[建筑]強(qiáng)腐蝕環(huán)境下能否采用管樁

1、強(qiáng)腐蝕環(huán)境下能否采用管樁中國寰球工程公司 何進(jìn)源工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范gb50046-2008（以下簡稱防腐規(guī)范）實(shí)施至今，各單位反饋意見最多的是：在so42-、cl、ph值、侵蝕性co2的強(qiáng)腐蝕性環(huán)境下能夠采用管樁？如若采用，應(yīng)設(shè)哪些防腐措施？本文對這些問題作了解釋，供參考。一、防腐規(guī)范對管樁適用性的規(guī)定由于管樁存在預(yù)應(yīng)力鋼筋對腐蝕敏感和管壁較薄的問題，所以防腐規(guī)范規(guī)定，管樁可用于中、弱腐蝕環(huán)境；當(dāng)用于強(qiáng)腐蝕環(huán)境時(shí)作了“不應(yīng)采用”和“不宜采用”的規(guī)定，見表1。 強(qiáng)腐蝕環(huán)境下管樁的適用性 表1強(qiáng)腐蝕介質(zhì)名稱預(yù)應(yīng)力混凝土管樁so42-不應(yīng)采用cl-不宜采用ph值不應(yīng)采用侵蝕性co2可用于中、弱腐

2、蝕按規(guī)范用詞說明，“不應(yīng)”是表示嚴(yán)格，在正常情況下均應(yīng)這樣做的用詞；“不宜”是表示允許稍有選擇，在條件許可時(shí)首先這樣做的用詞。二、近幾年來“正常情況”的變化防腐規(guī)范是在2008年發(fā)布和實(shí)施的。管樁在當(dāng)時(shí)的正常情況是：管樁在我國沿海地區(qū)推廣使用已十年，但許多工程僅側(cè)重于高強(qiáng)度、工期短、造價(jià)低等優(yōu)勢，而對管樁在腐蝕環(huán)境下的耐久性問題較少研究，所以國家標(biāo)準(zhǔn)圖管樁的保護(hù)層厚度僅為25、30、35mm，不能滿足防腐蝕工程的要求。在提高樁身混凝土耐蝕性能方面，許多單位已開展在混凝土中摻抗硫酸鹽類防腐劑、耐蝕劑、鋼筋阻銹劑和各種礦物摻合料的試驗(yàn)；但這些試驗(yàn)有待總結(jié)、鑒定、評估并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。近幾年來，管樁

3、的防腐蝕技術(shù)有了很大的發(fā)展：預(yù)應(yīng)力混凝土管樁國家標(biāo)準(zhǔn)圖已加大混凝土管樁的厚度，使鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度從原來的35mm提高到不少于40mm，已基本上滿足了防腐蝕的要求；一些單位（如：廣東三和管樁公司、建華管樁公司、廣東省電力設(shè)計(jì)院）還制定了耐腐蝕管樁的標(biāo)準(zhǔn)，混凝土保護(hù)層厚度有40mm的，有45mm的，也有50mm的，能滿足強(qiáng)腐蝕環(huán)境的要求。已總結(jié)了一批外加劑的科技成果，如：編制了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼筋阻銹劑的應(yīng)用規(guī)范及技術(shù)規(guī)程、混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑，編制了水泥、混凝土耐久性的試驗(yàn)方法，一些外加劑經(jīng)過專家評估，獲得國家技術(shù)專利；企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的外加劑更是百花齊放了。因此，對于前幾年認(rèn)為的“正常情況”有了很

4、大改變。按目前的技術(shù)水平，在某些強(qiáng)腐蝕情況下也可以采用管樁：在侵蝕性co2強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，完全可以采用管樁。在ph值強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，由于目前的經(jīng)驗(yàn)還不夠，因此還是“不應(yīng)”采用。在so42-、cl-強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，只要采用合適的防腐措施，可以采用管樁。三、在侵蝕性co2強(qiáng)腐蝕環(huán)境下可以采用管樁有好幾個(gè)工程（如：云南西雙版納某工程、廣東湛江某工程和三水電廠工程、廣西某工程等）地下水的侵蝕性co2含量60mg/l。碳酸（及co2）與水泥石中的氫氧化鈣作用生成碳酸鈣，侵蝕性co2可將混凝土表面難溶的碳酸鈣作用生成可溶性的碳酸氫鈣，使混凝土深層內(nèi)的氫氧化鈣裸露，又會(huì)與碳酸（及co2）作用生成碳酸鈣薄層，這一薄

