鹽漬土地區(qū)變電工程基礎(chǔ)防腐措施研究

常偉；李學(xué)鵬；王茂忠；吳畏

（①中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，西安710015；②國(guó)家電網(wǎng)有限公司直流建設(shè)分公司，北京100032）

0 引言

鹽漬土是鹽土和堿土以及各種鹽化、堿化土壤的總稱[1]。我國(guó)內(nèi)陸鹽漬土廣泛分布在西北干旱地區(qū)的新疆、青海、甘肅等地區(qū)[2]。在鹽漬土地區(qū)變電站工程設(shè)計(jì)中，各類建構(gòu)筑物基礎(chǔ)一般均采用混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)混凝土中受到地下具有腐蝕性的水、土的侵蝕以后，會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)混凝土的表面脫落、強(qiáng)度降低、鋼筋銹蝕發(fā)生等現(xiàn)象[3]，從而降低基礎(chǔ)混凝土的耐久性，進(jìn)而影響上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與正常使用。因此，防腐蝕設(shè)計(jì)已成為鹽漬土地區(qū)變電工程建構(gòu)筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不可缺少的內(nèi)容。研究變電工程建構(gòu)筑物基礎(chǔ)在鹽漬土地基的腐蝕等級(jí)及破壞機(jī)理，找出適用于鹽漬土地區(qū)有效可行的地基基礎(chǔ)防腐措施，這對(duì)于提高電網(wǎng)工程安全性，降低工程總體造價(jià)，具有十分重要的意義。

鋼筋混凝土基礎(chǔ)工程的腐蝕一般可分為兩種：一是對(duì)混凝土的腐蝕，二是對(duì)鋼筋的腐蝕[4]。基礎(chǔ)防腐的工程造價(jià)直接影響著工程總體投資。本文根據(jù)鹽漬土的腐蝕性等級(jí)、腐蝕性機(jī)理，對(duì)鹽漬土地區(qū)變電工程建構(gòu)筑物基礎(chǔ)防腐蝕設(shè)計(jì)方案和防腐蝕措施進(jìn)行了淺要分析，以供同行借鑒。

1 鹽漬土的腐蝕特性

鹽漬土按含鹽性質(zhì)可分為以下幾類：氯鹽漬土、亞氯鹽漬土（后面統(tǒng)稱為“氯鹽”）、硫酸鹽漬土、亞硫酸鹽漬土及堿性鹽漬土（后面統(tǒng)稱為“硫酸鹽”）。

鹽漬土具有遇水則產(chǎn)生溶陷、溫差變化引起鹽脹以及對(duì)混凝土及鋼筋的腐蝕性等特性。鹽漬土中所含的硫酸鹽對(duì)混凝土的侵蝕以及氯離子對(duì)鋼筋的銹蝕是影響混凝土耐久性和可靠性的兩大重要因素。硫酸鹽侵蝕主要通過(guò)硫酸根離子進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)中與混凝土中的不同組分發(fā)生一系列物理及化學(xué)反應(yīng)，造成基礎(chǔ)混凝土表面開(kāi)裂，強(qiáng)度損失等破壞。而氯離子通過(guò)混凝土中的孔隙侵蝕到達(dá)鋼筋表面，破壞鋼筋表面的鈍化膜，從而造成鋼筋銹蝕破壞問(wèn)題。

以硫酸鹽為主的鹽漬土地區(qū)，易發(fā)生鹽脹，影響硫酸鹽鹽漬土鹽脹的主要因素有含水量以及含鹽量等，而促使鹽漬土產(chǎn)生膨脹的決定性因素是溫差變化。以氯鹽為主的鹽漬土地區(qū)，如在干濕交替的環(huán)境下，氯鹽產(chǎn)生結(jié)晶；當(dāng)溫度變化時(shí)，結(jié)晶后的氯鹽會(huì)發(fā)生膨脹，對(duì)混凝土造成損傷。

因此，鹽漬土地區(qū)選擇變電站站址時(shí)，注意選擇溶陷性、鹽脹性以及腐蝕性危害較小的場(chǎng)地，地基處理：上封閉（隔水）下隔離（抗膨脹）避免鹽脹。對(duì)無(wú)鹽脹和非溶陷鹽漬土地基，除考慮腐蝕性外，可按一般地基處理。

