強腐蝕環境下預應力混凝土管樁的可應用性研究

周 煒

(方興地產(中國)有限公司，北京 100045)

強腐蝕環境下預應力混凝土管樁的可應用性研究

周 煒

(方興地產(中國)有限公司，北京 100045)

對預應力混凝土管樁的受腐蝕破壞機理進行了分析與研究，依據管樁的自身特點，提出了提高樁身、預應力鋼筋、樁尖以及接樁處耐久性的一些具體措施及方法，以確保建筑物的安全性。

預應力混凝土管樁，腐蝕，耐久性，防腐措施

1 預應力混凝土管樁的發展過程

我國于20世紀60年代開始研制預應力混凝土管樁，并于20世紀80年代末引進、開發了高強度預應力管樁，2009年修訂完成了GB 13476—2009先張法預應力混凝土管樁規范，該規范于2010年3月開始執行。

目前預應力混凝土管樁憑借著單樁承載力高，施工速度快，經濟性好，工廠集約化生產、成樁質量能夠得到保障等多方面的優勢，在普通工業及民用建筑的地基處理當中得以廣泛應用。但管樁在沉樁過程中以及在后期正常使用情況下，樁體難以進行可視化檢測，尤其是在腐蝕環境下，樁的耐久性問題便顯得尤為重要。

2 工程概況

2.1 場地地下水腐蝕性概述

青島市高新區某項目，東至和源路，西至祥源路，南鄰高新區主干道火炬大道，北至河東路。從項目地勘報告得知：場區地下水在干濕交替作用下對混凝土結構具有強腐蝕性，在無干濕交替作用下對混凝土結構具有強腐蝕性；場區地下水對鋼筋混凝土結構中的鋼筋，在干濕交替情況下具有強腐蝕性，在長期浸水情況下需要專門研究。具體地下水腐蝕性評價以“地塊3”為例，引述如表1，表2所示。

表1 對混凝土結構的腐蝕性

在目前這種比較惡劣的地質環境下，不知是否仍然可以采用預應力混凝土管樁。

2.2 規范依據

現行主要規范針對預應力混凝土管樁，在強腐蝕環境下耐久性有如下界定：

GB 13476—2009先張法預應力混凝土管樁(以下簡稱《管樁規范》)4.2.4條“對于有特殊要求及腐蝕、凍融環境下的管樁，應對其原材料、混凝土配合比和生產工藝等相關技術進行控制，并按設計要求對混凝土保護層等采取相應措施”。

JGJ 94—2008建筑樁基技術規范(以下簡稱《樁基規范》)3.5.4條“四類、五類環境樁基結構耐久性設計可按國家現行標準JTJ 267港口工程混凝土結構設計規范和GB 50046工業建筑防腐蝕設計規范等執行”。

GB 50010—2010混凝土結構設計規范(以下簡稱《混凝土規范》)3.5.7條“耐久性環境類別為四類和五類的混凝土結構，其耐久性要求應符合相關標準的規定”。

在強腐蝕環境下，對于預應力混凝土管樁，以上幾本規范并沒有提供可量化的技術措施或參數用于樁基設計或驗收。因此，要想在強腐蝕環境下采用預應力混凝土管樁，就必須先要研究一下鋼筋混凝土結構腐蝕破壞的機理。

表2 對鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性

3 鋼筋混凝土結構腐蝕破壞機理

通常情況下，混凝土中存在著大量的微孔和敞開孔，當混凝土與硫酸鹽溶液接觸時，硫酸鹽溶液通過孔隙的毛細作用滲透到混凝土內部，并與之發生化學反應，產生鈣礬石等難溶的鹽類礦物。這些難溶的鹽類礦物由于吸收了大量的水分子后導致體積較原反應物膨脹許多。據研究，鈣礬石在化學結構上結合了大量的結晶水(實際結晶水為30～32)，其體積約為原水化鋁酸鈣的2.5倍。當膨脹內應力超過混凝土的抗拉強度時就會導致混凝土的開裂。

3.2 Cl-離子對混凝土腐蝕破壞機理

混凝土結構當未受到腐蝕作用時，pH值約為12～13即處于堿性環境。鋼筋在堿性環境中，其表面會形成一層鈍化保護膜，它能對鋼筋起到有效的保護作用。但這層保護膜在腐蝕性離子作用下，尤其是Cl-離子作用下，鈍化膜破壞。鋼筋在水及二氧化碳的作用下發生氧化反應生成鐵銹。鐵銹層累計的體積可達6倍～7倍，最終導致混凝土保護層脹裂破壞甚至剝落。

4 管樁防腐問題

通過對鋼筋混凝土結構受腐蝕機理的研究，針對預應力管樁的特點，著重從樁身、預應力鋼筋、樁尖以及接樁處等幾方面進行防腐處理。

4.1 樁身防腐

目前PHC樁采用離心成型工藝，工廠化集約生產，使得混凝土密實度大大提高且有質量保障。樁身混凝土具有的良好的密實度能起到高效的抗滲透性，在一定程度上減緩了腐蝕性離子對樁身混凝土侵蝕的進程。

