相對于結(jié)構(gòu)的安全性和適用性而言，耐久性問題是由點的問題向著線、面和空間的發(fā)展，是時間的函數(shù)。因此，從結(jié)構(gòu)全壽命周期角度來看，結(jié)構(gòu)的耐久性是工程結(jié)構(gòu)可靠性的有機組合部分，而工程結(jié)構(gòu)的可靠性則是衡量工程結(jié)構(gòu)全壽命周期性能的重要標志。混凝土結(jié)構(gòu)是當今世界上使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式之一，其耐久性問題是伴隨著工程結(jié)構(gòu)全壽命周期的變化而變化的。
▲ 鋼筋銹蝕、結(jié)構(gòu)性能隨時間變化的關(guān)系
混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋和混凝土的腐蝕本質(zhì)上為電化學(xué)作用的效應(yīng)，因此，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的本質(zhì)為電化學(xué)作用。與傳統(tǒng)修復(fù)方法相比，電化學(xué)方法優(yōu)勢體現(xiàn)在可以大大節(jié)省修補時間，減少繁重的工作量和粉塵污染，可以避免鑿除過程中產(chǎn)生混凝土微裂縫，能顯著降低經(jīng)濟成本和擴大社會效益。因此，《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性電化學(xué)方法：防護、修復(fù)、提升和控制》（金偉良，夏晉，毛江鴻著. 北京：科學(xué)出版社，2021.8）一書作者及其所在的浙江大學(xué)研究團隊圍繞混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的演變(化)規(guī)律，以電化學(xué)作用的效應(yīng)為主線，按照“防護—修復(fù)—提升—控制”這一認知過程，對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的電化學(xué)作用進行分析、評價和工程應(yīng)用，形成了我國第一部混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的電化學(xué)作用技術(shù)規(guī)范，有力地推動了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的發(fā)展。
結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的電化學(xué)作用機理、分析、評價和工程應(yīng)用，便于同行的交流和工程應(yīng)用，特撰寫本書。具體的章節(jié)編排和主要內(nèi)容介紹如下：
第1 章簡明扼要地提出了工程建設(shè)中混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的重要性、成因、劣化階段和解決方法，介紹了傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護與修補方法；給出了傳統(tǒng)耐久性的電化學(xué)技術(shù)標準。
第2 章給出了電化學(xué)過程中離子遷移、生成和結(jié)合等物理和化學(xué)過程，揭示外加電場作用下混凝土內(nèi)部的多離子傳輸機理，通過修正PNP 方程建立電場作用下多離子傳輸模型；利用該模型考慮電極邊界處的離子反應(yīng)、混凝土孔隙中的離子結(jié)合與分解作用，解釋環(huán)境溫度和鋼筋分布對電化學(xué)效率的影響。
第3 章重點闡述混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的雙向電遷移電化學(xué)的基本理論，闡述電化學(xué)過程的鋼筋氫脆和極化電流密度的基本方法，以及納米粒子電遷移技術(shù)在電化學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用。
第4 章介紹了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性中電化學(xué)的防護技術(shù)問題，給出了電化學(xué)陰極保護的基本原理、分類和特點，分別介紹了電化學(xué)的外加電流陰極保護方法和犧牲陽極陰極保護方法，包括系統(tǒng)的組成和系統(tǒng)設(shè)計等部分，給出了電化學(xué)防護技術(shù)的工程應(yīng)用案例。
第5 章介紹了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性中電化學(xué)的修復(fù)技術(shù)問題，提出了電化學(xué)修復(fù)前的技術(shù)準備和電化學(xué)修復(fù)技術(shù)的特點與局限性，給出了電化學(xué)的除氯技術(shù)、電化學(xué)再堿化技術(shù)、電沉積技術(shù)、遷移型阻銹技術(shù)和雙向電遷移技術(shù)，以及相應(yīng)的基本原理、應(yīng)用技術(shù)的組成和特點等；給出了電化學(xué)修復(fù)技術(shù)的工程應(yīng)用案例。
