中国核工业华兴建设有限公司核电维修分公司
摘要：随着全球能源需求的不断增长，化石燃料等不可再生能源的日益枯竭，核电作为一种经济、高效的清洁能源，在世界范围内得到了广泛应用。然而一旦发生核事故，会对人们的生命财产安全造成毁灭性的灾难。核电站安全壳混凝土结构因其对安全性、整体性及密封性等方面的考虑，在材料、结构及功能上均有别于普通混凝土结构，有必要对其耐久性进行重点研究，寻找混凝土腐蚀及损坏原因，为提高安全壳的使用寿命提供参考。
关键词：核电站；安全壳；混凝土耐久性
安全壳是核反应堆的保护结构，是继核燃料包壳、一回路压力边界之后的最后一道安全屏障。其主要功能是辐射屏蔽，特别是当堆芯、压力容器或一回路管道发生破裂、造成失水事故时，将事故中的裂变产物限制和屏蔽在其内部，将释放到周围放射剂量水平限制在容许范围内，以确保核电工作人员和公众的安全；其次是防外界飞射物的冲击，以保护核岛主要设备的完整性。因此，安全壳对核电站的安全运行起着至关重要的作用。我国部分核电站投入运行已有多年，安全壳混凝土结构腐蚀受损问题已经暴露出来，出现不同程度的损坏，影响到核电站的使用寿命。
一、海洋环境混凝土结构损坏原因分析
国内核电站沿海边建设，引起混凝土结构中钢筋腐蚀的原因主要有两个：一个是由于氯离子的侵蚀引发的钢筋局部去钝化反应；另外一个是水泥浆本体与空气中的二氧化碳反应生成的孔隙溶液中的酸化导致的钢筋整体性去钝化。氯盐环境中钢筋混凝土结构遭受钢筋腐蚀导致的失效破坏是最为普遍和广泛的。
1、氯离子的存在环境
氯盐是广泛存在的，也是对混凝土中的钢筋腐蚀的元凶。主要有以下几个来源：
（1）海洋环境。海水含盐量一般在3%左右，主要是氯盐，以Cl-计，海水中的含量约为19000mg/L，是天然的强电解质。为方便起见，通常将海洋腐蚀环境按垂向划分为5个区带：海洋大气区、浪花飞溅区、潮差区、海水全浸区以及海底泥土区。水平向划分：有关国家对于海洋环境、海风、海雾的影响，按临海距离进行了分级：0～100m为严重腐蚀；100～1000m为腐蚀；1000～10000m为轻腐蚀；＞10000m，腐蚀可忽略。
（2）工业环境等。工业环境十分复杂，就腐蚀介质而言，有酸、碱、盐等，并有液、汽、固态等不同形式。其中以氯盐、氯气、氯化氢等为主的腐蚀环境不在少数，处在此类环境中的钢筋混凝土结构，其腐蚀破坏往往是迅速而又严重的。
2、混凝土中钢筋腐蚀破坏过程
氯离子引起的混凝土结构破坏过程一般分为两个阶段：（1）初始阶段，氯离子透过混凝土保护层，不断在钢筋表面积聚，当其浓度超过临界值后，钢筋钝化保护膜破坏，钢筋开始腐蚀；（2）钢筋腐蚀发展阶段，钢筋开始腐蚀后，腐蚀产物膨胀积聚，会使保护层开裂，一旦出现裂缝，腐蚀速度加快，导致钢筋截面不断减小及强度降低，同时伴有混凝土保护层剥落的现象。
二、提高海洋环境混凝土结构耐久性的方法
1、采用高性能混凝土
高性能混凝土是指通过掺加火山灰质材料，如微硅粉、磨细矿渣或粉煤灰，使混凝土电阻率增加，增强了混凝土抵抗氯离子渗透的能力，达到延迟锈蚀的起始时间和降低锈蚀开始后的锈蚀速率。概括来说就是能够更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用寿命，降低造价。
2、针对钢筋的保护
①电化学保护法
主要原理是给金属补充大量的电子，使被保护的金属处于电子过剩的状态，金属表面各点达到同一负电位。阴极保护法可采用牺牲阳极的保护方式。
