4.4.3.1 我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展概況

    我國(guó)的風(fēng)力發(fā)電始于20世紀(jì)70年代，80年代后研制并網(wǎng)機(jī)組。目前，我國(guó)已經(jīng)成為全球風(fēng)力發(fā)電規(guī)模最大、增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)。

    2014年，全國(guó)（除臺(tái)灣地區(qū)外）累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組76241臺(tái)，累積裝機(jī)容量114609MW。圖4-101是我國(guó)2004年～2014年風(fēng)電新增裝機(jī)容量和累計(jì)裝機(jī)容量。

    2014年，我國(guó)各省市區(qū)風(fēng)電新增裝機(jī)容量中，排名前五的省份有甘肅省新疆、內(nèi)蒙古、寧夏和山西，占全國(guó)新增裝機(jī)容量的52.6%。2014年，我國(guó)風(fēng)電累積裝機(jī)容量（除臺(tái)灣地區(qū)外）排名第一的是內(nèi)蒙古，占全國(guó)19.5%。其次為甘肅，占全國(guó)9.36%，河北和新疆占比相當(dāng)，分別為8.61%和8.44%。圖4-是2004年～2014年我國(guó)各區(qū)域風(fēng)電新增裝機(jī)容量和累計(jì)裝機(jī)容量。2014年，我國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)61臺(tái)，容量達(dá)到229.3MW，同比增長(zhǎng)487.9%，其中潮間帶裝機(jī)容量為130MW，占海上風(fēng)電新增裝機(jī)總量的56.69%。截止2014年底，我國(guó)已建成的海上風(fēng)電項(xiàng)目裝機(jī)容量共計(jì)657.88MW。截止2014年底，我國(guó)潮間帶累積裝機(jī)容量達(dá)到434.48MW，占海上裝機(jī)容量的65.6%，近海風(fēng)電裝機(jī)容量占34.4%，其中規(guī)?；?xiàng)目為東海大橋海上項(xiàng)目（102MW）及其二期項(xiàng)目，龍?jiān)慈鐤|海上（潮間帶）示范風(fēng)電場(chǎng)，還有江蘇如東擴(kuò)建項(xiàng)目，其余主要為各風(fēng)電機(jī)組制造商安裝的試驗(yàn)樣機(jī)。圖4-101是我國(guó)截止2014年底海上風(fēng)電新增和累計(jì)裝機(jī)情況。2015年，我國(guó)風(fēng)電新增裝機(jī)容量3050萬(wàn)千瓦，同比上升31.5%；累計(jì)裝機(jī)容量1.45億千瓦，同比上升26.6%。

    4.4.3.2 風(fēng)電場(chǎng)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

    1.風(fēng)電場(chǎng)

    風(fēng)力發(fā)電是指利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將風(fēng)能資源轉(zhuǎn)化為電能的資源利用方式。從風(fēng)力發(fā)電規(guī)模和電力傳輸、利用方式上看，目前的風(fēng)力發(fā)電有小型離網(wǎng)式風(fēng)電和大型并網(wǎng)式風(fēng)電之分。小型離網(wǎng)式風(fēng)電是有單個(gè)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與蓄電池、逆變裝置等組成的獨(dú)立的供電系統(tǒng)。大型并網(wǎng)式風(fēng)電則是由多個(gè)大功率（兆瓦級(jí)）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，通過(guò)電力控制設(shè)備將所發(fā)電力輸入電網(wǎng)系統(tǒng)，從而被終端用戶所利用的大型電力系統(tǒng)。

    根據(jù)GB/T18451.1-2012《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)要求》的定義，將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的系統(tǒng)稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，一臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常稱為風(fēng)電場(chǎng)。目前，已經(jīng)建成的風(fēng)電場(chǎng)有陸上風(fēng)電場(chǎng)和海上風(fēng)電場(chǎng)。海上風(fēng)電場(chǎng)多指水深10m左右的近海風(fēng)電場(chǎng)。與陸上風(fēng)電場(chǎng)相比，海上風(fēng)電場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)主要是不占用土地資源，基本不受地形地貌影響，風(fēng)速更高，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量更大，年利用小時(shí)數(shù)更高。但是，海上風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的技術(shù)難度也較大，建設(shè)成本一般是陸上風(fēng)電場(chǎng)的2-3倍。

