鹽田線路基礎的防腐性能優化

吳雪　朱洪民

摘要：鹽田中混凝土結構的主要破壞形式是氯鹽引起的鋼筋銹蝕破壞。文章分析了鹽田環境中線路基礎腐蝕的機理，總結了國內已有工程的防腐經驗，并針對鹽田腐蝕環境和曙東線路工程的具體情況制定了防腐方案，對基礎施工提出了具體的要求。

關鍵詞：輸電線路基礎；鹽田腐蝕環境；曙東線路工程；防腐性能；混凝土結構；鋼筋銹蝕 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2016）16-0138-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.067

江蘇省南北狹長、東臨黃海，擁有約1000km長的海岸線，正在進行的沿海經濟開發帶動了沿海的高壓輸電線路建設。由于經驗不足和經濟條件限制，早期的工程建設往往只考慮了強度要求，通過對沿海碼頭和橋梁的調查，發現很多沿海鋼筋混凝土構筑物在建成10多年以后都不同程度受到腐蝕的影響，混凝土構件開裂、鋼筋銹蝕比較普遍，嚴重影響了使用壽命。隨著科學技術的進步，涌現出了許多防腐材料和技術，通過對混凝土原材料、外加劑和各種防護措施的選用以及混凝土配合比設計和施工工藝的控制，可以提高混凝土的耐久性。鹽城曙東～德豐220kV輸電線路有10基塔位于曬鹽田中，鹽水對線路基礎具有較強的腐蝕性，需要采取一定的防腐措施。

1 鹽田混凝土結構腐蝕機理

鹽田中混凝土結構的主要破壞形式是氯鹽引起的鋼筋銹蝕破壞。一般情況下，由于水泥的水化作用，鋼筋在混凝土高堿性（pH值約為13）環境下，表面能生成致密的鈍化膜而獲得保護。通常情況下，混凝土能有效地保護鋼筋，但在特殊條件下，一些侵蝕性的物質會從混凝土的毛細孔滲透進去，不斷地侵蝕鋼筋表面，使鋼筋發生腐蝕。鹽田環境中的氯離子會滲入混凝土中使鋼筋生銹，隨著混凝土的劣化和環境腐蝕介質的侵入，使鋼筋產生電化學腐蝕，由于鐵銹體積比鋼材大幾十倍，致使混凝土保護層脹裂、加速腐蝕的發生，進而影響結構的承載能力，嚴重時導致結構破壞。

2 線路基礎防腐技術現狀

江蘇地區輸電線路防腐始于1994年建設的射陽港電廠～大豐220kV線路工程，射陽港電廠是江蘇沿海第一座發電廠，送出線路經過離海邊2km遠的鹽堿地，通過走訪沿海企業，最終采用了瀝青涂層對線路基礎進行防護。2001年建設的田灣核電站～鹽城輸電線路經過海灘和曬鹽場，經過對海水腐蝕的研究，采取了鋼套筒、高性能混凝土等多種防腐措施。2006年建設的南通大唐呂四港電廠送出工程，沿海均為樁基礎，采用高性能混凝土與環氧涂層鋼筋組合方案防腐。2010年建設的鹽城陳家港電廠送出工程，基本沿用了核電站送出工程的基礎防腐方案。以上線路運行至今均未發生腐蝕事故，其中的核電站送出工程在2007年進行了取樣分析，基礎表層混凝土中的氯離子含量極低，顯示防腐措施發揮了作用。

經過向沿海的廣東、福建、浙江等省電力設計單位了解，沿海輸電線路采用防腐措施的不多。深圳電力設計院設計的220kV前灣電廠～象山輸電線路有3km位于海中，基礎采用鋼管群樁，鋼管的壁厚考慮了海水腐蝕的厚度，內部按照鋼筋混凝土樁施工。浙江的舟山大跨越海水中的基礎同樣采用鋼管群樁，鋼管中的混凝土采用了耐腐蝕、高抗滲的高性能混凝土。青海地區分布有大面積的鹽湖，腐蝕問題非常突出，輸電線路基礎防腐一般采用玻璃鋼護罩，2012年建設的新疆與西北主網聯網750kV第二通道輸電線路跨越察爾汗鹽湖，基礎采用抬高主柱的“淺埋高墊”大開挖方案，基礎外部采用玻璃鋼護罩。