2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)腐蝕地基基礎(chǔ)防腐措施

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[5]第5.4.6 條提出：氯鹽為主的環(huán)境下不宜采用單獨(dú)采用硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥作為膠凝材料配置混凝土，應(yīng)加入20～50%的礦物摻合料，并宜加入少量硅粉。就氯鹽（亞氯鹽）腐蝕而言，可采用內(nèi)摻型或外涂型鋼筋阻銹劑[6]，鋼筋阻銹劑的選用與環(huán)境作用等級(jí)有關(guān)。當(dāng)內(nèi)摻型鋼筋阻銹劑與其他外加劑復(fù)合使用時(shí)，其相容性及對(duì)混凝土性能的影響應(yīng)由試驗(yàn)確定，并不得降低鋼筋阻銹劑的阻銹性能。

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[7]第5.4.7 條提出：硫酸鹽為主的環(huán)境下宜選用鋁酸三鈣含量小于5%的普通硅酸鹽水泥或抗硫酸鹽水泥，配置混凝土?xí)r宜摻加礦物摻合料。就硫酸鹽（亞硫酸鹽）腐蝕而言，根據(jù)腐蝕等級(jí)可采用抗硫酸鹽水泥內(nèi)部防腐蝕措施，視必要進(jìn)一步采取其他的外部防腐蝕措施，但抗硫酸鹽水泥中氧化鈣（CaO）和鋁酸三鈣（CaCl3）的含量都低，堿性系數(shù)小，使得采用抗硫酸鹽澆注的混凝土空隙多、密實(shí)性差。

不論那種性質(zhì)的腐蝕，應(yīng)按照腐蝕等級(jí)，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選用相應(yīng)級(jí)別的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，提高混凝土的密實(shí)度，滿足結(jié)構(gòu)混凝土材料的耐久性基本要求。

但規(guī)范中并未明確地基土中同時(shí)含硫酸鹽（亞硫酸鹽）和氯鹽（亞氯鹽）腐蝕情況下的防腐措施。

3 硫酸根離子與氯離子腐蝕并存時(shí)基礎(chǔ)防腐措施

3.1 防腐措施探討

工程設(shè)計(jì)中，常常遇到地基土中同時(shí)含硫酸鹽（亞硫酸鹽）和氯鹽（亞氯鹽）腐蝕的情況，且二者的含量基本相當(dāng)，尤其在鹽漬土地區(qū)較為普遍。在硫酸根離子與氯離子腐蝕并存的情況下，如何對(duì)基礎(chǔ)及其他地下設(shè)施采取防腐蝕措施，值得探討。

在硫酸根離子與氯離子腐蝕并存的條件下，傳統(tǒng)措施采用相應(yīng)的中抗或高抗硫酸鹽水泥加鋼筋阻銹劑制備防腐蝕混凝土，防止混凝土的腐蝕和混凝土中鋼筋的銹蝕。有試驗(yàn)表明，在硫酸根離子與氯離子腐蝕并存的條件下，由于中抗或高抗硫酸鹽水泥混凝土物理性能不夠理想，在硫酸鹽作用條件下，以亞硝酸鹽等鹽類的內(nèi)摻型鋼筋阻銹劑起不到應(yīng)有的作用，相反降低了混凝土抗硫酸鹽腐蝕的質(zhì)量，帶來(lái)危害。

另外，以亞硝酸鹽等鹽類和少量表面活性劑組成的鋼筋阻銹劑，其物質(zhì)的性質(zhì)活潑，易受水壓以及水溶解擴(kuò)散（遷移）作用，從混凝土中浸析出來(lái)，還可加速膠凝材料中鈣的溶解而被帶走，所以，是不穩(wěn)定的物質(zhì)，造成混凝土質(zhì)量的退化、破壞，對(duì)鋼筋的保護(hù)不利。

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[7]第7.2.1 條提出：當(dāng)介質(zhì)除含有硫酸根離子外，還含有其他腐蝕性離子的環(huán)境下，抗硫酸鹽水泥耐腐蝕性能尚應(yīng)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。

