1． “基础设施”的含义是什么？
“基础设施”的含义，随着时代的发展，“基础设施”所涵盖的内容也在不断变化与发展。“基础设施”的英文表述是infrastructure，它是一个复合词。Infra是“下部”“基础”的意思，structure是“结构”的意思（通长指大型土木工程结构）。可以说，“基础设施”最初是指对国家和社会起重要作用的土木工程建筑，典型的如公路铁路桥梁、海港码头、电站水电站、航空机场等。后来，油气输送管线（如我国的西气东输工程），虽然可能不属于“结构”，但也归类为“基础设施”。目前，“基础设施”的内容更加广泛，甚至各行各业都有自己的“基础设施”。如光纤传送系统已成为电讯业的“基础设施”，但它与原来意义上的“基础”、“结构”已经有明显区别。再如教育部门的“基础设施”，其含义就更加远离原来意义，可能连电脑配置都应该算在“基础设施”之内了。因此，很难对“基础设施”下一个确切的定义。
应该说明的是，本题目中的“基础设施”，原则上还是指它的“原意”，可理解为“大型土木工程设施”。暂时不讨论这种理解的正确性，只是为了限定本题目所涉及的范围（即主要涉及到“土木工程”，后面所有问题与表述均在此限定之内）。
说到“大型土木工程设施”，就材料和结构形式而言，在世界范围内仍是以钢筋混凝土结构为主体，钢结构、钢和钢筋混凝土联合结构（俗称钢混结构）也在迅速发展中，铝结构也有潜在的发展和应用。可以说，混凝土、钢是基础设施所用材料的主体。
2.基础设施的重要性如何？
基础设施的重要性是不言而喻的，它是国家的经济命脉、可持续发展的依托，甚至是一个国家社会发展程度和人民生活水平的标志。全世界都在关注基础设施的耐久性问题，一些专家在文献中有如下的描述：
*道路、桥梁、铁路、管线、海港、机场、水厂、污物处理装置、化学处理厂等，没有这些基础设施，经济就要停顿下来。保持基础设施的良好状态，是建设、使用、维护部门的共同职责。（Roads, bridges, passenger and freight railway systems, pipelines, harbors, airports, water treatment plants, solid waste disposal facilities, chemical processing plants---without these facilities, the economy grinds to a halt. The responsibility for preserving the infrastructure rests with the private and public sectors, both of which are responsible for building, operating, and maintaining these facilities.—— http://www.corrosion-doctors.org/Bridges/Frames.htm）
*一个国家基础设施的状况，反映着经济状态、稳定性以及人民的生活质量。过去的数十年，时空、环境、忽视、灾难以及人为的争斗，使许多国家降低或丧失对于基础设施的维护的条件。（ The state of the Infrastructure in a country is a reflection of its economic progress and stability, and indeed, of the quality of its peoples lives. Over the decades, time, environment, neglect and sadly, human conflict, has reduced the Infrastructure in many countries to a condition of disrepair, and sometimes, non-existence。
——http://www.nace.org/nace/content/publicaffairs/media/infra.asp）