5、層又會(huì)被侵蝕性co2作用生成可溶性的碳酸氫鈣，如此反復(fù)不斷進(jìn)行，直至使混凝土完全破壞。按巖土規(guī)范，腐蝕性等級見表2。 水和土對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價(jià) 表2 腐蝕等級侵蝕性co2（mg/l）直接臨水或強(qiáng)透水層的地下水弱透水層的地下水弱15 3030 60中30 6060 100強(qiáng)60按1995版的防腐規(guī)范，只有在侵蝕性co2的含量大于40mg/l時(shí)，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)才有“弱”腐蝕。也就是說，不存在強(qiáng)、中腐蝕。上述兩本規(guī)范對于侵蝕性co2的腐蝕性等級雖然差別很大，但據(jù)巖土規(guī)范編制人員介紹，在工程實(shí)踐中，侵蝕性c02的強(qiáng)腐蝕主要表現(xiàn)在水電站混凝土壩基礎(chǔ)廊道壩體的腐蝕，從未發(fā)現(xiàn)對混凝土基礎(chǔ)腐蝕破壞的

6、事例，因此，對侵蝕性co2強(qiáng)腐蝕時(shí)也可以采用管樁，應(yīng)對混凝土強(qiáng)度等級、最小水泥用量和最大水灰比的要求，但不必采用表面防腐涂層和耐蝕墊層的措施；另外據(jù)防腐規(guī)范編制人員介紹，對于侵蝕性co2的防護(hù)，提出混凝土強(qiáng)度等級、抗?jié)B等級、水泥用量、水灰比、鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度的規(guī)定也就可以了。因此，不管稱之為“強(qiáng)腐蝕”或稱之為“弱腐蝕”，巖土和防腐兩本規(guī)范在防腐措施方面是大致相同的，是可以采用管樁的。四、在ph值強(qiáng)腐蝕環(huán)境下不應(yīng)采用管樁廣東某工程來函問：地下水的ph值為3.8，能否采用管樁？按防腐規(guī)范，ph值3.8屬于強(qiáng)腐蝕，可采用有防護(hù)措施的預(yù)制鋼筋混凝土樁，不應(yīng)采用管樁。管樁再高的抗?jié)B性能也無法抵御酸

7、性介質(zhì)的侵蝕。酸性介質(zhì)的腐蝕性除了與ph值有關(guān)外，還與是否含有其他離子有關(guān)，據(jù)資料介紹，某地區(qū)ph值23含較多鐵離子的硫酸酸性水的腐蝕速度不大。五、在so42-強(qiáng)腐蝕環(huán)境下可采用有合理措施的管樁1.so42-對混凝土的腐蝕機(jī)理硫酸鹽對混凝土的腐蝕主要是石膏結(jié)晶腐蝕和鈣礬石結(jié)晶腐蝕：so42-與水泥中的ca2+化學(xué)反應(yīng)，生成硫酸鈣；二水石膏（caso4·2h2o）結(jié)晶,體積膨脹1倍多.硫酸鈣與水泥石中鋁酸三鈣化學(xué)反應(yīng),生成硫鋁酸鈣(鈣礬石),結(jié)晶膨脹力達(dá)20mpa。依據(jù)上述腐蝕機(jī)理，抗硫酸鹽硅酸鹽水泥規(guī)定：高抗的c3s50%，c3a3%；中抗的c3s55%，c3a5%。除了上述兩種腐蝕

8、機(jī)理外，還有碳硫硅鈣石型腐蝕，混凝土破壞的形式不是脹裂，而是酥化，這與混凝土所用的碳酸鹽骨料和粉料以及水泥中的碳酸鹽含量有關(guān)。2.腐蝕性等級巖土規(guī)范的規(guī)定見表3。 水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價(jià) 表3 腐蝕等級腐蝕介質(zhì)環(huán)境類型微硫酸鹽含量so42-（mg/l）200300500弱20050030015005003000中50015001500300030006000強(qiáng)150030006000與巖土規(guī)范所列的so42-含量相比，國內(nèi)有些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)定的更寬一些。例如：鐵路規(guī)定，弱透水性環(huán)境土中的強(qiáng)腐蝕指標(biāo)是so42-含量為24000mg/kg，而巖土規(guī)范按類環(huán)境僅為4500mg/kg，指標(biāo)相差5倍

