西北地區硫酸鹽環境中混凝土施工防腐措施

韓紹甫

（中交三公局第二工程有限公司，北京 100124）

1 工程概況

本項目位于青海省海東地區境內，公路等級為二級公路，設計速度為60km/h，瀝青混凝土路面結構層，路面寬12m，雙向2車道。本項目鹽漬土主要為硫酸鹽，部分段落有亞硫酸鹽、氯鹽等。

2 鹽漬土的類型及其形成機理

2.1 鹽漬土的類型及其分布

鹽漬土指不同程度鹽堿化土的總稱，在公路工程中指地表以下1m范圍內易溶鹽平均含量≥0.3%的土。青海省循化縣地處黃河上游峽谷地貌，據推測，境內的鹽漬土屬于內陸鹽漬土區的過干鹽漬土亞區，該地區年降水量不足200mm，蒸發量約為降水量的數十倍，毛細水作用強烈；加之周圍封閉的地勢，排水不暢，有最大程度的鹽漬化條件和豐富鹽類，極利于鹽分在表面匯集；形成鹽漬土環境。本項目鹽漬土主要為硫酸鹽，部分段落有亞硫酸鹽、氯鹽等[1]。

2.2 鹽漬土形成機理

1）干旱地區因蒸發量遠大于降水量，加之毛細水強烈作用下，鹽分極易在表面聚集。

2）內陸峽谷地勢，四周封閉，排水不暢，造成水分蒸發鹽分表面聚集。

3）土體中含鹽量較高，降水量少，融濾作用弱，水分蒸發鹽分聚集，形成表面鹽殼。

4）因地處干旱地區，蒸發量遠大于降水量，水流沖積后在山前傾斜面上淤積，水分逐漸蒸發后形成鹽漬土；同時，在多年降水作用下，融濾山體母巖的鹽分后，多次在地勢低洼處沉積，在蒸發作用下形成多層鹽漬土及石膏層。

5 ）根據本地區山體巖層母巖本身含鹽量較高推測該地區曾經為咸水湖海，經數百萬年的地殼運動形成現在的地形。

3 鹽漬土中硫酸鹽的腐蝕機理

鹽漬土中含鹽量及種類不同，其腐蝕性也有差異。鹽漬土腐蝕主要是指易溶鹽離子通過物理、化學作用使混凝土出現分化、脫落現象或失去強度。

硫酸鹽的腐蝕性主要是地下水或地表水中含有大量的SO42-離子的堿性硫酸鹽（Na2SO4、K2SO4等）的作用，當 SO42-離子濃度≥1 400mg/L時,水泥中的C3A及混凝土的主要材料水泥石就會與堿性硫酸鹽發生化學反應，產生的破化作用會嚴重影響混凝土的使用壽命。

SO42-離子與水泥水化產物Ca（OH）2腐蝕反應方程式：

SO42-離子與水泥中C3A的腐蝕反應方程式：

SO42-離子與水泥水化產物Ca（OH）2生成的石膏晶體，體積翻倍，產生膨脹破壞；SO42-離子與水泥中C3A反應后生成鈣礬石，體積增加2.5倍，生成腐蝕產物石膏晶體和鈣礬石都是一個體積膨脹的過程，將產生巨大的內應力鼓脹混凝土結構，導致出現開裂、鼓脹破壞，最終使混凝土結構分化、脫落、喪失強度，嚴重影響混凝土結構的使用壽命和外觀質量。

4 橋涵結構物混凝土施工的防腐措施

由于本項目沿線的鹽漬土分布十分廣泛，對橋涵結構物的混凝土具有強烈的腐蝕性，嚴重影響混凝土的使用壽命。鹽漬土環境下的橋涵結構物必須采取相應的防腐措施，確保橋涵結構物的安全耐久、外觀質量[2]。

防腐措施需要根據鹽巖的含量、化學成分及地下水位情況，采取相應的防腐措施，主要為“內增表防外擋”綜合防腐。橋涵結構物表面涂刷防腐蝕材料，基礎回填采用砂礫等透水性材料，減小毛細作用；周圍鋪設土工膜隔斷層防止外部水浸入。橋涵工程受腐蝕最為嚴重的部位是地面以上至水位之間，根據新疆焉耆公路橋涵樁柱和鐵道部察爾汗鹽漬土試件7a后腐蝕調查結果，結構物腐蝕主要發生在地面以上1m至水位間，主要呈現結晶性、分解性的復合腐蝕，同時還有凍融循環、干濕交替產生的物理性破壞。

4.1 混凝土配合比優化設計

4.1.1 有針對性地選擇水泥種類

采用抗腐蝕鹽類水泥或控制其中的C3A含量，例如，抗硫酸鹽水泥主要成分為硅酸鈣，含有較少的C3A；經試驗，硫酸鹽的腐蝕性無論是外部還是內部，都會根據水泥中C3A含量增加而增加，當水泥中C3A含量≤5.5%時，則具有良好的抗腐蝕性，C3A含量≤8%的水泥就可直接用于中等硫酸鹽環境。

4.1.2 適當摻加一些礦物摻和料

礦物摻和料主要有粉煤灰、礦渣粉等，礦物摻合料首先稀釋了水泥中C3A有害組分的含量，同時也可利用摻和料的填充效應、微集料效應和活性效應，與水泥水化產物Ca（OH）2形成了次硅酸鈣凝膠，降低了石膏、鈣礬石的形成風險。另外，礦物摻合料將會減小混凝土的水膠比，提高混凝土和易性，增加混凝土密實度，降低外部硫酸根離子的滲透速度。因而，其對提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕能力效果明顯。