怎样保证基础设施长久、完好、安全地运行，更是国家长远利益所在，是人民的期望和要求。基础设施落后或发展慢，国民经济就落后或发展慢，这一道理似不难理解；而基础设施不能经久耐用所带来的巨大经济损失和麻烦，却往往被人们所忽视。在这里不仅要强调兴建基础设施的重要性，更要强调保持其长久安全、耐用的重要性。
我国正处于空前规模的基础设施建设大发展时期，我们的目标和愿望是“百年大计”然而，对“耐久性”的认识不足、规程规范的不完善和相对滞后、管理维护不到位、特别是“短期行为”的存在与盛行等不利因素，使我国基础设施的“耐久性”问题，面临着更为严峻的形势。
3．怎样理解腐蚀的含义？
其实“腐蚀”的含义也是与时俱进的。最初，腐蚀这个词来源于拉丁语的“corrodere”，是指“锈掉”“风蚀”的意思。以后的很长一个时期专用于描述金属。二十世纪大部分时间，腐蚀的大体意思是指“材料（通常指金属）与环境发生作用（一般为电化学作用）所引起的性能降低或破坏”。因此，腐蚀理论也多建立在电化学基础之上，研究对象主要是金属。然而，随着科学技术的进步，腐蚀的概念也在向深度和广度发展。关于腐蚀（corrosion）新近的定义，大体上是指“材料（结构）与环境作用（物理化学的、电化学的），所引起的性能降级与破坏”。这里“材料”已经不再指金属，而是指一切材料以及由它们组成的结构。如说“钢筋混凝土腐蚀”，那就是既包括混凝土（非金属）的腐蚀，也包括钢筋（金属）的腐蚀。乃至塑料、橡胶、陶瓷、石材等的“老化”“风化”现象（与环境作用）也归为腐蚀之列。
腐蚀还可以从热力学观点去进一步理解，既从能量、能位（能势）角度去理解。一般说来，物质的能位越高就越“活化”和不稳定，反之，能位越低就越“钝化”和越稳定。自然界的物质，都具有从高能位变换到底能位的自然趋势，就像是水从高处向低处流一样，这是大自然的规律。腐蚀可以理解为物质在环境中通过物理化学、电化学作用，由高能位变换到底能位、由不稳定态（介稳定态）转化到稳定态的过程，而且，该过程是自发进行的。
还有学者用氧化——还原来解释和理解腐蚀过程。既腐蚀是一个氧化过程：铁转变为氧化铁（生锈），塑料、橡胶等被氧化（老化），甚至有机体的氧化（腐败）。应该指出，这里的“氧化”并不是单纯指物质与氧的作用，而是凡指在反应中（化学、电化学）失去电子的过程。
虽然说腐蚀是一个不可避免的、自发的过程，但不是不可控制的。腐蚀控制（corrosion control）的目的正是为了保持（在一定时期内）材料（结构）的介稳定态或减缓变为不稳定态过程，使材料（结构）能达到所要求的寿命期，这也是腐蚀防护的重要而现实的意义。
为了形象理解和解释腐蚀过程和腐蚀控制的意义，用图1.2.1对钢铁变成铁锈的过程进行描述。图中的纵坐标代表能位，由铁矿石（自然界稳定态的氧化铁）经冶炼（提高能位、消耗能源），变成了钢铁（介稳定态）。钢铁可以作为结构材料承担力学和人们期望的使用性能。然而，在通常环境中，介稳定态的钢铁无时无刻不在向低能位、稳定态转化，最终回到到它的矿石态（氧化铁、铁锈）。图中横坐标表示钢铁的使用寿命。可以看出，若不加防护或防护不当，钢铁的寿命是不长的，如果对其实施腐蚀控制（采取有效防护措施），则能延长它所处介稳定态的时间，使其能完成人们预想的使用寿命的要求。
能位 钢
2
1
电化学腐蚀
冶炼 电化学腐蚀
使用年限
铁锈（氧化铁） 铁锈（氧化铁）
铁矿石（氧化铁）
1——未采取防护措施 2——采取防护措施
图1.2.1 铁矿石（氧化铁）——钢铁——(腐蚀)——铁锈（氧化铁）转化示意图
4．基础设施腐蚀是指材料腐蚀还是工程结构腐蚀？
这里“基础设施”系指大型木工程，上面对“腐蚀”的含义也作了表述，那么“基础设施腐蚀”可以理解为大型土木工程中，钢筋混凝土结构、钢结构等，在使用中经受环境作用（物理化学的、电化学的）所引起的性能降级与破坏。当然，结构是由一种或多中材料组成的，研究工程结构腐蚀要以材料腐蚀为基础和出发点，因此，混凝土、钢材的腐蚀是基础设施腐蚀的主要构成部分，作为工程结构，较单纯材料的腐蚀更外复杂，一方面结构形式对腐蚀有重要影响，另一方面，不同材料的接触、连接等也会对腐蚀生产影响。总的说来，基础设施腐蚀是一个复杂的过程，处所处环境外，它与材料、结构形式、设计、施工、乃至使用中的管理、维护等均有密切关系。
