高壓輸電線路耐腐蝕灌注樁的混凝土配方研究現(xiàn)狀及建議

甘肅省電力公司 李棟林 左玉璽 王勁武 張 偉

陜西省電力公司規(guī)劃評審中心 尚 勇 龔興國 李寶昕

1.引言

新疆與西北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)750千伏第二通道輸變電工程是國家電網(wǎng)公司“十二五”規(guī)劃重點建設(shè)項目，是加快西北750千伏主網(wǎng)架建設(shè)，進一步加強新疆與西北750千伏電網(wǎng)聯(lián)系，提高向西北主網(wǎng)輸送能力，支持哈密東南部風(fēng)電及敦煌、柴達木地區(qū)新能源接入送出，有效解決青海缺電問題，為“疆電外送”直流工程提供網(wǎng)架支撐的配套重點工程。

該工程路徑途徑新疆自治區(qū)、甘肅省和青海省。沿線分布對混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有腐蝕性的大面積鹽漬土，尤以甘肅省范圍內(nèi)更為嚴重。該工程線路在敦煌市附近途徑南泉濕地自然保護區(qū)，該地區(qū)地質(zhì)主要以粉質(zhì)粘土為主，地下水豐富。經(jīng)對地基土和地下水現(xiàn)場取樣化驗，含有高濃度的SO42-和Cl-等腐蝕介質(zhì)，根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范進行腐蝕等級判定，地基土和地下水對基礎(chǔ)混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有強腐蝕性。在線路工程中，在地下水豐富的軟地基中的基礎(chǔ)選型主要有開挖式基礎(chǔ)和原狀土的灌注樁基礎(chǔ)兩種。開挖式基礎(chǔ)對地基的原狀土體破壞嚴重，施工周期長，施工作業(yè)面大；灌注樁基礎(chǔ)對原狀土體則沒有太大侵擾，施工周期短，施工作業(yè)面小。由于工程場地處于濕地自然保護區(qū)，在環(huán)境保護的要求下，該地區(qū)的基礎(chǔ)選型應(yīng)選為原狀土的灌注樁基礎(chǔ)。但在現(xiàn)行的《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》GB 50046-2008（以下簡稱防腐規(guī)范）中第4.9.5中規(guī)定：在SO42-和Cl-的介質(zhì)作用下，腐蝕性等級為強腐蝕的情況下，不應(yīng)采用混凝土灌注樁基礎(chǔ)。為了滿足工程需要，亟需研究出一種具有良好耐腐蝕性的灌注樁的混凝土配方。

2.地下水的腐蝕機理

與一般建筑用混凝土的腐蝕不用，樁基礎(chǔ)的腐蝕主要來自于地下水，根據(jù)對軟土地基腐蝕地區(qū)地下水的水質(zhì)化學(xué)分析，混凝土耐久性的主要影響因素是硫酸鹽侵蝕和氯離子侵入所致鋼筋銹蝕。

徐惠[1]等人的研究表明，硫酸鹽作為混凝土結(jié)構(gòu)的劣化外力，通過與水泥水化產(chǎn)物作用，生成膨脹性的水化產(chǎn)物，使硬化混凝土開裂、崩壞。當(dāng)發(fā)生膨脹性侵蝕時，生成的反應(yīng)產(chǎn)物的體積大于參與反應(yīng)的物質(zhì)，因而產(chǎn)生膨脹壓力，使混凝土開裂，造成強度損失，最終使混凝土崩裂破壞。主要有鈣礬石型硫酸鹽侵蝕和石膏型硫酸鹽侵蝕。根據(jù)杜榮歸等人[2]研究，氯鹽離子對鋼筋銹蝕主要作用為：破壞鈍化膜、形成“腐蝕電池”，對鋼筋表面產(chǎn)生坑蝕、陽極去極化作用、導(dǎo)電作用。而混凝土凍融破壞，是由于混凝土中的游離水受凍結(jié)冰后體積膨脹，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，由于反復(fù)作用或內(nèi)應(yīng)力超過混凝土抵抗強度致使混凝土破壞。此外，樁基礎(chǔ)還面臨Cl-、共存下的腐蝕問題。Cl-與C3A生成“復(fù)鹽”，有利于降低硫酸鹽與C3A作用而發(fā)生的“膨脹”破壞。就是說Cl-在一定條件下可抑制硫酸鹽對混凝土的破壞作用。Jin等[3]的研究結(jié)果也證明了這一點。

3.耐腐蝕性混凝土配方的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外針對耐腐蝕性混凝土配方的研究主要集中在以下幾個方面：

3.1 水泥品種

水泥作為混凝土的主要組分對混凝土的性能起決定性的作用。美國墾務(wù)局經(jīng)過長達40余年的試驗研究表明，如果混凝土中的硅酸三鈣的含量過高，則會生成過多的氧氧化鈣，易于受到硫酸鹽的侵蝕生成石膏。如果混凝土中鋁酸三鈣過多，則易于生成過多的鈣礬石，在侵蝕環(huán)境下導(dǎo)致膨脹破壞。在實際工程中，主要依據(jù)規(guī)范約束水泥中的鋁酸三鈣含量（一般為5%-8%）來保證混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性。防腐規(guī)范規(guī)定，當(dāng)硫酸根離子濃度在2500-8000mg/L之間時，要采用高抗硫酸鹽水泥，而對于Cl-強腐蝕作用條件下，防腐規(guī)范只做一般要求，即“宜采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥”。

