１海洋工程地质特性
海洋浅层土质主要由全新世犙ｍ４海相沉积淤泥及淤泥质土组成。从浅层软土的分布规律来看，杭州湾南岸表层覆盖有６～８ｍ厚的亚砂土层，其下为厚达４０ｍ左右淤泥和淤泥质黏土，基本物理力学性质为含水率ω约４７％，重度γ约１７ｋＮ／ｍ３，孔隙比犲约１．３３，液性指数犐Ｌ约１．１４，压缩系数犪约０．６４ＭＰａ－１，压缩模量犈Ｓ约４ＭＰａ，内摩擦角φ约３．９°，黏聚力犮值约２７ｋＰａ［３］。而宁波象山港公路大桥施工区域的海底表层则以海洋相沉积的灰色、灰黄淤泥及淤泥质土为主，压缩性高，强度低，地基承载力特征值犳ａ一般在４０～６０ｋＰａ，且灵敏度相当高，犛ｔ达５～８，土层竖向渗透系数犽ｖ相当小，总厚度为３０ｍ左右（表１）。舟山金塘渔港码头之围海工程，为淤泥质黏土。实测土样取样深度８～１０ｍ。ｐＨ值、Ｃｌ－和ＳＯ２－４含量是根据《公路土工试验规程》（ＪＴＧＥ４０－２００７）测定，ｐＨ值采用酸度计，Ｃｌ－和ＳＯ２－４分别采用硝酸银滴定法和质量法，增加的硫酸盐还原菌测试项目参照《工业循环冷却水中菌藻的测定方法》（ＧＢ／Ｔ１４６４３．５－２００９）之ＭＰＮ法。测试结果表明（表２），海相淤泥质黏土层除了盐碱成分较高外，还有值得充分重视的硫酸盐还原菌个数。因此氯盐、硫酸盐含量及厌氧的硫酸盐还原菌对地基基础的腐蚀性值得重视。不过，不同土样检测（试管阳性结果与ＳＲＢ计数）显示，硫酸盐还原菌并非普遍存在（表３）。
２海洋淤泥质土对结构钢材的腐蚀
海底沉积物腐蚀性评价指标，一般认为主要有土体类别、视电阻率、ｐＨ值、氧化还原电位犈ｈ、极化电流密度、质量损失、Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋、有机质等，而Ｃｌ－和ＳＯ２－４含量以及厌氧的硫化物和硫酸盐还原菌指标则是影响钢材腐蚀主要因素。
２.１腐蚀电池的作用过程
阳极金属Ｍｅ被氧化腐蚀溶解，以阳离子形式迁移到溶液（电解液）中，同时把当量的电子留在金属上（式１）；电子ｅ通过金属本身从阳极迁移到阴极；溶液中的阳离子从阳极区迁移到阴极区，溶液中的阴离子从阴极区迁移到阳极区；从阳极迁移到阴极电子ｅ被阴极去极化剂Ｄ吸收并发生还原反应（化学价降低）（式２）。［狀ｅ·Ｍｅｎ＋］（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｌ）→［Ｍｅｎ＋］·Ｈ２Ｏ（ａｑ）＋［狀ｅ］（Ｍ）（１）Ｄ＋［狀ｅ］（Ｍ）→［Ｄ·狀ｅ］（２）显然，当阳极区的金属离子浓度过高积累，那么阳极电位将正移而产生活化极化，除此之外，产生阳极极化还可能是金属离子扩散不畅的浓差极化，以及钝化膜产生的电阻极化。类似地，如果阴极区与电子结合的速度跟不上，可使阴极电位负移而产生阴极活化极化，同时阴极附近参与反应的物质或反应产物扩散缓慢，将产生阴极浓差极化。对于海洋淤泥质土而言，钢结构腐蚀可能的阳极去极化反应是穿透力极强的Ｃｌ－对钢铁钝化膜破坏的电阻去极化（式３）；可能的阴极区极化反应氢离子和氧分子的阴极还原反应（式４和式５）。Ｆｅ３＋（ｓ）＋３Ｃｌ－（ａｑ）→ＦｅＣｌ３（ｓ）（３）２Ｈ＋（ａｑ）＋２ｅ（Ｍ）→Ｈ２（ｇ）（４）Ｏ２（ｇ）＋２Ｈ２Ｏ（ｌ）＋４ｅ（Ｍ）→４ＯＨ－（ａｑ）（５）因为氢电极的标准电极电位犈Ｈ＝－０．４１４Ｖ，发生析氢腐蚀的必要条件是该金属电极电位必须低于这个值，因此对于钢铁而言一般只在酸性介质中才发生析氢腐蚀，这在无工业污染的海洋淤泥质土中不可能。比较而言，在中性溶液中氧的还原电位为＋０．８０５Ｖ，因此吸氧腐蚀应该是更为重要和具有可能性（式５至式８）。２Ｆｅ（ｓ）＋Ｏ２（ｇ）＋Ｈ２Ｏ（ｌ）＝２Ｆｅ（ＯＨ）２（ｓ）（６）４Ｆｅ（ＯＨ）２（ｓ）＋Ｏ２（ｇ）＋２Ｈ２Ｏ（ｌ）＝４Ｆｅ（ＯＨ）３（ｓ）（７）２Ｆｅ（ＯＨ）３（ｓ）＝Ｆｅ２Ｏ３·ｘＨ２Ｏ＋（３－ｘ）Ｈ２Ｏ（ｌ）（８）虽然，海水中氧气溶解充分，特别是２０ｍ深的范围内几乎含氧饱和，但海泥区是贫氧的，因此可以推断海洋淤泥质土中的钢结构的吸氧腐蚀会止于阴极极化作用，即使有继续也将是极其缓慢的。
