１海洋工程地質特性
海洋淺層土質主要由全新世犙ｍ４海相沉積淤泥及淤泥質土組成。從淺層軟土的分布規(guī)律來看，杭州灣南岸表層覆蓋有６～８ｍ厚的亞砂土層，其下為厚達４０ｍ左右淤泥和淤泥質黏土，基本物理力學性質為含水率ω約４７％，重度γ約１７ｋＮ／ｍ３，孔隙比犲約１．３３，液性指數(shù)犐Ｌ約１．１４，壓縮系數(shù)犪約０．６４ＭＰａ－１，壓縮模量犈Ｓ約４ＭＰａ，內(nèi)摩擦角φ約３．９°，黏聚力犮值約２７ｋＰａ［３］。而寧波象山港公路大橋施工區(qū)域的海底表層則以海洋相沉積的灰色、灰黃淤泥及淤泥質土為主，壓縮性高，強度低，地基承載力特征值犳ａ一般在４０～６０ｋＰａ，且靈敏度相當高，犛ｔ達５～８，土層豎向滲透系數(shù)犽ｖ相當小，總厚度為３０ｍ左右（表１）。舟山金塘漁港碼頭之圍海工程，為淤泥質黏土。實測土樣取樣深度８～１０ｍ。ｐＨ值、Ｃｌ－和ＳＯ２－４含量是根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》（ＪＴＧＥ４０－２００７）測定，ｐＨ值采用酸度計，Ｃｌ－和ＳＯ２－４分別采用硝酸銀滴定法和質量法，增加的硫酸鹽還原菌測試項目參照《工業(yè)循環(huán)冷卻水中菌藻的測定方法》（ＧＢ／Ｔ１４６４３．５－２００９）之ＭＰＮ法。測試結果表明（表２），海相淤泥質黏土層除了鹽堿成分較高外，還有值得充分重視的硫酸鹽還原菌個數(shù)。因此氯鹽、硫酸鹽含量及厭氧的硫酸鹽還原菌對地基基礎的腐蝕性值得重視。不過，不同土樣檢測（試管陽性結果與ＳＲＢ計數(shù)）顯示，硫酸鹽還原菌并非普遍存在（表３）。
２海洋淤泥質土對結構鋼材的腐蝕
海底沉積物腐蝕性評價指標，一般認為主要有土體類別、視電阻率、ｐＨ值、氧化還原電位犈ｈ、極化電流密度、質量損失、Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋、有機質等，而Ｃｌ－和ＳＯ２－４含量以及厭氧的硫化物和硫酸鹽還原菌指標則是影響鋼材腐蝕主要因素。
２.１腐蝕電池的作用過程
陽極金屬Ｍｅ被氧化腐蝕溶解，以陽離子形式遷移到溶液（電解液）中，同時把當量的電子留在金屬上（式１）；電子ｅ通過金屬本身從陽極遷移到陰極；溶液中的陽離子從陽極區(qū)遷移到陰極區(qū)，溶液中的陰離子從陰極區(qū)遷移到陽極區(qū)；從陽極遷移到陰極電子ｅ被陰極去極化劑Ｄ吸收并發(fā)生還原反應（化學價降低）（式２）。［狀ｅ·Ｍｅｎ＋］（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｌ）→［Ｍｅｎ＋］·Ｈ２Ｏ（ａｑ）＋［狀ｅ］（Ｍ）（１）Ｄ＋［狀ｅ］（Ｍ）→［Ｄ·狀ｅ］（２）顯然，當陽極區(qū)的金屬離子濃度過高積累，那么陽極電位將正移而產(chǎn)生活化極化，除此之外，產(chǎn)生陽極極化還可能是金屬離子擴散不暢的濃差極化，以及鈍化膜產(chǎn)生的電阻極化。類似地，如果陰極區(qū)與電子結合的速度跟不上，可使陰極電位負移而產(chǎn)生陰極活化極化，同時陰極附近參與反應的物質或反應產(chǎn)物擴散緩慢，將產(chǎn)生陰極濃差極化。對于海洋淤泥質土而言，鋼結構腐蝕可能的陽極去極化反應是穿透力極強的Ｃｌ－對鋼鐵鈍化膜破壞的電阻去極化（式３）；可能的陰極區(qū)極化反應氫離子和氧分子的陰極還原反應（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）因為氫電極的標準電極電位犈Ｈ＝－０．４１４Ｖ，發(fā)生析氫腐蝕的必要條件是該金屬電極電位必須低于這個值，因此對于鋼鐵而言一般只在酸性介質中才發(fā)生析氫腐蝕，這在無工業(yè)污染的海洋淤泥質土中不可能。比較而言，在中性溶液中氧的還原電位為＋０．８０５Ｖ，因此吸氧腐蝕應該是更為重要和具有可能性（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）雖然，海水中氧氣溶解充分，特別是２０ｍ深的范圍內(nèi)幾乎含氧飽和，但海泥區(qū)是貧氧的，因此可以推斷海洋淤泥質土中的鋼結構的吸氧腐蝕會止于陰極極化作用，即使有繼續(xù)也將是極其緩慢的。