因此，在硫酸根離子與氯離子腐蝕并存的條件下，需慎重采用抗硫酸鹽水泥外加鋼筋阻銹劑制備防腐蝕混凝土，而應(yīng)通過(guò)適合的混凝土外加劑加以解決，但任何情況下，外加劑不能對(duì)混凝土和鋼筋的性能產(chǎn)生不利影響。可采用復(fù)摻20%粉煤灰與30%礦物摻合料、低水膠比配置的混凝土可以滿足耐久性設(shè)計(jì)要求。

3.2 硅粉的應(yīng)用

①現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[5]第5.4.6 條提出：氯鹽為主的環(huán)境下配置混凝土?xí)r應(yīng)加入20～30%的礦物摻合料，并宜加入少量硅粉。水泥用量不應(yīng)少于240kg/m3。

②現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[8]第B.1.2 條提出：氯化物環(huán)境和化學(xué)腐蝕環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，應(yīng)采用礦物摻合料混凝土。采用粉煤灰與硅粉復(fù)摻技術(shù)，可以增大新拌混凝土的流動(dòng)性，降低水化熱，提高混凝土強(qiáng)度，同時(shí)增加混凝土密實(shí)性，從而減少了有害離子傳遞速度，有效提高防腐蝕性能。另外，硅粉能夠提高混凝土的電阻率以及降低氯離子的滲透速率，對(duì)鋼筋產(chǎn)生有利的防護(hù)。

鑒于以上原因，鹽漬土地區(qū)，硫酸根離子與氯離子腐蝕并存時(shí)的混凝土構(gòu)件推薦采用粉煤灰與硅粉復(fù)摻技術(shù)。

4 防腐蝕設(shè)計(jì)方案

4.1 內(nèi)防腐措施

氯鹽為主的環(huán)境下宜采用采用普通硅酸鹽水泥作，應(yīng)加入礦物摻合料以及鋼筋阻銹劑，提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)和密實(shí)性。

硫酸鹽為主的環(huán)境下宜選用抗硫酸鹽水泥，宜摻入復(fù)合粉煤灰礦渣硅粉等礦物摻合料，提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)和密實(shí)性。

氯鹽（亞氯鹽）與硫酸鹽（亞硫酸鹽）并存環(huán)境下宜選用鋁酸三鈣含量小于5%的普通硅酸鹽水泥，采用粉煤灰與硅粉復(fù)摻技術(shù)，即加入20～30%的礦物摻合料，并加入適量硅粉，提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)和密實(shí)性。粉煤灰與硅粉復(fù)摻技術(shù)，后期強(qiáng)度提高幅度較大，耐久性較好。

實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，不論哪種腐蝕性介質(zhì)，防止有害離子入侵混凝土內(nèi)部是防腐蝕措施的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)腐蝕性類別靈活選用各項(xiàng)性能指標(biāo)較優(yōu)的水泥及礦物摻合料，最大限度的保證混凝土的密實(shí)度。

4.2 外防腐措施

環(huán)氧瀝青或聚氨酶瀝青涂層，是鹽漬土地區(qū)變電工程建構(gòu)筑物基礎(chǔ)外表面性價(jià)比高、效果良好的防腐蝕材料。聚合物水泥砂漿的附著力優(yōu)良，可在潮濕基層環(huán)境中施工。在強(qiáng)腐蝕條件下的重要基礎(chǔ)上可采用樹(shù)脂玻璃鱗片涂料，但缺點(diǎn)是價(jià)格較高。

4.3 耐防腐墊層的選用

鹽漬土地區(qū)建構(gòu)筑物基礎(chǔ)均應(yīng)設(shè)置墊層。

當(dāng)腐蝕性等級(jí)為微～弱時(shí)，可采用C20 素混凝土。

當(dāng)腐蝕性等級(jí)為中～強(qiáng)時(shí)，應(yīng)選用具有相應(yīng)防腐蝕性能的聚合物水泥混凝土，也可選用瀝青混凝土或碎石灌瀝青等耐腐蝕材料。

5 結(jié)論

鹽漬土地區(qū)變電工程的建構(gòu)筑物基礎(chǔ)防腐蝕措施應(yīng)遵循預(yù)防為主與防護(hù)結(jié)合的設(shè)計(jì)原則，因地制宜地選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的防腐蝕設(shè)計(jì)方案，而防腐蝕措施的重點(diǎn)是針對(duì)混凝土及鋼筋，結(jié)合腐蝕性等級(jí)及腐蝕特點(diǎn)選取合理有效的防護(hù)措施。