大連某工程地下水對混凝土腐蝕性的研究

董福琳 王 瓚

（1、大連新大地建筑設(shè)計研究院有限公司，遼寧 大連 116021 2、大連海昌集團，遼寧 大連 116020）

1 問題的提出

混凝土的耐久性問題十分復(fù)雜，不僅環(huán)境作用本身多變，帶有很大的不確定與不確知性，而且結(jié)構(gòu)材料在環(huán)境作用下的劣化機理也有諸多問題有待進一步明確。實際工作中就遇到過較為特殊的工程情況，對混凝土的耐久性設(shè)計提出了較高的要求。例如本工程位于大連花園口經(jīng)濟區(qū)河入?？谔?，經(jīng)鉆探揭露，本場區(qū)第四系地層自上而下依次為素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土或淤泥等，下部基巖中全風(fēng)化片麻巖、強風(fēng)化片麻巖。地下水屬第四系孔隙潛水，補給來源為大氣降水、河水及海水。穩(wěn)定水位標高為2.28m～2.50m之間。值得注意的是，地下水的腐蝕性比較強，具體指標如下:PH=6.71；SO42-=6087.0mg/L；Mg2+=4433.7mg/L；Cl-=48240.3mg/L

綜合評價，場地地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具強腐蝕性；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋在干濕交替情況下具強腐蝕性。應(yīng)該說這個地下水對基礎(chǔ)的腐蝕性是非常強的，以往的工程中沒有遇到過，筆者對于這個工程情況做了專門的研究和比較。

2 腐蝕作用機理

各種離子對混凝土的腐蝕作用，都分內(nèi)、外兩種，內(nèi)因主要是混凝土自身的性質(zhì)，可以通過控制混凝土原料選用、配合比及施工質(zhì)量來滿足，規(guī)范也對此有明確的要求。下面主要說一下外因的作用機理。

2.1 Cl-侵蝕機理

一般包裹在混凝土中的鋼筋是不會生銹的，因為鋼筋本身帶有氧化膜，是穩(wěn)定的，而且混凝土中PH值高，能大幅度抑制鋼筋的銹蝕。而氯離子侵入混凝土內(nèi)部后，會降低混凝土的PH值，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，加快了鋼筋的銹蝕。銹蝕的鋼筋體積顯著膨脹（最大可達原體積的6倍），導(dǎo)致混凝土開裂，受力鋼筋銹蝕后截面減小，對結(jié)構(gòu)造成安全隱患。[1]

2.2 SO42-侵蝕機理

硫酸鹽溶液與含有鋁酸三鈣的水泥反應(yīng)主要生成鈣礬石（SO42-濃度較低）或石膏（SO42-濃度較高），鈣礬石體積膨脹導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。有研究表明 在 觀 測 受10%硫酸鈉溶液（硫酸根含量相當于73000mg/L）侵蝕1年的混凝土?xí)r ,也僅觀測到少量石膏生成[2]。

2.3 Mg2+的侵蝕機理

Bonen和 Cohen曾調(diào)查過硫酸鎂溶液對水泥漿的影響，提出Mg2+最初在暴露面上形成一層氫氧化鎂沉淀。因為其溶解度低，Mg2+不易通過這層膜深入其內(nèi)部，但是，氫氧化鎂的形成消耗了大量的Ca(OH)2，其濃度的下降使得溶液的PH值下降，為了保持穩(wěn)定性，C-S-H凝膠釋放出大量的 Ca(OH)2到周圍的溶液中，增加 PH值，這最終導(dǎo)致 C-S-H凝膠的分解，在侵蝕的高級階段，C-S-H凝膠中的 Ca2+能夠完全被Mg2+完全替代，形成不具有膠結(jié)性的糊狀物。[3]