▲ 電化學(xué)除氯與再堿化的現(xiàn)場處理
第6 章介紹了耐久性電化學(xué)方法在混凝土結(jié)構(gòu)全壽命階段的提升效果，給出了電化學(xué)作用對鋼筋、混凝土及其黏結(jié)性能的提升效果，獲取了鋼筋耐蝕性能、混凝土堿度、混凝土孔結(jié)構(gòu)等指標與電化學(xué)修復(fù)參數(shù)之間的變化規(guī)律，并提出納米電遷方法實現(xiàn)了混凝土性能的綜合提升。研究了混凝土結(jié)構(gòu)在氯離子侵蝕、鋼筋脫鈍及銹脹開裂階段的電化學(xué)作用，掌握了不同劣化階段電化學(xué)作用后的壽命提升效果。
第7 章通過系統(tǒng)試驗和理論研究，探明電化學(xué)參數(shù)對鋼筋變形性能、混凝土構(gòu)件靜力及疲勞性能的影響，介紹了氯離子濃度、鋼筋銹蝕及銹脹開裂監(jiān)測技術(shù)，并提出了不同耐久性劣化的壽命控制指標。
第8 章主要針對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題，提出了采取預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的電化學(xué)方法來提升和控制預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的耐久性。以斷裂能比來評價電化學(xué)修復(fù)對預(yù)應(yīng)力筋的氫脆影響，研究了電流密度、通電時間、電解質(zhì)溶液等因素與預(yù)應(yīng)力筋氫脆敏感性之間的關(guān)系，分析了電化學(xué)修復(fù)過程通電參數(shù)與電解質(zhì)溶液對預(yù)應(yīng)力筋氫脆的影響。
第9 章主要介紹了電化學(xué)方法在橋梁工程運營期的預(yù)防性維護、橋梁工程施工期缺陷治理、房屋建筑施工期缺陷治理、“海砂屋”的防治與提升等工程案例，開發(fā)研制了一系列設(shè)備，提出了成套技術(shù)路線。
▲ 工程應(yīng)用：橋梁工程運營期的預(yù)防性維護雙向電遷移現(xiàn)場布置圖
浙江大學(xué)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性課題組2014 年對浙江省境內(nèi)某橋梁進行了鋼筋混凝土耐久性的預(yù)防性提升，采用雙向電遷移技術(shù)對選取部位進行了除氯和阻銹，研發(fā)的雙向電遷移裝置如圖所示，該裝置具備完全的密封性和抵抗潮水拍擊的能力，可保證阻銹劑存放的有效性，避免外界環(huán)境污染電解液。同時，該裝置設(shè)置了溶液檢測孔，可定期檢測阻銹劑pH，裝置具備可拆卸、重復(fù)利用等優(yōu)點，適用于實際工程應(yīng)用。
本書作者結(jié)合承擔的科技部國際合作重點項目“沿海混凝土基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)延壽提升技術(shù)與應(yīng)用”(2010DFB74060)、國家自然科學(xué)基金委員會重點項目“混凝土結(jié)構(gòu)全壽命周期耐久性能提升與控制的基礎(chǔ)理論研究”(51638013)及相關(guān)研究項目，歷時十載，形成了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性電化學(xué)的防護、修復(fù)、提升和控制的新方法，豐富和發(fā)展了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的理論體系，產(chǎn)生了新規(guī)范。以此作為混凝土結(jié)構(gòu)耐久性學(xué)術(shù)叢書之一，呈現(xiàn)給大家，其目的就是使研究成果盡快被國內(nèi)外同行知曉和交流，盡快應(yīng)用于工程實踐。
應(yīng)當看到，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是可靠性的有機組成部分，在結(jié)構(gòu)全壽命周期中占據(jù)重要的地位，本書的研究成果不但對發(fā)展和完善混凝土結(jié)構(gòu)耐久性理論體系具有重要的意義，而且對豐富和發(fā)展工程結(jié)構(gòu)全壽命周期的理論體系具有重要的參考價值。
本文摘編自《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性電化學(xué)方法：防護、修復(fù)、提升和控制》（金偉良，夏晉，毛江鴻著. 北京：科學(xué)出版社，2021.8）一書“前言”“第1章 緒論”，有刪減，標題為編者所加。
