邊坡錨索腐蝕性環境評價及銹蝕速率計算

2013-12-31 00:00:00盧云貴

科技創新與應用 2013年29期

摘要：工程實踐表明錨索失效的主要原因在于其耐久性。文章針對貴州省思南至劍河高速公路沿線鎮遠段3處錨索邊坡工點分別采集3組水、土試樣，并對其進行腐蝕性指標分析，進而評價環境對錨索的腐蝕等級。在此基礎上采用影響錨索腐蝕程度的3個主要指標（錨索表面氯離子濃度與氫氧根離子濃度比值、錨索表面溫度及錨索至外圍注漿體表面間混凝土電阻值）計算錨索銹蝕速率，分析不同pH值時其對錨索銹蝕速率的影響，可得：（1）該段土質對錨索和外圍注漿體均具有弱腐蝕性，水質對外圍注漿體具有中腐蝕性，對錨索具有弱腐蝕性；（2）該段錨索腐蝕速率均較小，環境條件可滿足錨索耐久性的要求；（3）pH值接近外圍環境的PH值時，錨索的腐蝕速率極具增大，說明外圍注漿體的質量對錨索的耐久有著重要影響。

關鍵詞：錨索；水土試樣；腐蝕指標；評價標準；銹蝕速率

1 前言

錨固技術在我國應用始于20世紀50年代后期[1]。隨著近些年來高速公、鐵路和基礎設施的建設，以及預應力錨索加固技術的不斷發展，預應力錨索的應用范圍不斷擴大、實踐經驗也不斷豐富[2]。目前，在預應力錨索的使用過程中，已經出現了大量耐久性案例，實際統計資料和經驗[3-6]表明預應力錨索破壞主要是由于鋼絞線腐蝕斷裂引起，因此，在設計和施工中，更要高度重視錨索的耐久性問題[7]。

引起錨索耐久性問題的除了自身質量外，與外界環境的腐蝕性有著重要聯系，如當錨索處在強堿性環境中時，表面有一層鈍化膜，鈍化膜存在時，錨索不易發生銹蝕破壞，當侵蝕性離子通過擴散作用通過保護層到達鋼筋表面，強堿性環境被破壞，鈍化膜失效，就會發生銹蝕破壞[8]，因此，對存在錨索加固的邊坡采集水土試樣分析其環境的腐蝕性非常必要。另外，錨索的耐久性（即使用壽命）與其銹蝕速率有關，而銹蝕速率與環境中的腐蝕性指標相關，因此，通過分析環境中水土腐蝕性指標進而得到錨索銹蝕速率可大致判斷錨索的耐久性程度。

本文針對貴州省思南至劍河高速公路沿線鎮遠段3處錨索邊坡工地分別采集3組水、土試樣，對該段邊坡加固錨索所處環境的腐蝕性進行評價，并依據分析得的腐蝕性指標計算錨索的銹蝕速率，同時，研究不同pH值時其對錨索銹蝕速率的影響。

2 環境腐蝕性評價方法與標準

2.1 腐蝕性分析實驗項目及方法

評價錨索所處環境的腐蝕性，主要是分析環境中水和土中所含腐蝕性介質對錨固體的腐蝕強度。根據巖土工程勘察規范[9]規定：為了了解場地水和土對建筑材料的腐蝕性，需采取水樣和土樣，并對所采集的水、土樣進行簡分析，同時，在勘察場地內各自取土、水樣不應少于各2件，水、土腐蝕性實驗項目和方法如表1。

對水試樣進行簡分析所需采集量為500～1000mL；對土試樣需先進行其浸入液的制取，然后再對表1中相應的試驗項目進行分析。浸入液的制取步驟如下：（1）取風干的100g土壤樣本（1mm篩子篩分、風干），誤差不超過0.01，按1：5的比例加入純水，均勻攪拌、振蕩3分鐘后抽水過濾，另取試樣3～5g測定風干含水率；（2）將濾紙用純水浸濕后貼在漏斗底部，漏斗裝在抽漏瓶上，連通真空泵抽氣，使濾紙與漏斗貼緊，將振蕩后的試樣懸液搖勻，倒入漏斗中抽氣過濾，過濾時漏斗應用表面皿蓋好；（3）如發現濾液不清澈時，應重新過濾，多次后如仍不清澈，則用離心機分離，直到溶液變得清澈透明。