3 鹽田環境中混凝土結構的耐久性

3.1 腐蝕環境等級

江蘇地區鹽漬土地區輸電線路鋼筋混凝土基礎所處環境按其對鋼筋和混凝土材料的腐蝕機理可分為3類，即保護層混凝土碳化引起鋼筋銹蝕、反復凍融導致混凝土損傷和氯鹽引起鋼筋銹蝕，鹽田環境即屬于后者。

《混凝土結構耐久性設計與施工指南》中把環境作用等級劃分為A～F六個等級，其中A級—可忽略，B級—輕度，C級—中度，D級—嚴重，E級—非常嚴重，F級—極端嚴重。曙東～德豐220kV輸電線路位于曬鹽田中的線路基礎屬于D～F。

3.2 氯鹽對混凝土結構的腐蝕

2008年江蘇省電力設計院模擬鹽田環境對不同的混凝土防腐方案進行了檢驗，發現海水（曬鹽池）對混凝土結構的腐蝕主要是對鋼筋的腐蝕，這也與對沿海已建混凝土結構的調查結果相吻合。調查發現，當環境作用等級達到或超過D級時，鋼筋混凝土結構面臨較為嚴酷的腐蝕環境。贛榆縣入海口鋼筋混凝土擋潮閘為20世紀70年代建造，已嚴重腐蝕破壞。如東市距海邊約500m處的110kV義北線745線55號塔基同樣處于D級環境，運行2年后鋼筋混凝土外表基本完好，但表層砂漿中氯離子濃度較高。

連云港市處在鹽田中500kV田灣5217線003號塔基鋼筋混凝土處于E級環境，運行5年后混凝土基本完好。處于同一環境的鹽池田埂上的電線桿腐蝕破壞嚴重。濱海縣廢黃河入海口燈塔鋼筋混凝土基礎處于E級環境，運行約3年，混凝土基本完好，但混凝土內部10～30mm深處的砂漿氯離子濃度已達0.311%，若無防護措施內部鋼筋將銹蝕破壞。

連云港市500kV田灣5215線003號塔基鋼筋混凝土處于F級環境，混凝土表面有鋼套筒及環氧玻璃絲布涂層保護，運行5年后水位變動區的環氧玻璃絲布涂層已破裂。

4 常用基礎防腐措施分析

4.1 腐蝕裕度法

腐蝕裕度法的原理是在設計鋼筋時預先留出腐蝕厚度。根據日本和美國的調查，推薦鋼管樁設計腐蝕速度為0.02mm/年，處于腐蝕環境中的鋼筋外面還有混凝土保護，腐蝕速度應低于上述數值，但即使按照0.02mm/年計算，鋼筋直徑增加2mm即可防腐50年。

雖然理論上腐蝕裕度法有成立的可能，但我們觀察到的氯鹽腐蝕破壞都伴隨鋼筋外面混凝土的脫落，主要原因為鐵銹的體積比鋼材增大很多，膨脹力破壞了混凝土保護層，雖然可以用加厚保護層的辦法降低這種破壞，但應用腐蝕裕度法還需要試驗驗證。

4.2 涂層防腐

涂層防腐是最為常見的防腐方式，對于輸電線路基礎有兩種防護方案——混凝土涂層和鋼筋涂層，田灣核電站送出工程中在混凝土表面設置了一層厚達5cm的丙乳砂漿，砂漿外涂刷防腐漆，都可以看作是混凝土表面涂層技術，呂四港電廠送出工程則采用了環氧涂層鋼筋，并在混凝土表面涂刷防腐漆，屬于兩種涂層技術的混合。混凝土涂層還可以采用改性瀝青、硅烷浸漬等技術，對于大開挖基礎來說施工方便，但對于灌注樁則比較麻煩。田灣核電站送出工程位于入海河口的樁基則采用鋼套筒技術，也算是對混凝土表面的防護。

