酸性土壤環境下樁基防護措施分析

（河北建設勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050000）

1 提高樁基礎結構材料自身防腐性能

改善樁基礎自身防腐性能的根本策略是采取措施提高樁基自身混凝土的密實度和抗滲透能力，降低酸性離子進入樁基混凝土內部與鋼筋發生化學反應的概率。提高樁基混凝土自身防腐性能是解決酸性土壤中樁基腐蝕問題的常用方法，該方法因成本低、工藝簡單等特點得到較廣泛的應用。

1.1 提高樁基混凝土的密實度

1.1.1 混凝土中加入無機礦物摻合料

樁基混凝土中加入無機礦物材料后，利用無機礦物細填料的活性效應和晶核效應充實樁基混凝土的密實度，繼而有效降低酸性土壤中酸性離子對樁基的腐蝕性，提高混凝土的抗腐蝕能力。通常選用的無機礦物填料為硅灰類，該類型無機填料通過改善凝膠和混凝土粗骨料之間的連接結構形狀，增加混凝土的密實度和強度。

在樁基混凝土中加入膨脹劑可以對混凝土的收縮性能進行有效補償，在補償收縮的同時有效提高混凝土的密實度，繼而增加樁基混凝土在酸性土壤中的抗腐蝕能力。其作用機理是混凝土中加入的高性能膨脹劑可以促進水泥水化物晶體增長，通過水化物晶體的增長來填充膠凝材料間的縫隙，在膠凝材料縫隙處形成錯綜復雜的網狀結構，提高混凝土的密實度和抗壓強度。

將混凝土中的主材水泥用硫酸鹽水泥替代后，樁基混凝土的抗滲透性能力可提高幾個等級。可與硫酸鹽水泥媲美的還有堿礦混凝土，也具有較好的抗滲透性能。采用硫酸鹽水泥的混凝土和加入堿性礦物的混凝土都可以有效阻止酸性介質浸入樁基混凝土本身，提高混凝土的抗腐蝕性的同時也增加了混凝土抗凍能力，繼而對樁基內部的鋼筋骨架起到了有效的保護，提高樁基自身的穩定性。

1.1.2 混凝土中加入有機礦物摻合料

混凝土成分組成中有一種有機材料——減水劑，可以通過減水劑的合理使用來降低混凝土中水的含量，繼而降低混凝土中游離水的含量，有效提高混凝土的密實度，再加上減水劑價格便宜，其已成為混凝土外加劑中必不可少的組成成分。

類似丙烯酸酯膠乳、丁苯膠等聚合物是混凝土中較有效的摻加劑，將該類型聚合物加入混凝土或砂漿中可以生成聚合物改性混凝土和聚合物改性砂漿。改性混凝土中加入的乳膠可以有效阻斷土壤中酸性離子對樁基本身的腐蝕，還可以有效阻斷酸性離子對鋼筋的腐蝕。從相關實驗可知，改性乳膠混凝土可有效降低酸性土壤中酸性離子的滲透能力。混凝土中引入高分子聚合物后，其原有結構和性質被改變，混凝土剛性空間骨架中積聚了大量有機聚合物，剛性無機物之間被有彈性的和有粘附性的堅固的有機聚合物質點、網或膜鉸結，這使得混凝土結構密度被大幅提高。此外，高分子聚合物較好的鉸結性能使混凝土的脆性逐漸降低。混凝土中高分子聚合物的添加量比重很小，但當混凝土處于酸性土壤環境中時，其抗腐蝕能力會大幅提升。與高分子聚合物作用機理相同的還有一種有機硅防水劑，該防水劑主要通過其活性自由基與混凝土原材發生化學反應形成錯綜復雜的網狀交聯結構。與此同時，由于有機硅顆粒的體積較小，其摻入混凝土后填充了混凝土結構體系中的空隙，使得混凝土從內到外形成了較好的、完整的保護層，增加了混凝土的防水效果，對酸性土壤中的酸性離子起到了很好的阻斷作用。

1.2 改進鋼筋耐腐蝕性能

鋼筋骨架是樁基結構穩定性的重要核心組成部分，鋼筋骨架的穩定是樁基結構穩定的前提。所以，對鋼筋骨架進行防腐研究十分必要，一方面可以提高鋼防腐蝕能力，另一方面也是對樁基防腐蝕措施的一個雙保險。現階段對樁基鋼筋骨架的防腐蝕措施主要有以下幾種：1）用緩濁劑進行處理。鋼筋防腐蝕的緩濁劑主要分為無機緩蝕劑和有機緩蝕劑。亞硝酸鈉、磷酸鈉、重鉻酸鉀以及磷酸鉀等都屬于無機型緩蝕劑，相對于無機型緩蝕劑，有機型緩蝕劑的發展起步較晚，這是因為大部分有機型緩蝕劑是有毒性的，對其毒性的處理耗費成本較大，所以應用不多。大部分鋼筋骨架的防護體系是一個復雜的混合體系，多采用復合型緩蝕劑來進行鋼筋骨架的緩濁處理。2）鋼筋預處理工藝。鋼筋預處理是在鋼筋骨架焊接之前對鋼筋原材采用熱浸鋅技術或者電化學去氯離子技術處理，處理后的普通鋼筋其抗腐蝕能力大幅提高，對酸性離子等有害離子的阻斷能力呈幾何曲線式增長。此方法最大的缺點是消耗了大量的陽極材料，增加了較大成本。3）鋼筋表面涂刷環氧材料。利用環氧樹脂的高密度結構性質對鋼筋進行保護的做法也較常見。在鋼筋表面涂刷一層環氧材料來將鋼筋表面與周圍的有害游離物質進行隔離。具體做法是樁基鋼筋骨架綁扎完成后，對整個骨架進行除銹處理，用具有很高粘結強度和抗蝕能力的環氧膠結材料在全部鋼筋表面均勻涂刷一層環氧漿液，漿液固化前澆筑混凝土，可以有效防止有害離子侵蝕鋼筋。