9、。3.氯離子存在對so42-腐蝕性的影響國內(nèi)外一些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范有不同的認(rèn)識(shí)：氯離子的存在會(huì)速進(jìn)so42-對混凝土的腐蝕性。例如：鹽漬土規(guī)范在計(jì)算硫酸鹽總量時(shí)的公式為：so42-總量= so42-+0.075×cl-氯離子的存在會(huì)降低so42-對混凝土的腐蝕性。例如：前蘇聯(lián)oct的規(guī)定，水中cl-含量（mg/l）為3000,30005000，5000時(shí)，so42-含量（mg/l）分別為250、500、1000時(shí)才有腐蝕。又例如：耐久性規(guī)范規(guī)定：“對含有較高濃度氯鹽的地下水、土，可不單獨(dú)考慮硫酸鹽的作用”。不考慮影響，如巖土規(guī)范。從腐蝕機(jī)理分析和研究成果表明，在cl-和so42-共存的水環(huán)

10、境中，混凝土受硫酸鹽腐蝕的情況會(huì)比只有so42-存在的水環(huán)境輕微一些，但輕微多少？目前還不能得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。所以在計(jì)算so42-含量時(shí)，不考慮cl-的影響較為安全。4.“干濕交替”的涵義表3所述的水中so42-含量是指有干濕交替作用的情況，當(dāng)、類環(huán)境無干濕交替作用時(shí)，表中的數(shù)值應(yīng)乘以1.3的系數(shù)。按巖土規(guī)范條文說明的解釋是“干濕交替是指地下水位變化和毛細(xì)水升降時(shí)，建筑材料的干濕變化情況”。本人認(rèn)為:必須強(qiáng)調(diào)“干濕變化”這4個(gè)字。因?yàn)橛行┣闆r是“干”與“濕”的變化，有些情況是“潮”與“濕”的變化，這與土壤性質(zhì)、地下水位變化頻率等有關(guān)。近海地區(qū)的粗砂土壤會(huì)有“干”與“濕”的變化；但粉土、粘性土則可

11、能是“地下水位的變化僅引起建筑材料的潮與濕的變化，而不會(huì)引起干與濕的變化”。有些地區(qū)一年內(nèi)地下水位的變化只有12次，該變化區(qū)也不可能是干濕變化。干濕交替表現(xiàn)在：水面的變化區(qū)；埋入土壤的虹吸區(qū)；一個(gè)面與水接觸另一個(gè)面暴露于大氣中，如：隧道、擋土墻。5.水泥類材料抗硫酸鹽侵蝕的試驗(yàn)方法目前這種材料的試驗(yàn)方法比較多，如：水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法gb749-65（已廢止）、水泥抗硫酸鹽侵蝕快速試驗(yàn)方法gb2420-81、巖土規(guī)范內(nèi)定的方法、防腐規(guī)范內(nèi)定的方法、硅酸鹽水泥在硫酸鹽環(huán)境中的潛在膨脹性能試驗(yàn)方法gb/t749-2001、普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)gb/t50082中的抗硫酸侵蝕

12、試驗(yàn)、混凝土抗硫酸鹽類侵蝕防腐劑jc/t1011-2006的附錄a抗壓強(qiáng)度、抗蝕系數(shù)和膨脹系數(shù)試驗(yàn)方法但至今尚無統(tǒng)一的方法。介質(zhì)：一般都采用5%na2so4溶液。水泥材料的品種：有選用水泥砂漿，有選用細(xì)石混凝土，也有采用普通混凝土的。試件尺寸有大有小，計(jì)有：10mm×10mm×30mm，10mm×10mm×60mm，40mm×40mm×160mm，25mm×25mm×280mm，100mm×100mm×100mm。腐蝕作用有：常溫浸泡的，半浸的，高溫干濕交替的，也有自膨脹的。腐蝕時(shí)間有：14天、

