南通某沿海地區(qū)鹽漬土分布特征及其腐蝕特性研究＊

周忠勤，葉景艷，董軍林，葛 云

（1．江蘇省海安縣國土資源局 南通 226600；2．有色金屬華東地質(zhì)勘查局地球化學(xué)勘查與海洋地質(zhì)調(diào)查研究院 南京 210007）

南通沿海海域處于江蘇岸外的南黃海輻射沙脊群，地質(zhì)上為揚子準(zhǔn)地臺的蘇北－南黃海凹陷帶，是在揚子凹陷帶一整套古生代地層基底上。由于長江、黃河兩大河流在入海處長年堆積和侵蝕，形成了大片的淤泥質(zhì)海岸。這里地勢平坦，潛水位高，受海水影響而地下水礦化度高，年蒸發(fā)量大于降水量2～3倍，土壤易于積鹽，而形成了大面積的鹽堿荒地，即為鹽漬土［1］。鹽漬土在水分和溫度的作用下，土中的鹽類會發(fā)生相態(tài)和數(shù)量的變化，使土壤具有不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特性［2］，同時土壤中鹽溶液對鋼筋混凝土基礎(chǔ)和其他地下設(shè)施中的鋼筋或鋼材產(chǎn)生腐蝕。國內(nèi)外由于長期忽視鹽漬土對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響，研究相對滯后，付出了巨大的代價。美國標(biāo)準(zhǔn)局 （NBS）1975 年的調(diào)查表明，美國全年各種因腐蝕造成的損失為700多億美元，其中混凝土中鋼筋銹蝕造成的損失約占40%［3］。日本海沿岸大約有21．4%的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)損失是由于鋼筋銹蝕引起。英國為解決海洋環(huán)境下混凝土建筑物的腐蝕與防護問題，每年就花費近20萬英鎊［4］。

南通擁有海岸線210km，全市海岸帶面積1．3萬km2，沿海灘涂面積21 萬hm2，每年新增灘涂面積近700hm2，是我國沿海地區(qū)土地資源最豐富的地區(qū)之一。南通憑借非常有利的區(qū)位條件，在整個江蘇沿海開發(fā)上占據(jù)著 “排頭兵”的位置。出于上述原因，筆者選取了南通洋口地區(qū)，通過兩個鉆孔的取樣，對洋口30 m以淺的土壤中鹽漬土進行了檢測和比對，對該區(qū)域的鹽漬土空間分布、類型和對建筑混凝土、鋼筋的腐蝕性影響進行了研究，對后期工程建設(shè)維護中可能產(chǎn)生的影響進行綜合評價。

1 樣品采集及分析

1．1 樣品采集

本研究所采集鉆孔土樣的密度按照 《巖土工程勘察規(guī)范 （GB 50021－2001）》要求進行，以0～5 m 每半米取樣、5～10 m 每米取樣、10m 之后每2m 取樣，考慮到對工程建設(shè)主要的影響范圍，采集了30m 以內(nèi)的柱狀樣品。

1．2 樣品測試

樣品采集好后，在最短時間內(nèi)分批次送往測試，以保證樣品的新鮮度。土壤樣品經(jīng)過烘干、研磨和過篩等前處理之后，分別稱取100g以1∶5的土水比例進行溶解、浸提、抽慮過后上機進行測試；預(yù)處理完畢后，測試土壤浸提液pH 值、土壤八大離子含量 （鈉離子、鉀離子、鎂離子、鈣離子、氯離子、碳酸氫根離子、硫酸根離子、碳酸根離子）。

2 評價依據(jù)及方法

2．1 鹽漬土分類標(biāo)準(zhǔn)

前人研究發(fā)現(xiàn)，不同成分類型的鹽漬土，其工程特性及對工程危害差別較大。如：①以碳酸鹽類為主要成分的鹽漬土，會與水泥材料中的堿起化學(xué)反應(yīng)，降低混凝土中的堿度，導(dǎo)致鋼筋銹蝕破壞；②以氯鹽為主要成分的鹽漬土，溶解度較大，具有明顯的吸濕性，受水浸時會形成洞穴甚至坍塌，極易引起混凝土建筑中鋼筋蝕銹，被譽為是導(dǎo)致沿海工程混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因；③硫酸鹽類為主要成分的鹽漬土，會與混凝土成分發(fā)生化學(xué)作用，形成含水結(jié)晶體，體積增大，引起脹裂破壞，影響建筑的耐久性。其中，氯鹽引起的沿海工程建設(shè)破壞最為常見，被譽為是導(dǎo)致沿海工程混凝土結(jié)構(gòu)破壞的主要原因［5］。

此次分類參照 《公路路基設(shè)計規(guī)范 （JTGD30－2004）》規(guī)范進行，按鹽的性質(zhì)分類和按含鹽量 （鹽度）分別進行 （表1和表2）。

表1 鹽漬土按含鹽性質(zhì)分類

表2 鹽漬土按含鹽量分類

2．2 對混凝土構(gòu)件腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù) 《巖土工程勘察規(guī)范 （GB50021－2001）》中水土腐蝕性評價要求，研究區(qū)土壤對混凝土機結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)見表3，研究區(qū)環(huán)境類型為Ⅱ類，弱透水層。

表3 土壤對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)