2 阻斷土壤中酸性離子的腐蝕路徑

2.1 混凝土結構表面覆蓋

通過對混凝土結構表面進行噴涂處理來降低有害離子對混凝土侵蝕的技術含量較低，應用起來較方便，但是該方法只適合預制混凝土構件，對樁基現澆混凝土結構無法起到保護作用。而且在太陽光常年照射下，保護層附涂材料容易失去原有活性或者活性減半。混凝土結構表面噴涂聚合物乳液改性砂漿覆蓋層聚合物起到的阻斷鋼筋腐蝕的作用機理包括兩點，一是阻斷土壤中有害離子對樁基本身腐蝕的路徑，二是對樁基已產生的微裂隙進行填充和補償。由于聚合物膜彈性模量較低，還可以提高水泥混凝土的抗拉強度和斷裂韌性。再者聚合物乳液的摻入還可以大幅減少用水量，改善硬化砂漿微觀結構。混凝土的毛細吸水能力主要是因為混凝土結構中存在毛細孔隙，若要提高混凝土結構的抗腐蝕性，必須對混凝土的毛細孔隙進行有效填充，這樣酸性土壤中的有害游動離子就無法以膜的形式進入樁基，從而提高了混凝土結構的穩定性，而有機硅化合物正好滿足要求，可有效填充混凝土毛細孔隙，阻止有害離子以膜的形式從土壤釋放到混凝土結構中，對鋼筋起到了保護作用。

2.2 提高混凝土保護層厚度

樁基主要是在鋼筋骨架基礎上灌入混凝土形成的，所以樁基的抗剪切能力、抗彎拉能力以及抗有害離子的侵蝕能力與保護層的厚度有著密切關系，保護層的厚度對樁基的結構穩定性起到至關重要的作用。如果混凝土保護層厚度較薄，鋼筋的力學性能就會受影響，所以保護層的厚度要盡量厚一些，但不意味著樁基外側的混凝土保護層越厚越好，保護層過厚會使得鋼筋的承載能力降低，對結構的安全性能反而不利。所以，樁基外層混凝土保護層厚度要遵循設計規定。如果樁基設計文件中沒有明確規定鋼筋混凝土保護層厚度，那么在酸性土壤中施工的樁基礎可以通過對土壤酸堿度進行測試，根據測試結果采用擴大頭進行擴口徑施工。采用擴大頭成孔后的樁孔施放鋼模板，讓孔壁和鋼模板之間形成閉環空間，向其中澆筑混凝土，當混凝土達到一定強度后拆除鋼模板，再按照混凝土灌注樁正常施工工藝進行灌注施工。向孔內施設鋼模板的方法相當于在酸性土壤深度范圍內增加了樁基的保護層厚度。但是當酸性土壤中設計的樁基長度較長時，該方法并不適用。

3 降低土壤的酸度

可以通過改良樁基礎所在區域的地質情況來改變酸性土壤的酸度，常用的材料是石灰。石灰可以降低土壤中的酸度，其作用持久，降酸效果快。此外，隨著酸性土壤中石灰用料的不斷增加，酸性土壤改良的效果也愈發顯著，且持續效果會不斷向深層土壤傳遞。如果遇到土壤酸性程度較穩定的情況，可以考慮換填的方法從根本上解決施工區域內酸性土壤的問題。對于酸性污染源一直存在的土壤環境，土壤換填以及土壤修復的方法不適用。

4 結語

通過以上幾種樁基防腐蝕措施可以看出，不同的樁基防腐蝕措施各有特點，有各自專屬的應用領域。樁基混凝土結構表面涂覆防腐材料的方法，對混凝土有害離子的侵蝕產生了一定程度的阻斷作用，但是該方法適用于預制混凝土構件或人工挖孔樁，不適用于水下混凝土灌注樁。在混凝土中加入礦物材料可以有效增加混凝土抗滲能力，且無論是混凝土預制件還是水下現澆筑混凝土樁基都較適用，但是其必須在專業混凝土配合比人員操作下才能完成，要求的技術含量較高，實操性較差。增加保護層厚度的方法只是延長了樁基結構抗滲路徑，不能徹底解決混凝土本身多孔性的原始材料缺陷。所以，要根據具體條件來選用防腐蝕的方法。