2.4 各種離子的共同作用

雖然各種離子對混凝土都有一定的侵蝕性，但其相互的作用并不是簡單的疊加，甚至有的還是相互制約的。例如Cl-的滲透速度大于SO42-，可以先行滲人較深層的混凝土中，在C-H的作用下與水化鋁酸鈣反應(yīng)生成單氯鋁酸鈣和三氯鋁酸鈣，從而減少了硫鋁酸鈣（鈣礬石）的生成。混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范也提出了相同的概念，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范GB/T 50476-2008[4]中7.2.2條注3，對含有較高濃度氯鹽的地下水、土，可不單獨考慮硫酸鹽的作用。本工程的水樣PH值會抑制Mg2+的腐蝕作用，所以主要考慮Cl-腐蝕作用。

3 新規(guī)范的要求

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范GB/T 50476-2008從2009年5月1日開始實施，其中對混凝土耐久性做了要求。按照規(guī)范，本工程屬于IV類環(huán)境類別（除冰鹽等其他氯化物環(huán)境）中的IV-E類環(huán)境作用等級（接觸高濃度氯離子水體，其中水中氯離子濃度>5000mg/l，有干濕交替）。對混凝土材料的要求:設(shè)計使用年限為50年的，板、墻混凝土強度等級應(yīng)大于C55，保護層厚度50mm；梁、柱混凝土強度等級應(yīng)大于C50，保護層厚度55mm。如果使用預(yù)制構(gòu)件，保護層可分別減小5mm。而且，應(yīng)避免表面的凹凸變化，構(gòu)件的棱角宜做成圓角。

4 問題的解決

本工程基礎(chǔ)可以采用兩種方案:方案一、碎石樁+獨立柱基礎(chǔ)；方案二、高強度預(yù)應(yīng)力管樁。

這兩種方案都能夠解決混凝土耐久性的要求，但是實際工程中，方案一的基礎(chǔ)沉降量不能滿足設(shè)計要求，采用了方案二。采用某樁廠生產(chǎn)的樁頭部分為整體性好的尖頭預(yù)應(yīng)力高強（C80）混凝土管樁，型號 PHC-500-100(AB)，持力層為全風(fēng)化片麻巖，并且要求采用整根樁，不允許接樁，實際樁長7m～8m，這樣就避免了在樁頭及接樁的部分產(chǎn)生問題，這樣主要的防腐就轉(zhuǎn)變成樁身的抗腐蝕性研究，而實際工程中，樁身的防腐比較好實現(xiàn)。前面的腐蝕性機理分析表明，本工程主要的腐蝕來自氯離子的腐蝕，目前國家的抗氯離子滲透性的檢測主要通過電通量檢測，其實驗的機理是測量氯離子擴散系數(shù)，本工程樁身為C80高強混凝土，設(shè)計中要求廠家針對本工程水樣做專門的配合比研究，使其提供的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)致密，減少混凝土中的孔隙，使管樁的抗?jié)B性得到較大的提高，同時，抗凍性及抗硫酸鹽侵蝕性也能夠滿足相關(guān)的規(guī)定。

5 還需要解決的問題

目前管樁的規(guī)范還沒有結(jié)合新的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范做相應(yīng)的修訂，在設(shè)計過程中，還有矛盾的地方，執(zhí)行起來也有一定的難度，希望能夠盡快解決這方面的問題。另外，截止發(fā)稿日期，施工后的效果還比較好，在今后的使用過程中應(yīng)定期做檢測，便于數(shù)據(jù)的收集和對工程的指導(dǎo)。

[1]許紅男,傅淑娟,等.氯離子對混凝土構(gòu)件的侵蝕及防治.深圳土木與建筑.2009年3月,第6卷第1期.

[2]高潤東,趙順波,李慶斌.復(fù)合因素作用下混凝土硫酸鹽侵蝕劣化機理.建筑材料學(xué)報,2009年2月,第12卷第1期.

[3]鞏鑫,趙尚傳,鞏金鑫.混凝土硫酸鹽侵蝕影響因素和測試方法現(xiàn)狀與發(fā)展.橋隧工程.2009年第05期.

[4]混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范GB/T 50476-2008.