5．基础设施腐蚀与资源、能源、污染的关系如何？
基础设施的建设、运行、维护过程中，都需要巨大的资源、能源的支持，是一个国家资源和能源的最大消耗部门。一个国家的资源、能源（乃至地球的资源）是有限的，有些是不可再生的。合理利用资源、能源是每个国家的国策和人类的共同使命。以图1为例,炼成钢铁要消耗巨大资源(铁矿石)、能源(煤、电、油、气等)和人力、物力、财力，将钢铁用于基础设施建设，又需要加工、制造、设计、工程施工等过程。人们期望用所消耗的能源、资源和人力、物力、财力，能换取基础设施长期、安全、有效地服务于国家和人民，一获得最大的社会和经济效益。然而，“腐蚀”却是人们愿望的“死对头”，腐蚀总的趋势和目标是把钢铁变成铁锈，缩短基础设施的服务寿命，甚至制造事故危及安全。
据悉，美国目前钢产量的40%用于替换由于腐蚀而损坏的部件、构件等（其中基础设施占据主要部分）。既每年约4000吨钢连同它所消耗的资源、能源、人力、物力、财力，由于腐蚀而化为“乌有”，难道这还不够惊人吗？！
混凝土是基础设施用量最大的结构材料，而水泥生产又是国家的能源消耗大户。如果大量钢筋混凝土基础设施因腐蚀而不能耐久，是否等同于浪费国家的宝贵资源和能源呢？相反，如果能采取有效防护措施，延长基础设施的使用寿命，也就等同于节约国家的宝贵资源和能源。
此外，腐蚀过程、腐蚀的后果、腐蚀产物等，均能对环境造成污染。
因此，还应该从资源、能源和环境污染的角度看待腐蚀，从而去理解基础设施腐蚀防护的重要与深远意义。
6．什么是基础设施的耐久性？
为了理解“耐久性”的含义，先要把“适用性”的含义说清楚。基础设施的适用性，是指它（如一座桥梁）在使用期内，能够满足载荷和环境作用而不损坏、破坏的能力。而“耐久性”则是指该基础设施在一定时期内，维持其适用性的能力。如规定一座桥梁的使用寿命是50年，所谓“适用性”就是50年内该桥能够保持安全、正常的运行的功能。如果仅使用20年，该桥就遭环境腐蚀而破坏（丧失适用性），这就是耐久性不足的问题。说明该桥不具备维持50年适用性的能力，或者说耐久性出了问题。
基础设施的耐久性实质，是它经受环境和时间考验的的能力。因此，该耐久性取决于基础设施本身的特质（先天因素）和环境作用（后天因素）两个方面。“先天不足”固然不能期望基础设施能够耐久，而对环境的作用认识不足、措施不利，同样达不到耐久的要求。
应该指出，当今基础设施的耐久性，已经成为世界性的重大问题。
7．基础设施腐蚀与其耐久性的关系如何？
对于已经建成的属于基础设施的工程结构，其耐久性主要取决于环境的作用（这里所说的环境作用通常不包括力学因素），而“环境与结构的作用引起结构的性能降低或破坏”正是“腐蚀”定义的内容，可见腐蚀与耐久性的亲密关系。
目前，世界上的基础设施仍以钢筋混凝土结构为主体，而腐蚀成为影响其耐久性的主导因素。在1991年的第二届混凝土耐久性国际会议上，著名专家梅塔（P.K. Mehta）教授，总结世界50年混凝土耐久性状况时说：“当今世界，如果把影响混凝土耐久性的因素按重要性递减的顺序排列的话，那么它们分别是：钢筋腐蚀、冻融破坏、侵蚀环境的物理化学作用”。可以看出，除冻融破坏之外，都可归结为腐蚀因素，而钢筋腐蚀排在了影响混凝土耐久性的首位。2001年，梅塔教授又以“21世纪建筑结构的耐久性”为名，发表如下重要观点：
——基础设施遭遇环境的破坏，在世界许多地区，将是严重的、大量存在的问题，并且已经是一个经济问题；
——在所有的工程材料中，混凝土是应用最广泛和大量的，而混凝土是多种材料的复合物，其结构与性能是随时间而变化的；
——钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构破坏的主要机理。
国内外的大量实践表明，就环境影响而言，腐蚀是影响钢筋混凝土基础设施耐久性的主导、关键因素。因此，要重视基础设施的耐久性，就不能不十分重视腐蚀与防护问题。基础设施腐蚀防护的重要性，还可以从它给国民经济所带来的巨大影响中进一步体现出来。
8．国外基础设施腐蚀对国民经济的影响有多大？