樁身、承臺表面涂刷防腐涂層，如有機硅混凝土保護劑、環氧瀝青等，能使混凝土表面具有良好的耐滲透和抗腐蝕性，在腐蝕環境下起到對樁身、承臺混凝土的防護作用；合理地增大樁身混凝土保護層厚度以及高效能的耐腐蝕混凝土外加劑的采用，同樣對混凝土的防腐蝕起到有效防護。

4.2 預應力鋼筋的防腐

先張法構件中預應力鋼筋的防腐蝕是一個難題。如果因為預應力鋼筋發生腐蝕性損壞,預應力混凝土結構將有斷裂甚至崩塌的危險。但良好的樁身防腐措施不但能有效地阻止混凝土的腐蝕，鋼筋的防腐也相應得到防護。因此，通常在做好樁身防腐的情況下，預應力鋼筋的防腐措施可以不必采用。

預應力鋼筋的防腐處理并不是簡單的進行環氧樹脂的涂刷，它必須滿足以下幾點要求：噴涂前需要對鋼筋表面進行除銹處理；不應因防腐涂層的涂刷而導致混凝土強度等級的降低或混凝土堿性環境的改變；涂層不應降低混凝土對鋼筋的握裹力，否則容易導致預應力鋼筋與混凝土之間產生相對位移，從而帶來混凝土構件的安全隱患。有資料顯示，鋼筋的防腐涂層在自動吸附鋼筋表面后形成的保護膜應不小于100 A0(1 A0=10-10m)，否則涂層將對管樁的物理力學性能產生較大的影響。

4.3 樁尖的防腐

采用封閉型樁尖可有效防止地下水進入樁體內部，在管樁的底部及頂部采用灌芯處理可以減少地下水對管樁尤其是管樁接頭部分鋼構件的侵蝕，增強樁體自身的耐腐蝕性能。通常灌芯混凝土建議采用微膨脹型，其強度等級不小于C30，灌芯長度不小于2 m。

4.4 接樁處防腐

預應力管樁單樁長度一般為12 m左右，當設計樁長大于單根預制樁長時就應考慮接樁。在侵蝕性環境下，接樁處的防腐處理也應引起高度重視。

樁的連接通?？刹捎煤附?、法蘭連接或機械快速連接(螺紋式，嚙合式)。在腐蝕環境下，通常采用焊接方式或法蘭連接。通過采取適當增加機械連接件的厚度以及涂刷防腐蝕耐磨涂層來延緩被腐蝕的時間，增加抗腐蝕能力。一般情況下，鋼零件厚度的腐蝕裕量不小于2 mm，有條件時也可采用熱收縮聚乙烯套膜保護。

5 項目防腐措施

項目開發公司考慮到場地地質環境較為惡劣，本著安全合理的原則，特聘請工業防腐蝕規范編制組熊威教授與何進源教授作為項目公司的外請專家，對地基處理方案進行技術支持。

熊威教授、何進源教授、青島當地審圖中心專家以及施工圖設計單位總工等通過對場地地質環境的細致縝密研究，提出如下措施意見：

1)預應力混凝土管樁的混凝土強度等級不應低于C60，抗滲等級不應低于S10；鋼筋的混凝土保護層厚度不應小于35 mm；樁尖采用閉口型。

3)接樁宜選在非污染土層中，建議采用焊接接樁方案或法蘭接樁，要求接樁處鋼零件涂刷防腐蝕耐磨涂層，并且增加鋼零件不小于2 mm的厚度要求，有條件的可以采用熱收縮聚乙烯套膜保護。

4)承臺表面刷環氧瀝青涂層500 μm，耐腐蝕墊層可采用C25摻外加劑的混凝土，厚度為150 mm。

6 結語

隨著預應力管樁的廣泛使用，尤其是在腐蝕環境中管樁的耐久性問題顯得尤為突出。提高管樁自身的混凝土密實性是耐腐蝕措施的第一步也是重要的一步，其次從腐蝕破壞的機理出發，針對管樁的自身特點，加強樁端、樁身、樁尖、預應力鋼筋以及接樁部位的防腐措施可有效提高管樁的工作服役周期，保障建筑物的安全。

[1] 鄧友生，孫寶俊，鄔忠強.預應力混凝土管樁的應用研究及發展前景[J].建筑技術,2003,34(4)：32.

[2] 張季超，唐孟雄.預應力混凝土管樁耐久性問題探討[J].巖土工程學報，2011，33(S2)：49-51.

[3] GB 50046—2008，工業建筑防腐蝕設計規范[S].

[4] JGJ 94—2008，建筑樁基礎技術規范[S].

[5] GB 13476—2009，先張法預應力混凝土管樁[S].

[6] GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

[7] 顧國榮，張劍鋒，桂業琨.裝機優化設計與施工新技術[M].北京：人民交通出版社,2011.

Research on the applicability of prestressed concrete pipe pile under strong corrosion environment

Zhou Wei

(FangxingRealEstate(China)Co.,Ltd,Beijing100045,China)

The paper analyzes and studies the corrosion damage mechanism of prestressed concrete pipe pile. According to pipe pile features, it puts forward some specific measures and methods of improving pile, prestessed steel, pipe top and pipe joint durability, with a view to guarantee the building safety.

prestressed concrete pipe pile, corrosion, durability, anti-corrosion measures

1009-6825(2015)02-0046-03

2014-11-03

周 煒，男，身份證號：132402197801121214，工程師

TU473.13

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