13、28天、6個(gè)月和若干周期的，更有十多年的。評定方法也沒有統(tǒng)一，例如：強(qiáng)度為合格的保留率有85%、80%、75%的。本人推薦混凝土試件采用5%na2so4常溫半浸一年k1280%的方法。理由是：混凝土試件比膠砂試件更真實(shí)一些；常溫半浸試件表面有結(jié)晶產(chǎn)物，而85的干濕交替與實(shí)際情況不符，也不會(huì)產(chǎn)生結(jié)晶物；結(jié)晶膨脹作用剛開始時(shí)，混凝土更密實(shí)，強(qiáng)度不會(huì)下降，所以需要一年的時(shí)間。另外，強(qiáng)度保持率不能低于80%，對耐久性設(shè)計(jì)要求使用年限較長的試件，強(qiáng)度保持率最好不低于90%。6.so42-強(qiáng)腐蝕環(huán)境下管樁的防護(hù)措施沿海地區(qū)的海水，so42-的含量會(huì)逐漸增高，原先是so42-約2000mg/l左右，由于工業(yè)

14、的發(fā)展，河水中含so42-增加，致使地下水中的so42-含量高達(dá)40005000mg/l。沿海地區(qū)的地下水常伴有含量較高的氯離子，而且地下水位都比較高，樁承臺(tái)標(biāo)高一般在2.5米以下，所以cl-多屬于“弱”腐蝕，此時(shí)不能按“有較高濃度氯鹽的地下水、土，可不單獨(dú)考慮硫酸鹽的作用”的規(guī)定，而應(yīng)考慮so42-的強(qiáng)腐蝕作用了。管樁的防護(hù)措施有：應(yīng)符合防腐規(guī)范第4.9.4和4.9.6條規(guī)定。管樁混凝土應(yīng)考慮外加劑（或礦物摻合料），不但對so42-有抗蝕性，而且對cl-也應(yīng)有抗蝕性。樁的直徑取大一些，使混凝土的保護(hù)層厚度不少于45mm。盡量采用單樁，需要接樁時(shí)接頭應(yīng)在地下水位以下。7.管樁是否遭受內(nèi)外兩面的

15、侵蝕管樁內(nèi)的水是“死水”，不是“活水”，所以對死水的腐蝕性會(huì)從“強(qiáng)”變成“弱”，不存在雙面腐蝕。六、在cl-強(qiáng)腐蝕環(huán)境下可采用有合理措施的管樁1.cl-對鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕機(jī)理cl-的滲透能力很強(qiáng)，在有電解質(zhì)（水）的情況下，它可與鐵發(fā)生電化學(xué)作用生成氯化亞鐵，之后在有氧與水的情況下，電化學(xué)作用生成氫氧化亞鐵和無粘結(jié)性能的氫氧化鐵，氯離子可置換出來，它又會(huì)打頭陣去腐蝕鋼鐵，生成氯化亞鐵，如此不斷腐蝕。所以有氯離子的含氧水的腐蝕性很強(qiáng)；如果水中缺氧，則只能生成氯化亞鐵，附在鋼鐵的表面上，腐蝕性減弱。2.腐蝕性等級巖土規(guī)范的規(guī)定見表4。表4 對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性評價(jià)腐蝕等級水中的cl-

16、含量（mg/l）土中的cl含量（mg/kg）長期浸水干濕交替ab微弱中強(qiáng)100001000020000100100500500500050004004007507507500750025025050050050005000 注：a是指地下水位以上的碎石、砂土，稍濕的粉土，堅(jiān)硬、硬塑的黏性土； b是濕、很濕的粉土，可塑、軟塑、流塑的黏性土。表4是引自原蘇聯(lián)1985年的建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范。該規(guī)范在二十多年里有什么變化？不大清楚。據(jù)了解，前幾年俄羅斯在中國建設(shè)的工程仍采用這一標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)依據(jù)。鋼筋在水中、土中的腐蝕大多數(shù)都屬于氧去極化腐蝕。鋼筋長期浸泡在水中，由于氧溶入較少，不易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，故鋼筋不易被腐蝕；處于干濕交替狀態(tài)的鋼筋，由于氧溶入較多，易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。什么情況屬于干濕交替？可能有不同的理解，但不同的腐蝕等級的防護(hù)措施差別很大，例如，水中的cl-含量為6000mg/l時(shí)，如果認(rèn)定是干濕交替情況則是強(qiáng)腐蝕，如果認(rèn)為不屬于干濕交替情況則是弱腐蝕（或中腐蝕）。地下水位變化區(qū)是否屬于干濕交替，本人意見要區(qū)別對待（詳見上文）。另外，在土中的cl-含量也值得研究，表4采用了（或考慮了）水中干濕交替的指標(biāo)，這對于隧道、涵洞、擋土墻等有一面是空氣的情況可能是對的，但對于埋入土中的基礎(chǔ)就不一定對，因?yàn)橥林械慕?/p>