馮乃謙等[4]的研究結(jié)果證明水泥的抗硫酸鹽侵蝕能力與其C3A含量的確密切相關(guān)。但亢景富[5]的研究表明，抗硫酸鹽水泥并不能解決所有硫酸鹽侵蝕問題，比如在八盤峽水電站在處理廊道底板硫酸鹽侵蝕問題時，曾采用高抗硫酸鹽水泥仔細施工，但一年后又出現(xiàn)了破壞。其原因在于，對于石膏結(jié)晶型侵蝕，C3A含量的大小并不起決定作用，而混凝土的強度、密實性及水泥石中Ca(OH)2的多少和干濕交替、水分蒸發(fā)可能起著關(guān)鍵作用。喬宏霞等[6]采用干濕循環(huán)的加速方法對高性能混凝土抗硫酸鹽侵蝕進行了研究，結(jié)果表明：在干濕交替的惡劣環(huán)境中，抗硫酸鹽水泥的抗侵蝕性能并不比普通水泥混凝土好。

3.2 礦物摻合料種類及摻量

摻入活性礦物摻合料是國內(nèi)外目前普遍采用的措施?；炷恋V物摻合料包括硅粉、沸石粉、磨細礦渣粉、粉煤灰等，這些摻合料可與水泥中的氯酸鈣和硅酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并可消耗水泥漿體中的Ca(0H)2，提高混凝土抗硫酸鹽浸蝕性能。在硫酸鹽和氯鹽共同作用時，最常用的礦物摻合料是礦渣和粉煤灰。

賀傳卿等[7]的研究表明，P.O 32.5普硅水泥摻粉煤灰完全可達到中抗硫酸鹽水泥的要求。洪定海[8]的研究證明了不論是硫酸鹽侵蝕還是氯離子侵蝕，大摻量礦物摻合料均能提高混凝土的耐腐蝕性。蔣衛(wèi)東等[9]對鹽漬地區(qū)抗腐蝕混凝土的耐久性進行了試驗研究，研究結(jié)果表明在混凝土中添加粉煤灰對于混凝土在復(fù)鹽侵蝕下的耐久性提高具有很好的效果。

3.3 混凝土強度等級

實際工程經(jīng)驗表明，采用適當(dāng)強度等級的高密實性混凝土，則有望通過混凝土本身就獲得良好的防腐蝕效果。陳蔚凡[10]對處于鹽漬土地區(qū)的京津塘高速公路某立交橋的地下灌注樁和橋墩曾經(jīng)采用與以普硅水泥、高效引氣減水劑、低水膠比配制的高強混凝土作為主要防腐蝕技術(shù)路線，實踐表明，在使用9年后，水線上下的混凝土表面完好如初。高禮雄[11]的研究表明，提高混凝土強度等級，可以進一步改善抗蝕性。鞏鑫[12]進行的試驗表明，混凝土在腐蝕后的動彈性模量的衰減速率隨著水灰比增大而顯著增大。

4.建議：一種新的耐腐蝕性混凝土配方

經(jīng)對上述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的調(diào)研和總結(jié)，并兼顧高壓輸電線路工程施工點多面廣的特點，考慮到施工簡單、有效保證施工質(zhì)量且原材料采購易行等方面，筆者提出了如下耐腐蝕灌注樁混凝土的新配方：采用氧化鎂、三氧化硫和氯離子含量都較低的P O42.5普通硅酸鹽水泥，復(fù)摻20%粉煤灰與30%磨細礦渣粉，水膠比控制在0.4以下，采用減水率為27%的復(fù)合減水劑，在混凝土攪拌過程中坍落度控制在（180±20）mm，含氣量控制在（2.5±0.5）%，經(jīng)過試驗，該配方具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，具體試驗結(jié)果將在另文中詳細論述。

[1]徐惠.硫酸鹽對混凝土腐蝕機理研究[J].大觀周刊,2012(9):112-146.

[2]杜榮歸,劉玉,林昌健.氯離子對鋼筋腐蝕機理的影響及其研究進展[J].材料保護,2006,39(6):45-50.

[3]Z.Q.Jin et al.Interaction between sulfate and chloride solution attack of concretes with and without fl y ash[J].Cement and Concrete Research,2007,37:1223-1232.

[4]馮乃謙,邢鋒.混凝土與混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009

[5]亢景富.砼硫酸鹽侵蝕研究中的幾個基本問題[J].混凝土,1995(3):9-17.

[6]喬宏霞,何忠茂,劉翠蘭.無破損方法檢測混凝土耐硫酸鹽侵蝕性[J].低溫建筑技術(shù),2006(1):3-5.

[7]賀傳卿,李永貴,王懷義,等.硫酸鹽對水泥混凝土的侵蝕及其防治措施[J].混凝土,2003(3):56-57.

[8]洪定海.大摻量礦渣微粉高性能混凝土應(yīng)用范例[J].建筑材料學(xué)報,1998,1(1):82-87.

[9]蔣衛(wèi)東,等.鹽漬地區(qū)抗腐蝕混凝土耐久性試驗研究[J].東北大學(xué)學(xué)報,2008(29):280-283．

[10]陳蔚凡.濱海鹽漬地區(qū)抗強腐蝕性混凝土的研究與應(yīng)用[C].全國水泥基復(fù)合材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)術(shù)討論會,1999.

[11]高禮雄.摻礦物摻合料水泥基材料的抗硫酸鹽侵蝕性研究[D].北京:中國建筑材料科學(xué)研究院,2005.

[12]鞏鑫.混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗研究[D].大連:大連理工大學(xué),2008.