２.２淤泥质土中硫酸盐还原菌的腐蚀
文献显示［４］，钢结构在海底淤泥质土中遭受生物腐蚀，地下金属的损坏因生物腐蚀引起的约占８０％，其中最主要的是硫酸盐还原菌（ＳｕｌｆａｔｅＲｅｄｕｃｉｎｇＢａｃｔｅｒｉａ，ＳＲＢ）引起的腐蚀。其腐蚀机理是：ＳＲＢ在生长和繁殖中，可将ＳＯ４２－还原成Ｈ２Ｓ（ＳＲＢ引起的阴极去极化），而Ｈ２Ｓ具有强腐蚀性，它与Ｆｅ及Ｆｅ２＋生成ＦｅＳ。随着ＳＲＢ数量增多，Ｈ２Ｓ含量上升，由ＦｅＳ转化为ＦｅＳ１－ｘ，既而又转化为Ｆｅ１－ｘＳ。硫化物Ｆｅ１－ｘＳ结构疏松，容易脱落。所以ＳＲＢ既有阴极去极化作用，又具有阳极去极化作用，加速了钢材的腐蚀。４Ｆｅ＋ＳＯ４２－＋４Ｈ２Ｏ＝ＦｅＳ＋３Ｆｅ（ＯＨ）２＋２ＯＨ－（９）微生物ＳＲＢ对钢材腐蚀的电化学过程产生的影响，主要表现在以下几个方面：①直接影响金属腐蚀的阳极和阴极反应；②影响金属所处腐蚀环境的状况。代谢产生的无机酸、有机酸、硫化物等，增强了环境的腐蚀性，为金属表面氧浓差局部腐蚀电池等微观腐蚀电池的形成创造了条件；③影响金属表面的状况和性质。如产生沉淀物，破坏金属表面或金属表面保护性的覆盖层。因此，至少在理论上可以认为，海底淤泥质土中ＳＲＢ腐蚀评价是工程地质勘察中不可或缺的项目，不应该被忽略。为此，设计了下列试验，旨在探讨贫氧条件下，在可能ＳＲＢ存在条件下的钢结构腐蚀风险。
３试验与结果分析
３.１原状软土中钢筋腐蚀电位试验与分析
选取６种象山港公路大桥海底不同深度软土土层作为实验对象（表４，取样地点：ＳＺＫ２０－２）。试样高度为３０ｃｍ，直径为１０ｃｍ。选取直径为１０ｍｍ的Ｑ２３５（ＨＰＢ２３５）光圆钢筋作为实验钢筋，选择高耐蚀性不锈钢作为参比电极。将实验钢筋与参比电极置于淤泥质土中（图１和图２），为防止参比电极自身电位不同导致实验差异，将６组实验参比电极串联。两极电极进入土中后，将导线孔用环氧树脂密封。在埋置于淤泥质土中的钢筋与参比电极进行短接之前，因自身电化学性能不同会有各自的腐蚀极化曲线，短接后通过高阻抗电位计，得到两者之间的宏电池腐蚀电位。试验结果显示（图３），从上述曲线分析，腐蚀电位随土层深度不同变化较大。土样１～３相对阴极极化电位有极化特征，土样４～６无显著极化特征。
３.２阳极极化试验与分析
阳极极化试验还是采用６种象山港公路大桥海底土样，具体同４．１所述，设计的实验装置及原理见图４和图５。试验结果显示（图６），除了土样１和土样５，其他土样明显具有阳极极化特征。土样氧化还原电位（ｓｏｉｌｒｅｄｏｘｐｏｔｅｎｔｉａｌ）是指土样中的氧化态物质和还原态物质在氧化还原电极（本试验为硫酸铜电极）上达到平衡时的电极电位，是反映土样氧化还原状况的重要指标土样氧化还原电位的高低，取决于土样液中氧化态和还原态物质的相对浓度，氧化还原电位越高，氧化性越强，电位越低，氧化性越弱［５－６］。虽然腐蚀电位不能表征腐蚀速率，只有腐蚀电流密度才能评价材料的腐蚀速率，而且腐蚀电位与腐蚀速度没有必然的联系，不过腐蚀电位是个热力学参数，能够表征腐蚀趋势。综合上述两个试验，土样５的阴阳两极均无极化产生，具备了产生腐蚀的必要条件。
４结论
（１）一般只在酸性介质中钢铁才发生析氢腐蚀，而无工业污染的南海三沙海洋淤泥质土中的钢结构不可能发生这种腐蚀。（２）由于软土海泥区属于贫氧环境，因此海洋淤泥质土中的钢结构的吸氧腐蚀会止于阴极极化作用，即使有继续腐蚀，在工程级别上也是可以忽略的。（３）海底软土淤泥质土中ＳＲＢ对于贫氧环境中的钢结构（钢管桩、混凝土管装钢接头等）具有腐蚀风险，因此ＳＲＢ腐蚀评价在三沙市海洋工程建设的地质勘察中是不可或缺的，该检测项目应该列入国家标准。
作者：干伟忠 王娟娣 李跃明 单位：宁波工程学院 浙江大学宁波理工学院
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