    根據(jù) FD 002-2007《風(fēng)電場(chǎng)工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)》（試行）的定義，凡在平原、丘陵、山區(qū)及沿海區(qū)設(shè)置的風(fēng)電場(chǎng)，統(tǒng)稱為陸上風(fēng)電場(chǎng)。其中，沿海風(fēng)電場(chǎng)指在濱海狹窄陸地地帶、位于平均低潮位以上的風(fēng)電場(chǎng)。

    2.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成和分類

    1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成

    無(wú)論是陸上還是海上風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都是風(fēng)電場(chǎng)的核心組成部分，也是風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目中投資最高的部分。根據(jù)GB/T31517-2015/IEC61400-3:2009《海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)要求》和中國(guó)船級(jí)社 <http://www.doc88.com/p-6083972609510.html>標(biāo)準(zhǔn)《海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組認(rèn)證規(guī)范》（2012），海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪-機(jī)艙組件和支撐結(jié)構(gòu)組成，支撐結(jié)構(gòu)包括塔架、下部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)塔架連接風(fēng)輪-機(jī)艙組件和下部結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)從海床向上延伸，連接基礎(chǔ)和塔架，基礎(chǔ)將作用于支撐結(jié)構(gòu)上的載荷傳遞到海床中。圖4-103表示不同的基礎(chǔ)形式和海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的其他部件。根據(jù)GB/T18451.1-2012《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)要求》，陸上風(fēng)電場(chǎng)的支撐結(jié)構(gòu)只包括塔架和基礎(chǔ)兩大部分。

    2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)組種類繁多，分類方法也多種多樣。按照風(fēng)力機(jī)軸的空間位置，可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分為水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪圍繞一個(gè)水平軸旋轉(zhuǎn)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面與風(fēng)向垂直。垂直軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或氣流方向。

    按照風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)之間的連接方式，可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分為直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變速式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。按照葉片能否圍繞其縱向軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分為定槳距式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和變槳距式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。按照發(fā)電機(jī)組負(fù)載形式可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分為并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)的類型，可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分為直流發(fā)電機(jī)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、同步交流發(fā)電機(jī)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、異步交流發(fā)電機(jī)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和交流永磁電機(jī)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。按照額定功率的大小，國(guó)際上將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分為大型（1MW 以上）、中型（100kW～1MW）和小型（1kW～100kW）。我國(guó)將容量小于1kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組列為微型。

    目前，水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是世界各國(guó)應(yīng)用最廣泛、技術(shù)也最成熟的一種形式。水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪-機(jī)艙組件主要由風(fēng)輪、機(jī)艙及齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、調(diào)向裝置、調(diào)速裝置、剎車制動(dòng)裝置組成。典型結(jié)構(gòu)如圖4-104所示。

    3.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要材料

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用的主要材料有金屬材料、纖維增強(qiáng)塑料、鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。金屬材料可以分為鑄造件、焊接件、鍛造件、螺栓等標(biāo)準(zhǔn)件幾種。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組使用的鑄造件比較多，如前機(jī)艙底架、輪轂、軸承座、增速箱箱體、減速機(jī)外殼等部件。鍛造件的主要是軸、偏航摩擦盤、塔筒法蘭，以及主軸承和變槳偏航回轉(zhuǎn)支承的內(nèi)外齒圈等。使用焊接件的部件很多，主要有發(fā)電機(jī)外殼、塔筒、基礎(chǔ)、基礎(chǔ)環(huán)、前后底架吊具、后底架、減震環(huán)、護(hù)欄、提升機(jī)機(jī)架、主軸樓梯、各種小型支架、走線板、連接架等。纖維增強(qiáng)塑料用于風(fēng)力機(jī)葉片的制造。常用的基體樹脂有環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂等，常用的增強(qiáng)材料有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和其他有機(jī)或無(wú)機(jī)材料纖維及其制品。鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土用于基礎(chǔ)的制造。

    4.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的腐蝕環(huán)境

    陸上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪-機(jī)艙組件和塔架處于大氣環(huán)境，基礎(chǔ)處于土壤環(huán)境。海上風(fēng)電場(chǎng)處于海洋環(huán)境中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪-機(jī)艙組件處于海洋大氣環(huán)境，支撐結(jié)構(gòu)處于海洋大氣、水位變動(dòng)、水下和海泥四個(gè)區(qū)域。

