淺析伊拉克M油田鹽堿干濕循環環境混凝土腐蝕控制

李偉 陶珂瑾 張照珍 宋宇軒

摘 要：伊拉克M油田的設備設施基礎的混凝土耐久性問題是混凝土設計、施工及成品防護領域的一項重要事項。在特定的鹽浸、鹽蝕-干濕環境中，使用時間不久的混凝土基礎會出現自然裂縫、膨脹、疏松等；預防上述混凝土基礎等結構腐蝕問題，應從混凝土配合比設計、原材料選擇、及現場施工控制及外表面防腐等方面著重考慮。

關鍵詞：混凝土腐蝕；鹽堿干濕環境；鹽侵蝕；措施控制

1 引言

本文結合了伊拉克北部M油田的鹽漬土分布區內的混凝土為研究對象，結合該地區的氣候條件與土壤環境等因素，開展了混凝土耐久性的研究工作，主要揭示了鹽堿土對混凝土工程耐久與安全的潛在威脅，并進一步完善混凝土耐久性的方法措施。尤其西區（OGM10/OGM7/OGM8）在干燥的地面隨處可見白色的鹽堿結晶體。該地區土壤鹽漬化最嚴重的地區之一，土壤及地表水中的易溶鹽分量相似。針對該地區的自然環境特點，不斷實踐在實際工程的鹽浸、鹽蝕-干濕研究（1），并根據若干年使用，在干濕循環的條件下，靠近自然地坪的位置混凝土表面（埋地基礎柱頭位置、T型墻底座等）出現了不同程度的瀝青防腐涂層剝落、混凝土表面骨料脫離甚至鋼筋裸露等混凝土腐蝕的問題。

2 伊拉克M油田的混凝土失效的原因分析

正常基礎設計和實際建設施工中，已經考慮到鹽侵等腐蝕等防護措施，將基礎埋地部分涂刷良好的熱瀝青涂層可以有效隔絕環境有害介質的侵蝕，但在靠近自然地坪的位置，由于瀝青防腐涂層與混凝土基礎表面的粘結力隨著使用年限的增長和老化，在該環境溫度變化的過程中瀝青涂層受熱脹冷縮應力影響及自然老化失去附著力而脫落，失去對混凝土的保護作用。

該地區的土壤鹽分含量較高、組分復雜，陽離子有鈉離子、鉀離子鎂離子和鈣離子，陰離子有碳酸根離子、氯離子、硫酸根離子等種類齊全。侵蝕介質的主要有硫酸鹽進入到混凝土內部并發生反應，反應生成體積膨脹的鈣礬石、石膏等，生成的產物在混凝土空隙中積累，當達到一定積累量時，會導致混凝土局部內應力增大而產生膨脹破壞，裂縫和脫落；硫酸鹽擴散到混泥土內部發生的化學反應，侵蝕反應主要有（2）：

Ca（OH）2+[SO2-4]+2H2O[→]CaSO4·2H2O+2[OH-]

3Ca·Al2O3·6H2O+3（CaSO4·2H2O）+20H2O[→]

Ca6Al2（SO4）3·（OH）12·26H2O

Ca（OH）2+MgSO4[→]CaSO4+Mg（OH）2

Ca3Si2O7·2H2O+2CaSO4·2H2O+2CaCO3+24H2O[→]

Ca6[2-Si（OH）6]2（CO3）2（SO4）2·24H2O+Ca（OH）2

經過實地考察和工程建設研究發現在以下列兩種情況下，會對混凝土有破壞作用：

（1）混凝土滲透性大，并處于干濕循環環境。潮濕時，強堿或鹽溶液滲透進入混凝土孔隙；干燥時，強堿或鹽失水在混凝土孔隙中結晶，產生膨脹，最導致混凝土表面破壞剝落，由表面滲透到混凝土內部。

（2）混凝土含有高堿活性骨料，并處于潮濕環境。混凝土的堿—骨料反應一般是原材料帶入的鉀、鈉離子與活性骨料發生的膨脹性反應。而潮濕環境中鉀、鈉離子，也能夠滲透進入混凝土與活性骨料反應，發生破壞性膨脹，反應原理如上文所述。

3 探索優化方法和實施

根據伊拉克M油田的地質實際情況出發，應對該地區混凝土的腐蝕的核心措施為加強混凝土質量控制及隔絕外部的侵蝕破壞。

（1）提高混凝土質量措施：選擇低水化熱、有害堿（K+、Na+）含量低、鋁酸三鈣含量低的優質水泥，優化混凝土配比適當增加水泥用量，選用水灰比小的配比方式；改善粗細骨料的顆粒級配，在允許的最大粒徑的范圍內盡量選用較大粒徑的粗骨料，控制骨料中堿活性骨料的含量（活性氧化硅等）；必要時使用外加劑和摻和劑如減水劑、抗滲劑等，避免使用早強水泥和早強劑；充分振搗提高混凝土的密實度，減少混凝土中氣孔及毛細孔的存在，適當增大混凝土的保護層厚度等措施均可提高混凝土自身隔絕外部腐蝕的能力。

（2）隔絕外部影響的措施：在混凝土表面設置防腐涂層是常見的控制措施，外涂層具有隔離腐蝕環境的功能，對于保護混凝土的堿度和防止有害離子入侵都是有效的。在特殊的環境條件下，還需要使用鋼筋阻銹劑、特種鋼筋、陰極保護等措施防止混凝土內部鋼筋腐蝕的發生。

在混凝土構件處于干濕循環部位使用環氧煤瀝青涂料替代熱瀝青涂層，環氧煤瀝青防腐涂料是厚漿型以環氧樹脂、煤焦瀝青、顏料、助劑和溶劑等組成的涂料，環氧煤瀝青涂料綜合了環氧樹脂具有粘結力強、機械強度高，耐水泥的堿性好和煤瀝青具有吸水率低、耐水、耐鹽堿、耐微生物侵蝕等優點，可以牢牢地粘結在混凝土表面，長期抵御內部混凝土層的堿性和外部腐蝕介質的侵蝕，形成優良的防水、防滲、防腐層，非常適合干濕交替環境中混凝土的防腐蝕。

對于設備基礎，管廊基礎等大型基礎，全部埋地部分涂刷2道環氧煤瀝青漆，對于電儀基礎墩，小型管墩或者T型墻等基礎底面直接與自然地面接觸的混凝土預制構件，可在基礎底面及底部附近涂刷環氧煤瀝青漆；改進施工工藝，將埋地混凝土基礎柱頭靠近自然地面部分（±300mm）瀝青涂層變更為環氧煤瀝青漆。另外在埋地基礎的底部鋪設一層防滲膜，用以阻隔地下水向混凝土基礎內部滲透的通道，也是常見的控制措施。

4 結束語

實際解決了伊拉克M油田基礎設施的混凝土基礎耐久性、抗腐蝕性和延長使用壽命問題，有效的降低了在干濕循環的硫酸鹽環境下混凝土的腐蝕速度，節省了伊拉克M油田對混凝土基礎維護維修的經濟開支。

參考文獻：

[1] 宿曉萍.吉林省西部地區鹽漬環境下混凝土耐久性研究[D].吉林大學，2013.

[2] 劉鵬.干濕循環和硫酸鹽侵蝕下混凝土水分傳輸規律研究[D].南京理工大學，2013.