基础设施腐蚀是整个腐蚀中的重要组成部分。一些国家对腐蚀成本进行过整体的和分类的统计，以下一些数据和描述，也许是基础设施腐蚀对国民经济的影响巨大的有力说明。
——美国腐蚀工程师协会（NACE）等几个组织联合调查表明，1999至2001年间，美国腐蚀对经济的直接影响，平均每年达2760亿美元，占国民经济总产值（GDP）的3.1%,其中交通公共设施占34.9%，建筑业占18%（两项合计占52%！），制造业占31.5%。间接影响比直接损失大得多。对于桥梁破坏，影响交通所造成的损失要比恢复桥所花费用多10倍。
——在美国，早在五十年代腐蚀损失的影响就显露出来，那时每年腐蚀损失60-92亿。美国国家标准局（NBS)等单位，在1976—1996年期间，做过详尽的调查，1976年腐蚀损失为820亿美元，占国民经济总产值（GDP）的4.9%；1996年美国腐蚀损失为3500亿美元，占国民经济总产值（GDP）的4.2% ，美国人每人每年承担1千多美元的腐蚀损失。其中1390亿美元（40%）是可以通过了解已有知识和采用现有防护技术而避免或挽回这部分损失的。另有报告说，腐蚀损失可占到企业总资产的6 %。
——美国钢筋混凝土腐蚀的修复费每年2500亿美元，其中1550亿美元花在桥梁上。加拿大如果对已经破坏的基础设施全部修复的话，其费用要超过5000亿美元。
——2000年，美国直接腐蚀损失为4400亿美元，占GDP的5%，较1995年增加48%，其中交通和公共设施占32%。间接损失8000亿美元。
——1991年美国技术评估中心确认美国基础设施总资产为1.4万，而每年的修复花费是1400亿美圆，占总资产的10%。十年的修复花费就与总资产持平，若保持基础设施正常运转四十年，则需要花费四倍的总资产费。
——钢筋腐蚀是结构破坏的主因，美国60万座桥20年内平均年修复费为566亿美元。美国每年钢筋锈蚀成本超过1500亿美元。
——目前，钢筋混凝土结构是建筑结构的主体，混凝土破坏很严重，钢筋腐蚀是贡献因素。按美国的统计，在所有结构破坏中，钢筋腐蚀破坏可占55%。
——英国30来，腐蚀损失平均占GDP 的3.5%，其中基础设施占很大部分。现有桥梁中的35—40%必须修复，每年费用许多亿英镑；澳大利亚每年腐蚀损失为250亿美元，占GDP的4.2% ，基础设施占主要部分。德国每年腐蚀损失为800亿美元。
——印度向腐蚀宣战！每年腐蚀损失达2400亿卢比，主要是基础设施腐蚀造成的。生产量的10%用于更换被腐蚀的材料。只要采取可用的知识，就可以挽回300—500亿卢比。
——波兰腐蚀损失占GDP的6—10%，是西方国家的2倍。通过立法和宣传，至少可挽回一半。1997年提出防腐蚀战斗计划。
——美国腐蚀控制技术委员会（CCT）报道：今天世界面临重大问题之一是基础设施的破坏，主要是桥梁、公路，特别是钢筋腐蚀引起的混凝土的破坏。整个世界正在进行着钢筋混凝土基础设施防腐蚀损失的战斗。混凝土易碎易裂的特性、钢筋易锈蚀等，使钢筋混凝土桥梁的破坏尤其突出。
——2001年4月，在美国举行了“基础设施腐蚀控制专题讨论会”，基础设施的危险性成为会议的焦点。
以上涉及到美、英、德、加拿大、澳大利亚、印度、波兰等七个国家有关总腐蚀与基础设施腐蚀，对于国民经济影响的数据与资料。由于统计方法、资料来源的不同，可能数据之间不仅一致。然而，可以明白地得出以下基本看法：
（1．）腐蚀对国民经济的影响是巨大的，技术先进国家可占到国民经济总产值（GDP）的3-5%，有些国家可能更高（可以设想，若要使一个国家的GDP提高一个百分点有多大难度、需要花费多大气力，就应该掂量出这3-5%的腐蚀损失的分量）。
（2．）基础设施腐蚀损失，在总腐蚀损失总占有很大比例（仅与钢筋腐蚀相关联的就可能占到40-55%）。特别是以桥梁为代表的钢筋混凝土基础设施的腐蚀破坏，成为当今世界突出的问题；
（3）基础设施腐蚀损失虽然不是完全可以避免的，但其中一部分（30-50%）是可以避免和挽回的。其中极其重要的，是人们认识到腐蚀防护的重要性与长远经济意义、自觉采取防护措施（单就基础设施而言，通过教育、法律法规和通常的防护措施，就有可能避免或挽回一个百分点（GDP）的经济损失，这类同于国家GDP提高一个百分点！）。