    表4-32 是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO12944-2-1998Paintsandvarnishes--Corrosion protection of steel structures by protective paint systems--Part 2： Classification of environments根據(jù)低碳鋼和鋅第一年曝露后的腐蝕損失，對(duì)腐蝕環(huán)境進(jìn)行的分類。按照該標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所處環(huán)境的腐蝕類別包括C2、C3、C4、C5-M、Im2和Im3。一般將大氣分為鄉(xiāng)村大氣、城市大氣、工業(yè)大氣與海洋大氣。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO9223-2012   Corrosion   of   metals   and   alloys-Corrosivity   of atmospheres-Classification，determination and estimation中按金屬標(biāo)準(zhǔn)試樣暴露第一年的腐蝕速率進(jìn)行分類，將大氣腐蝕性分為6級(jí)（C1～Cx），表4-33是碳鋼、鋅、銅、鋁在各級(jí)中的腐蝕數(shù)據(jù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 15957-1995《大氣環(huán)境腐蝕性分類》根據(jù)碳鋼在不同大氣環(huán)境下第一年的腐蝕速率，將腐蝕環(huán)境分為無(wú)腐蝕、弱腐蝕、輕腐蝕、中腐蝕、較強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)腐蝕六大等級(jí)，見(jiàn)表4-34。

    5.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的腐蝕與防護(hù)

    1）鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)

    鋼結(jié)構(gòu)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中大量使用，如機(jī)艙、輪轂和支撐結(jié)構(gòu)，它們處于各種腐蝕環(huán)境中，可能發(fā)生的腐蝕類型主要有均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、沖擊腐蝕、空泡腐蝕、電偶腐蝕、腐蝕疲勞等。

    （1）均勻腐蝕均勻腐蝕是指在金屬表面上幾乎以相同的速度所進(jìn)行的腐蝕。

    （2）點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕是指在金屬表面局部區(qū)域出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，表面的其余部分則往往無(wú)任何明顯的腐蝕。蝕孔一旦形成，具有“深挖”的動(dòng)力，即向深處自動(dòng)加速進(jìn)行的作用，因此點(diǎn)蝕具有極大的隱患性和破壞性。暴露在海洋大氣中的金屬上的點(diǎn)蝕，可能是有分散的鹽?；虼髿馕廴疚镆鸬?。表面狀態(tài)或冶金因素，如夾雜物、保護(hù)膜的破裂、偏析和表面缺陷，也能引起點(diǎn)蝕。點(diǎn)蝕容易發(fā)生在表面生成鈍化膜的材料，或表面鍍有陰極性鍍層的金屬。

    （3）縫隙腐蝕部件在介質(zhì)中，由于金屬與金屬或金屬與非金屬之間形成特別小的縫隙，使縫隙內(nèi)的介質(zhì)處于滯留狀態(tài)引起縫內(nèi)金屬的加速腐蝕，這種局部腐蝕稱為縫隙腐蝕?？p隙腐蝕通常在海水水下區(qū)和飛濺區(qū)最嚴(yán)重，海洋大氣中也發(fā)現(xiàn)有縫隙腐蝕?？p隙腐蝕有些是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的，也可能是因?yàn)楹Ｑ笊飾釉诒砻嫠隆?/span>

    （4）沖擊腐蝕在設(shè)備和部件的某些特定部位，介質(zhì)流速急劇增大形成湍流，由湍流導(dǎo)致的磨蝕稱為湍流腐蝕。沖擊腐蝕是基本上屬于湍流腐蝕范疇，它是高速流體的機(jī)械破壞與電化學(xué)腐蝕這兩種作用對(duì)金屬共同破壞的結(jié)果。

    （5）空泡腐蝕流體與金屬構(gòu)件作高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在金屬表面局部地區(qū)產(chǎn)生渦流，伴隨有氣泡在金屬表面迅速生成和破滅，形成與點(diǎn)蝕類似的破壞特征，這種條件下發(fā)生的磨蝕成為空泡腐蝕，又稱為空穴腐蝕或汽蝕?？张莞g是電化學(xué)腐蝕和氣泡破滅的沖擊波對(duì)金屬聯(lián)合作用所產(chǎn)生的。

    （6）電偶腐蝕，當(dāng)兩種不同金屬連接并暴露在電解質(zhì)環(huán)境中時(shí)，由于兩種金屬之間存在電位差，就構(gòu)成腐蝕電偶。較活潑的金屬成為陽(yáng)極溶解，不活潑金屬（耐腐蝕性較高的金屬）則為陰極，腐蝕很小或完全不腐蝕。這種腐蝕稱為電偶腐蝕，或接觸腐蝕，亦稱為雙金屬腐蝕。

    （7）腐蝕疲勞金屬在腐蝕循環(huán)應(yīng)力或脈動(dòng)應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下，所引起的腐蝕稱為腐蝕疲勞。海洋環(huán)境十分惡劣，風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)除腐蝕外還承受海浪、風(fēng)浪、地震等力學(xué)因素的作用，因此鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕疲勞是影響海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)安全的重要因素之一。

    鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕應(yīng)在合理選材和進(jìn)行詳細(xì)防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)所處環(huán)境條件，采取相應(yīng)的防腐蝕措施。鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部通常采用涂料保護(hù)，同時(shí)還必須保持內(nèi)部空氣的干燥。鋼結(jié)構(gòu)外部常用的防腐蝕措施包括涂料保護(hù)、金屬熱噴涂保護(hù)、復(fù)層礦脂包覆技術(shù)和陰極保護(hù)。

    （1）涂料保護(hù)

    涂料保護(hù)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)用最為廣泛的防腐蝕保護(hù)措施，可以用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各個(gè)部位，應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件選擇相應(yīng)的涂層體系。參考中國(guó)船級(jí)社標(biāo)準(zhǔn)《海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組認(rèn)證規(guī)范》（2012）給出的不同腐蝕環(huán)境等級(jí)（ISO12944-2分類方法）鋼結(jié)構(gòu)的涂層體系及能源部標(biāo)準(zhǔn)NB/T31006-2011《海上風(fēng)電場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》給出的涂層推薦配套方案。

    （2）熱噴涂金屬保護(hù)

    熱噴涂金屬保護(hù)可用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組海洋大氣區(qū)和浪濺區(qū)部位的防腐蝕保護(hù)。NB/T 31006-2011《海上風(fēng)電場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，熱噴涂金屬可選用鋅、鋅合金、鋁和鋁合金材料。

    （3）復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)

    復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)可用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的塔架和基礎(chǔ)。復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)是指在鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆礦脂防蝕膏，并在其上面纏繞礦脂防蝕帶，外加防護(hù)罩的防腐蝕技術(shù)。礦脂防蝕膏是礦脂包覆防腐蝕系統(tǒng)組成中的核心材料，也是位于最內(nèi)層的部分，具有防蝕性、粘附性、與水和空氣隔絕性，并且長(zhǎng)期不會(huì)變質(zhì)，能達(dá)到長(zhǎng)效的防腐蝕效果。礦脂防蝕帶是一種浸漬了防蝕材料的人造纖維布，除防蝕作用外，還能提高整體的強(qiáng)度及韌性。防護(hù)罩包覆在鋼鐵設(shè)施的外表面，具有隔絕外界腐蝕性介質(zhì)的作用外，保護(hù)礦脂防蝕膏和礦脂防蝕帶不被海浪沖刷，起到整體保護(hù)決定性作用。防護(hù)罩應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐沖擊能力，具有良好的抗熱脹冷縮性能，具有良好的耐酸耐堿性能，可以耐高溫，能夠抵抗海邊晝夜溫差大、空氣濕度大、鹽分大的惡劣環(huán)境。

    圖4-105是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32119-2015《海洋鋼鐵構(gòu)筑物復(fù)層礦脂包覆防腐蝕技術(shù)》給出的使用規(guī)則防蝕保護(hù)罩的復(fù)層礦脂包覆防腐蝕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

    （4）陰極保護(hù)陰極保護(hù)可用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架和基礎(chǔ)的防腐蝕保護(hù)。實(shí)施陰極保護(hù)可以通過(guò)外加電流和犧牲陽(yáng)極兩種方式。外加電流用直流電源給被保護(hù)金屬通以陰極電流，保護(hù)系統(tǒng)主要由直流電源、輔助陽(yáng)極、參比電極和電纜等組成。犧牲陽(yáng)極保護(hù)是在被保護(hù)的金屬上連接一種電極電位更負(fù)的金屬或合金稱為犧牲陽(yáng)極），通過(guò)犧牲陽(yáng)極的自我溶解和消耗，使被保護(hù)金屬得到陰極電流。外加電流和犧牲陽(yáng)極保護(hù)的基本原理和保護(hù)效果都是相同的，但各有優(yōu)缺點(diǎn)（見(jiàn)表4-35），適用于不同的場(chǎng)合，對(duì)兩種保護(hù)方式的選擇主要取決于工程實(shí)際情況和現(xiàn)場(chǎng)所具備的具體條件。

    2）混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護(hù)

    混凝土結(jié)構(gòu)主要用于風(fēng)電場(chǎng)的基礎(chǔ)，包括鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。正常情況下鋼筋周圍混凝土為高堿性，鋼筋表面會(huì)形成一層致密的鈍化膜，它對(duì)鋼筋具有很強(qiáng)的保護(hù)能力，使得鋼筋不遭受腐蝕。