２.２淤泥質土中硫酸鹽還原菌的腐蝕
文獻顯示［４］，鋼結構在海底淤泥質土中遭受生物腐蝕，地下金屬的損壞因生物腐蝕引起的約占８０％，其中最主要的是硫酸鹽還原菌（ＳｕｌｆａｔｅＲｅｄｕｃｉｎｇＢａｃｔｅｒｉａ，ＳＲＢ）引起的腐蝕。其腐蝕機理是：ＳＲＢ在生長和繁殖中，可將ＳＯ４２－還原成Ｈ２Ｓ（ＳＲＢ引起的陰極去極化），而Ｈ２Ｓ具有強腐蝕性，它與Ｆｅ及Ｆｅ２＋生成ＦｅＳ。隨著ＳＲＢ數(shù)量增多，Ｈ２Ｓ含量上升，由ＦｅＳ轉化為ＦｅＳ１－ｘ，既而又轉化為Ｆｅ１－ｘＳ。硫化物Ｆｅ１－ｘＳ結構疏松，容易脫落。所以ＳＲＢ既有陰極去極化作用，又具有陽極去極化作用，加速了鋼材的腐蝕。４Ｆｅ＋ＳＯ４２－＋４Ｈ２Ｏ＝ＦｅＳ＋３Ｆｅ（ＯＨ）２＋２ＯＨ－（９）微生物ＳＲＢ對鋼材腐蝕的電化學過程產(chǎn)生的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①直接影響金屬腐蝕的陽極和陰極反應；②影響金屬所處腐蝕環(huán)境的狀況。代謝產(chǎn)生的無機酸、有機酸、硫化物等，增強了環(huán)境的腐蝕性，為金屬表面氧濃差局部腐蝕電池等微觀腐蝕電池的形成創(chuàng)造了條件；③影響金屬表面的狀況和性質。如產(chǎn)生沉淀物，破壞金屬表面或金屬表面保護性的覆蓋層。因此，至少在理論上可以認為，海底淤泥質土中ＳＲＢ腐蝕評價是工程地質勘察中不可或缺的項目，不應該被忽略。為此，設計了下列試驗，旨在探討貧氧條件下，在可能ＳＲＢ存在條件下的鋼結構腐蝕風險。
３試驗與結果分析
３.１原狀軟土中鋼筋腐蝕電位試驗與分析
選�。斗N象山港公路大橋海底不同深度軟土土層作為實驗對象（表４，取樣地點：ＳＺＫ２０－２）。試樣高度為３０ｃｍ，直徑為１０ｃｍ。選取直徑為１０ｍｍ的Ｑ２３５（ＨＰＢ２３５）光圓鋼筋作為實驗鋼筋，選擇高耐蝕性不銹鋼作為參比電極。將實驗鋼筋與參比電極置于淤泥質土中（圖１和圖２），為防止參比電極自身電位不同導致實驗差異，將６組實驗參比電極串聯(lián)。兩極電極進入土中后，將導線孔用環(huán)氧樹脂密封。在埋置于淤泥質土中的鋼筋與參比電極進行短接之前，因自身電化學性能不同會有各自的腐蝕極化曲線，短接后通過高阻抗電位計，得到兩者之間的宏電池腐蝕電位。試驗結果顯示（圖３），從上述曲線分析，腐蝕電位隨土層深度不同變化較大。土樣１～３相對陰極極化電位有極化特征，土樣４～６無顯著極化特征。
３.２陽極極化試驗與分析
陽極極化試驗還是采用６種象山港公路大橋海底土樣，具體同４．１所述，設計的實驗裝置及原理見圖４和圖５。試驗結果顯示（圖６），除了土樣１和土樣５，其他土樣明顯具有陽極極化特征。土樣氧化還原電位（ｓｏｉｌｒｅｄｏｘｐｏｔｅｎｔｉａｌ）是指土樣中的氧化態(tài)物質和還原態(tài)物質在氧化還原電極（本試驗為硫酸銅電極）上達到平衡時的電極電位，是反映土樣氧化還原狀況的重要指標土樣氧化還原電位的高低，取決于土樣液中氧化態(tài)和還原態(tài)物質的相對濃度，氧化還原電位越高，氧化性越強，電位越低，氧化性越弱［５－６］。雖然腐蝕電位不能表征腐蝕速率，只有腐蝕電流密度才能評價材料的腐蝕速率，而且腐蝕電位與腐蝕速度沒有必然的聯(lián)系，不過腐蝕電位是個熱力學參數(shù)，能夠表征腐蝕趨勢。綜合上述兩個試驗，土樣５的陰陽兩極均無極化產(chǎn)生，具備了產(chǎn)生腐蝕的必要條件。
４結論
（１）一般只在酸性介質中鋼鐵才發(fā)生析氫腐蝕，而無工業(yè)污染的南海三沙海洋淤泥質土中的鋼結構不可能發(fā)生這種腐蝕。（２）由于軟土海泥區(qū)屬于貧氧環(huán)境，因此海洋淤泥質土中的鋼結構的吸氧腐蝕會止于陰極極化作用，即使有繼續(xù)腐蝕，在工程級別上也是可以忽略的。（３）海底軟土淤泥質土中ＳＲＢ對于貧氧環(huán)境中的鋼結構（鋼管樁、混凝土管裝鋼接頭等）具有腐蝕風險，因此ＳＲＢ腐蝕評價在三沙市海洋工程建設的地質勘察中是不可或缺的，該檢測項目應該列入國家標準。