牺牲阳极法是将电性更负的材料（牺牲阳极）与钢筋相连，通过阳极与钢筋之间的电位差使阳极材料溶解，而钢筋得到保护。该系统安装简便，不必经常维护管理，不会过保护及发生氢脆。
②采用钢筋防护涂层
选用带有金属防护涂层的钢筋类型，可选用钝化膜型（如铬基镀层）和牺牲型（如镀锌层）等类型钢筋，提高钢筋混凝土结构的耐腐蚀性，从而提高钢筋混凝土结构的正常寿命。
③钢筋的选择及特殊处理措施
为了达到在海洋环境下提高钢筋结构使用寿命的要求，目前世界各国已进入使用阶段的有耐蚀合金钢筋，环氧涂层钢筋等和阴极保护，这两种措施不是降低Cl-在钢筋中的渗透量，而是提高钢筋在高Cl-含量下的抗蚀能力；还有在钢筋表面外涂层，这一措施能有效地降低或阻止Cl-对钢筋的渗透，但涂层寿命不长，不宜再涂。钢筋阻锈剂是介于上述措施之间的一项技术，因其经济综合指标的优越性，得到迅速发展。钢筋阻锈剂的主要功能不是降低有害Cl-离子的渗入量，而是使钢筋在渗入高量Cl-的情况下也能处于纯化状态。钢筋阻锈剂可视为外加剂，其明显特点是针对钢筋锈蚀的，而其它种类的外加剂，主要是改进钢筋的自身性能。在实际工程中，推迟钢筋发生腐蚀的时间，同时减缓腐蚀发展速度，即延长结构物的服务寿命，以此达到耐久性设计的目的。
3、针对混凝土的保护
提高混凝土保护层厚度
混凝土保护层是防止钢筋锈蚀的第一道屏障，必须有足够的厚度，混凝土保护层厚度对于阻比腐蚀介质接触钢筋表面起着重要作用。海工混凝土应该适当加大其保护层厚度。JTJ275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》规定：海水环境钢筋最小保护层厚度50mm，预应力钢筋最小保护层厚度75mm，其中浪溅区最小保护层厚度90mm。
4、通过对混凝土表层处理进行保护
①成膜防护涂料
目前混凝土工程采用的成膜型涂料主要包括环氧涂料、聚氨酯涂料、脲弹性体涂料、丙烯酸乳胶漆、氟树脂涂料等。环氧涂料是最重要的海洋钢筋混凝土防腐涂料，其对抗氯盐高性能混凝土耐久性的改善作用非常明显，缺点是随着时问的推移，环氧树脂涂层的性能会出现劣化，长期防护效果不足。
②水泥基渗透结晶防水材料
水泥基渗透结晶防水材料作用机理是材料中含有的活性化学物质通过水向混凝土内部渗透，与混凝土中未发生反应的水泥成分发生二次水化反应，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，从而使混凝土致密防水。
③有机硅渗透性防护涂料
目前有机硅涂料主要包括水溶性有机硅、溶剂型有机硅、膏体型有机硅等三种类型，应用最广泛的主要为有机硅烷和膏体硅烷。有机硅涂料与其他防水涂料不同，它是利用混凝土的可渗透性，渗入到混凝土表面一定深度，采取渗透保护，而小是通过封堵空隙或表层毛细孔，这样保证了基材的透气性和自然外观。我国对有机硅渗透型防护涂料的性能要求主要有有机硅渗透深度、吸水率和吸水量比、氯离子渗透深度等。
我国部分核电站已建成运行多年，安全壳混凝土结构腐蚀受损问题已经暴露出来，出现不同程度的损坏，现阶段有必要对安全壳混凝土结构耐久性研究、试验，找到提高混凝土耐久性的行之有效的方法，后续为提高安全壳混凝土结构的使用寿命保驾护航。
参考文献：
[1]黄泓嘉.海洋环境中氯离子侵蚀作用下混凝土结构耐久性试验研究[D].长沙理工大学，2013
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[3]管志超，徐锋，王曙光，刘伟庆.硫酸盐对氯离子在地下结构混凝土中传输过程的影响[J].混凝土，2014，11