    混凝土在澆筑和成型養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，混凝土中的水泥發(fā)生水化反應(yīng)，水泥漿體孔隙中形成了含有NaOH、KOH和Ca（OH）2的飽和溶液，pH通常為13.0～13.5，鋼筋處于高堿性環(huán)境中，在沒(méi)有任何其他因素影響的前提下，將形成固態(tài)的鐵的氧化物Fe3O4和Fe2O3或者這些化合物的氫氧化物，并且可能發(fā)展成為鋼筋表面的一層保護(hù)膜，通常稱為鈍化膜。受多種因素的影響，新澆筑混凝土孔隙液的pH 是會(huì)發(fā)生變化的，因此，混凝土澆筑過(guò)程中鋼筋表面鈍化膜的形成也會(huì)受到影響，在某些條件下，鈍化膜可能是不完整或者不牢固的。

    即使在混凝土成型期間鋼筋表面形成了良好的鈍化膜，混凝土又為鋼筋提供了一層厚厚的保護(hù)層，但是混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，環(huán)境中的有害介質(zhì)仍能通過(guò)混凝土孔隙或裂縫侵入混凝土，引起鋼筋鈍化膜的破壞。鋼筋鈍化膜的破壞可以是由于混凝土熱力學(xué)條件整體改變而造成的全面破壞，也可以是由于局部化學(xué)侵蝕和機(jī)械損傷造成的局部破壞。混凝土碳化、氯化物侵蝕分別是導(dǎo)致鋼筋鈍化膜全面破壞和局部破壞的主要原因。鈍化膜不完整或遭到破壞時(shí)，只要發(fā)生腐蝕的必要條件存在，鋼筋就會(huì)發(fā)生活化腐蝕。

    大氣中的二氧化碳通過(guò)混凝土中的孔隙擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部，與水泥石中的水化產(chǎn)物作用生成碳酸鈣或其他物質(zhì)的現(xiàn)象，稱為混凝土的碳化，這是一個(gè)極其復(fù)雜的多相物理化學(xué)過(guò)程。碳化反應(yīng)的主要產(chǎn)物碳酸鈣屬非溶解性鈣鹽，較原反應(yīng)物的體積膨脹約17%，因此，混凝土的凝膠孔隙和部分毛細(xì)孔隙被碳化產(chǎn)物堵塞，使混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度有所提高，一定程度上阻礙了二氧化碳和氧氣向混凝土內(nèi)部的擴(kuò)散。另外，碳化使混凝土的pH降低，完全碳化混凝土的pH為8.5～9.0。混凝土碳化由表面向內(nèi)部發(fā)展，當(dāng)碳化深度達(dá)到鋼筋表面，鋼筋周圍的混凝土pH小于11.5時(shí)，鋼筋鈍化膜就不再穩(wěn)定，鋼筋開始發(fā)生全面腐蝕。在碳化的中性混凝土中，鋼筋腐蝕產(chǎn)物較易溶解，可以擴(kuò)散到混凝土表面，顯現(xiàn)出銹漬，而不是沉積在混凝土中產(chǎn)生應(yīng)力，從而導(dǎo)致混凝土開裂。

    影響二氧化碳向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散及影響上述化學(xué)反應(yīng)速率的因素都會(huì)對(duì)混凝土碳化速率產(chǎn)生影響，主要包括環(huán)境條件（二氧化碳濃度、溫度及濕度）和混凝土品質(zhì)（水灰比、水泥品種、混凝土摻合料、混凝土抗壓強(qiáng)度、施工質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)條件）。

    混凝土中含有一定量的氯化物，通常稱受到氯化物污染。在混凝土施工和混凝土結(jié)構(gòu)服役期間，混凝土都有可能受到氯化物污染?；炷潦┕て陂g遭受氯化物污染主要是因?yàn)樵牧现泻新然?，如拌合水、水泥、骨料、礦物摻合料及各種外加劑等，這些氯化物通常稱為混凝土內(nèi)部的氯化物。混凝土結(jié)構(gòu)服役期間，暴露環(huán)境中的氯離子會(huì)通過(guò)混凝土中的凝膠孔隙和毛細(xì)孔及混凝土結(jié)構(gòu)裂縫滲透到混凝土中，使混凝土結(jié)構(gòu)遭受氯化物污染，這些氯化物通常稱為混凝土外部的氯化物。混凝土拌合物中摻入氯鹽外加劑是混凝土內(nèi)部氯化物的重要來(lái)源，海洋、冬季化雪除冰使用的除冰鹽、高氯化物土壤和地下水則是混凝土外部氯化物的重要來(lái)源。

