失中所占比例越来越大（可占总腐蚀损失的30——55%），而仅桥梁腐蚀破坏约占总腐蚀损失的20%；参照上面的比例推算，可以得出响应的数据。若看这些数据，我国不论总腐蚀损失还只基础设施腐蚀损失，其数字是十分惊人的（当然，这种推算只能做参考，不能引做依据）。至少应该对我们有警示作用。4.解决基础设施腐蚀问题的战略途径对待基础设施腐蚀与耐久性的问题,提到战略的高度去认识和重视并不算过分。美国五、六十年代前是大规模基础设施建设时期，而进入七、八十年代后，出现了大规模基础设施的修复时期。美国1991年的调查统计表明，每年基础设施的修复费用，已经占据基础设施固定资产的10%。美国学者曾作如下表述