涂層鋼筋的防腐效果理論上很好，但效果很大程度上依賴于施工質量，如果涂層在鋼筋加工過程中出現破損，則容易在使用中出現點蝕，整個基礎的防腐年限、承載能力就打了折扣。

4.3 鋼筋阻銹劑

鋼筋阻銹劑是指加入混凝土中或涂刷在混凝土表面，能阻止或減緩鋼筋腐蝕的化學物質。近幾年混凝土外加劑發展迅速，與其他防腐方法相比，使用阻銹劑在經濟性和施工的方便性上有明顯的優勢。

使用阻銹劑對施工技術要求很高，阻銹劑的選擇、摻量、拌合都必須嚴格控制。常見的亞硝酸鹽阻銹劑對人體及環境有害，應慎重使用。

4.4 高抗滲混凝土

提高混凝土的抗滲性可以降低混凝土中鋼筋表面的氯離子濃度，從而達到延緩甚至阻止鋼筋生銹的效果。最簡單的做法是提高混凝土的水泥用量（提高混凝土等級），配合使用減水劑、引氣劑可以達到很好的效果，田灣核電站

送出等工程采用的高性能混凝土就是一種高抗滲混凝土。

5 曙東工程鹽田基礎防腐性能優化

5.1 防腐方案建議

鹽田混凝土基礎防腐的關鍵在于防止鋼筋的腐蝕，方法是切斷腐蝕介質接觸鋼筋的途徑。混凝土受拉區容易產生裂縫，應根據受拉區所處的位置和腐蝕等級采用柔性防腐涂層等措施。防腐方案應結合腐蝕介質的分布特點、基礎外形和地下水水位來確定。

曙東～德豐220kV輸電線路電壓等級低于上述核電和電廠送出工程，在系統中的重要性也略低，加上經過近幾年的技術研究與應用，防腐技術又有了新的進步，因此該工程基礎防腐可較上述工程進行簡化。

對于開挖式基礎，建議采用高抗滲混凝土，同時基礎表面涂刷柔性的瀝青防腐層，以對抗混凝土開裂對防腐性能的削弱，對于露出地面的基礎立柱，通過加大塔腳保護帽的形式對瀝青涂層予以保護。

對于灌注樁基礎，群樁承臺的采用和開挖基礎相似的防腐技術，樁基由于深埋在地下，因接觸氧氣少所以腐蝕不嚴重，可以僅采用高抗滲混凝土。單樁基礎一方面采用高抗滲混凝土；另一方面在地下水位的變動區以上采用鋼套筒或者涂刷柔性的瀝青防腐層。

5.2 施工要求

防腐工程的效果很大程度上依賴于施工質量，因此要在技術交底過程中向監理、施工單位說明嚴控施工質量的重要意義。配制高抗滲混凝土的一般原則如下：（1）選用質量穩定、低水化熱和含堿量偏低的水泥，盡可能避免使用早強水泥和C3A含量偏高的水泥；（2）選用堅固耐久、級配合格、粒形良好的潔凈骨料；（3）使用優質引氣劑，將適量引氣作為配制耐久混凝土的常規手段；（4）盡量降低拌和水用量，采用高效減水劑；（5）高度重視骨料級配與粗骨料粒形要求；（6）混凝土拌和用水宜采用符合國家標準的飲用水，混凝土拌和、養護用水不得采用海水。

施工單位應嚴格按設計要求控制鋼筋保護層，鋼筋保護層不允許出現負誤差。高抗滲混凝土的添加劑必須嚴格按照配合比單中的用量進行稱量，配備必須的計量器具，保證對配合比的嚴格控制。混凝土應在初凝以后在基礎模板外加蓋覆蓋物開始養護，一般混凝土在正常溫度條件下養護時間應不少于7天，摻有外加劑或有抗滲、抗凍要求時應不少于14天。

參考文獻

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