    在實(shí)際工程中，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性不足的現(xiàn)象十分普遍，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用?；炷两Y(jié)構(gòu)的耐久性破壞通常都是從混凝土或鋼筋的材料劣化開始的，主要劣化形式包括混凝土碳化、凍融破壞、化學(xué)侵蝕、表面磨損、鋼筋腐蝕和堿骨料反應(yīng)。對(duì)于暴露于碳化和氯化物環(huán)境等腐蝕環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋腐蝕是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)耐久性破壞的最主要的原因。

    從鋼筋開始腐蝕到混凝土結(jié)構(gòu)破壞或需要修復(fù)，可以用腐蝕開始和腐蝕發(fā)展兩個(gè)階段表示，如圖4-106所示。腐蝕開始階段即從混凝土結(jié)構(gòu)施工完成到鋼筋開始發(fā)生腐蝕，所經(jīng)歷的時(shí)間取決于介質(zhì)的傳輸過(guò)程、混凝土的碳化和氯離子的侵入。影響因素包括混凝土質(zhì)量、混凝土保護(hù)層厚度、暴露條件和硫酸鹽含量。腐蝕發(fā)展階段即從腐蝕開始到混凝土結(jié)構(gòu)破壞或需要修復(fù)，所經(jīng)歷的時(shí)間取決于鋼筋腐蝕動(dòng)力學(xué)。影響因素包括混凝土質(zhì)量、濕含量、電阻率、溫度、供氧量和孔隙液的pH。

    混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋防腐蝕有兩個(gè)層面的含義。一是在混凝土結(jié)構(gòu)建造時(shí)就采取一系列的防腐蝕措施，以預(yù)防鋼筋的腐蝕，延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限。二是混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中出現(xiàn)因鋼筋腐蝕造成的劣化時(shí)，再對(duì)其采取防腐蝕措施，以阻止鋼筋進(jìn)一步腐蝕或降低鋼筋的腐蝕速率，從而達(dá)到對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修和修復(fù)的目的。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50476—2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》，在改善混凝土密實(shí)性、增加保護(hù)層厚度和利用防排水措施等常規(guī)手段的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性所采取的補(bǔ)充措施稱為防腐蝕附加措施。目前，防腐蝕附加措施主要包括鋼筋阻銹劑、耐腐蝕鋼筋、混凝土表面封閉、電化學(xué)防腐蝕等。

    根據(jù)中國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 192—2009《鋼筋阻銹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，鋼筋阻銹劑是加入混凝土或砂漿中或者涂刷在混凝土或砂漿表面，能夠阻止或延緩鋼筋腐蝕的化學(xué)物質(zhì)。按照使用方法的不同，鋼筋阻銹劑分為內(nèi)摻型和外涂型。內(nèi)摻型是在拌制混凝土或砂漿時(shí)加入的鋼筋阻銹劑，外涂型是涂于混凝土或砂漿表面，能滲透到鋼筋周圍對(duì)鋼筋進(jìn)行防護(hù)的鋼筋阻銹劑，又稱滲透型或遷移型鋼筋阻銹劑。耐腐蝕鋼筋通常指耐腐蝕性能優(yōu)于普通碳鋼鋼筋的金屬鋼筋。迄今，開發(fā)研制的用于混凝土結(jié)構(gòu)的耐腐蝕鋼筋主要有①環(huán)氧涂層鋼筋，在碳鋼鋼筋基體上熔融結(jié)合環(huán)氧涂層的鋼筋；②不銹鋼鋼筋，用不銹鋼材料制成的鋼筋；③不銹鋼包覆鋼筋，在碳鋼鋼芯外包裹一層不銹鋼制成的鋼筋；④熱浸鋅涂層鋼筋，采用熱浸鍍鋅技術(shù)在碳鋼鋼筋表面形成熱浸鍍鋅層制成的鋼筋；⑤MMFX鋼筋，美國(guó)的一項(xiàng)專利產(chǎn)品，是一種含有9%Cr的低碳鋼，具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)；⑥復(fù)合涂層鋼筋，在鋼筋表面實(shí)施了多種涂層的鋼筋，如Zn/EC鋼筋，就是在碳鋼鋼筋表面電弧噴涂鋅后再涂覆環(huán)氧涂層的一種復(fù)合涂層鋼筋。