2.2 腐蝕性評價標準

受環境類型及地層滲透性影響，水和土對混凝土結構的腐蝕性評價應綜合評定，應以腐蝕介質不同（pH，Mg2+，SO42-，HCO3-，CO2，NH4+，OH-，總礦化度）綜合判定，以腐蝕等級高的為準；水和土對鋼筋腐蝕性評價以長期浸水、干濕交替、土層含水量與Cl-含量來判斷腐蝕等級。根據巖土工程勘察規范[9]規定，水和土對混凝土結構和鋼筋的腐蝕性評價如表2、3、4。

說明：A為地下水位以上的碎石土、沙土、堅硬、硬塑狀的粘性土；B為濕、很濕的粉土、可塑、軟塑、流塑的粘性土。

腐蝕性綜合評定準則如下：（1）腐蝕等級中，只出現弱腐蝕，無中等腐蝕或強腐蝕時，應綜合評價為弱腐蝕；（2）腐蝕等級中，無強腐蝕，最高為中等腐蝕時，應綜合評價為中等腐蝕；（3）腐蝕等級中，有一個或一個以上為強腐蝕，應綜合評價為強腐蝕。

3 邊坡環境腐蝕性評價結果

在貴州思南至劍河高速公路鎮遠段3個錨索邊坡工點分別采取3組水樣和3組土樣，其編號分別為土（或水）樣1-1（其編號方法為第一個數字“1”代表工點，第二個數字“1”代表水土樣組數）、土（水）樣1-2、土（水）樣1-3、土（水）樣2-1、土（水）樣2-2、土（水）樣2-3、土（水）樣3-1、土（水）樣3-2和土（水）樣3-3。

3.1 土的腐蝕性評價

對采集回的9組土樣進行上述腐蝕性項目分析，其測得的PH、Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+、SO42-、K+和Na+的數據如表5。

從圖1中，可知：當錨索表面堿性發生破壞時，錨索的腐蝕速率急劇增大，表明錨索外圍注漿的質量對錨索使用壽命影響很大，當注漿體存在缺陷和裂縫時，錨索表面的PH值與外圍環境的PH值相當（即pH值在7左右），這時的錨索1年即發生9mm左右的腐蝕。

5 結束語

對貴州思南至劍河高速公路沿線鎮遠段3處錨索邊坡工點分別采集3組水、土試樣進行腐蝕性指標分析，并評價該段邊坡加固錨索所處環境的腐蝕性，在此基礎上，計算出錨索的腐蝕速率，可得：

（1）該段土質對錨索和外圍注漿體均具有弱腐蝕性；（2）該段水質對外圍注漿體具有中腐蝕性，對錨索具有弱腐蝕性；（3）該段錨索腐蝕速率均較小，環境條件可滿足錨索耐久性的要求；（4）當錨索周圍由于注漿不飽滿或產生裂縫導致錨索表面pH值接近外圍環境的pH值時，錨索的腐蝕速率極具增大。

參考文獻

[1]孫均.中國巖土工程錨固技術的應用與發展[M].北京：中國建筑工業出版社，1996.

[2]張志亮.預應力錨索耐腐蝕性及失效研究[D].北京：中國地質大學，2008.

[3]曾憲明，陳肇元，王靖濤，等.錨固類結構安全性與耐久性問題探討[J].巖石力學與工程學報，2004，23（13）：2235-2242.

[4]張彌.我國鐵路隧道結構安全性和耐久性分析[A].工程科技論壇：土建結構工程的安全性與耐久性[C].北京：清華大學出版社，2001.

[5]劉西拉.結構工程耐久性的基礎研究[A].工程科技論壇：土建結構工程的安全性與耐久性[C].北京：清華大學出版社，2001.