4.1.3 控制最小水泥用量和最大水灰比

在允許的范圍內提高水泥用量，可以增加混凝土的密實程度和強度，減小硫酸鹽侵蝕產生的膨脹。水灰比越小，空隙率越小，密實度越好，降低了外部硫酸根離子的滲透速度。

4.1.4 集料控制

1）粗集料：應選擇質地均勻的材料，建議壓碎值≤9%，吸水率應≤2%，針片狀含量≤9%，級配符合設計及規范要求。

2）細集料：優先選用顆粒分布均勻的中粗砂。由于本地砂石料場大部分為鹽漬土地區生產的天然砂石材料，我項目采用機制砂，并自購洗砂設備用清水將砂石料沖洗干凈，防止鹽漬腐蝕。

3）易溶鹽的腐蝕度與混凝土的密實程度有關，混凝土越密實抗腐蝕能力就越好；因此，本項目在施工過程中嚴格控制粗細骨料的級配，保證混凝土密實。

4.1.5 適當摻加外加劑

本項目海拔2 000m左右，具有氣溫低、溫差大、蒸發量高的特點，對混凝土結構造成極大的不利影響，為保證混凝土工程的耐久性，在混凝土中摻加可提高混凝土抗腐蝕性能的外加劑，保證混凝土的低溫早強耐久，以方便施工。本項目橋涵結構物混凝土均采用山西桑穆斯建材化工有限公司生產的AE高效引氣減水劑。

4.1.6 施工用水控制

施工用水要進行含鹽量檢測，達標后方可使用；拌和、養護、模板清洗等施工用水要按規定檢測含鹽量指標，上部結構盡量采用集中預制。

本項目橋涵基礎及橋梁墩柱采用C35抗硫酸鹽混凝土，采用抗硫酸鹽水泥，摻加優質粉煤灰，適當添加減水劑、引氣劑，注意振搗，確?；炷撩軐崱?/p>

4.2 鋼筋工程防腐措施

1）鋼筋存放盡可能在倉庫中或進行場地硬化、隔斷，避免鋼筋直接接觸鹽漬土地基，遭受氯鹽侵蝕。

2）鋼筋加工制作盡可能在鋼筋加工場內封閉的工棚內進行，鋼筋綁扎盡量采用點焊。若用扎絲綁扎，制作過程中應嚴格檢查，保證扎絲端頭朝向內部。樁基主筋保護層厚度適當調大，保護層墊塊綁扎在主筋上且綁扎鐵絲偏心布置[3]。

3）在有腐蝕的部位和地下部位，混凝土鋼筋保護層的厚度應比其他部位的厚度增大5～15mm，以抵抗外部環境長時間的侵蝕。

4）未及時澆筑混凝土的外露鋼筋宜及時涂刷水泥漿。

4.3 混凝土結構施工過程防腐

1）橋梁基礎采用鉆孔灌注樁結構形式，鉆孔灌注樁所需泥漿池要在泥漿池底部及四周鋪設塑料布隔斷，避免鹽漬土地基中氯鹽、硫酸鹽浸入泥漿。

2）樁基頂部3.5m范圍內采用表面經過防腐處理過的卷制鋼板作為防腐鋼護筒，可以阻斷鹽漬土與混凝土的接觸，同時減少凍融循環，防止施工期間塌孔。

3）承臺、地系梁及涵洞基礎針對氯鹽的吸濕性強，吸水后鹽分溶失，土質變軟，分解腐蝕性強，采取設置砂礫墊層和多層隔滲土工布等措施。針對硫酸鹽吸水結晶、鹽脹問題突出的特點，三背回填采用砂礫材料。地系梁及承臺底部1.5m范圍內采用砂礫換填，換填前將基坑用牛毛氈2層、防水土工布1層鋪設，隔斷鹽漬土的腐蝕和毛細作用下的鹽吸附以及物理腐蝕。承臺表面刷3遍瀝青并設置1層防水層，防水層采用油毛氈包裹。

4）墩柱底部的設計水位上下1.5m范圍內也同樣設置防腐鋼護筒。墩柱底部的鋼護筒涂刷瀝青，水中墩設計水位上下1.5m范圍內采用經過鍍鋅處理的防腐鋼護筒。

5）涵洞基礎采用透水性好的砂礫進行回填，嚴格控制砂礫材料的級配，分層填筑，確保密實度，要求分層壓實后達到最佳密度的96%以上，涵背回填前，在蓋板頂、臺背及端墻背面等與填土接觸的部位涂刷2層防腐瀝青，厚度為1.0～1.5mm，防止鹽漬土侵蝕。

5 結語

在西北地區硫酸鹽環境中進行公路工程橋涵結構物施工時，必須重視結構物的防腐蝕能力。首先研究清楚其腐蝕機理和主導影響因素，通過大量的試驗，采取合理的防腐蝕措施，使橋涵構筑物及各種地下設施達到安全、耐久的目的。本項目通過對硫酸鹽侵蝕混凝土的機理分析，找到了混凝土受侵蝕破壞的原因，在現場混凝土施工過程中及時采取了相應的抗腐蝕措施，防腐效果有待進一步觀察驗證。