2．3 對建筑鋼筋的腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù) 《巖土工程勘察規(guī)范 （GB50021－2001）》中水土腐蝕性評價要求，土對建筑鋼筋的腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)見表4。研究區(qū)水體屬于長期浸水，土壤類型屬于A 類型砂土、稍濕的粉土。

表4 土對建筑鋼筋的腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)

3 地區(qū)鹽漬土類型、鹽度空間分布

3．1 研究區(qū)鹽漬土類型

測試結(jié)果表明，南通洋口區(qū)域量鉆孔的30m 范圍內(nèi)的鹽漬土類型都為典型的氯鹽漬土，CCl－／CSO42－平均值在17～35之間。洋口區(qū)域兩個鉆孔CCl－／C－SO42數(shù)值范圍平均值分別是22．3和33．5。

3．2 研究區(qū)鹽度空間分布

將所測鉆孔柱狀土樣中易溶鹽百分比含量相加即得到土壤鹽度指標(biāo)。各鉆孔鹽度含量隨深度變化 （圖1）。

洋口01孔鹽度范圍為0．18%～1．54%，平均值為0．7%，超過1%達到中鹽漬土級別的樣品較少，只在1 m、10 m、15 m 出現(xiàn)，在淺表層區(qū)域，巖心鹽度值隨深度增加稍有增加。洋口02孔鹽度范圍為0．36%～2．18%，平均值為1．1%，巖心2～3m、6～17m 出現(xiàn)峰值，達中鹽漬土范圍，20m 以深深度鹽度呈下降趨勢。

根據(jù) 《公路路基設(shè)計規(guī)范》的分類標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)30m 以內(nèi)土壤屬于典型的弱鹽漬土－中鹽漬土，以弱鹽漬土為主。洋口區(qū)域兩鉆孔在表層、10～20m 之間均出現(xiàn)峰值，達中鹽漬土范圍值，這兩個層位推測可能受到海水入侵引起的地表和淺層地下水鹽度升高。

圖1 鉆孔各指標(biāo)含量隨深度變化剖面圖

4 土壤對工程建設(shè)腐蝕性評價

4．1 鹽漬土對混凝土腐蝕性評價

混凝土在鹽漬土中會遭到化學(xué)侵蝕和破壞，土壤對混凝土腐蝕性評價測試指標(biāo)主要包括硫酸鹽含量 （SO2－4）、鎂鹽含量 （Mg2＋）、pH 值。

4．1．1 鎂鹽含量 （Mg2＋）腐蝕性評價

鉆孔鎂鹽含量隨深度變化 （圖1）。洋口區(qū)域兩個鉆孔鎂鹽含量均小于300mg／kg，遠低于腐蝕標(biāo)準(zhǔn)中1500mg／kg的弱腐蝕界限。近地表含量較低，高值主要集中在鉆孔中部10m 深度的位置，此后含量隨深度變小，這與鹽度變化曲線類似。腐蝕等級為微腐蝕。

4．1．2 硫酸鹽含量 （SO2－4）腐蝕性評價

鉆孔硫酸鹽含量隨深度變化 （圖1）。洋口區(qū)域鉆孔硫酸鹽含量在0～1 000mg／kg之間變化。洋口區(qū)域01孔硫酸鹽含量波動值比較大，大于450 mg／kg呈現(xiàn)弱腐蝕層位出現(xiàn)在表層（1m）、中部 （15～18 m）、底部 （27～30m）位置，其他深度腐蝕等級為微腐蝕。02 孔SO42－含量相對來說較平穩(wěn)，20 m 之前為弱腐蝕，在20m 后含量降低，為微腐蝕。

4．1．3 pH 值腐蝕性評價

鉆孔pH 值隨深度變化。如圖1 所示鉆孔30m 以淺區(qū)域柱狀土樣中pH 值均大于6．5，指示腐蝕等級為微腐蝕 （表5）。

表5 鉆孔pH 值變化

綜上所述，洋口地區(qū)土壤樣品各指標(biāo)均指示該地區(qū)對混凝土的腐蝕等級為弱～微腐蝕，腐蝕等級均較弱。

4．2 鹽漬土對鋼筋的腐蝕性評價

鹽漬土中對建筑鋼筋具有重要腐蝕作用的就是氯鹽。水泥水化后在鋼筋表面會產(chǎn)生一層致密的鈍化膜，對鋼筋有很強的保護能力，但只有在高堿環(huán)境中才是穩(wěn)定的。氯鹽進入混凝土中并達到鋼筋表面，會使該處的pH 值迅速降低，從而破壞鈍化膜。Cl－對鋼筋表面的鈍化破壞開始只發(fā)生在局部，當(dāng)這個局部與周圍未被破壞的鈍化膜產(chǎn)生電極作用形成 “腐蝕電池”時，就會對鋼筋表面產(chǎn)生坑蝕的結(jié)果，這種結(jié)果會迅速發(fā)展下去；氯鹽還會對鋼筋產(chǎn)生去極化作用，最后使鋼筋表面發(fā)生銹化作用。同時，混凝土中氯鹽的存在，強化了離子通路，降低了陰、陽極之間的歐姆電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學(xué)腐蝕過程［6－7］。

此次研究所測得各鉆孔氯鹽的含量變化如圖1所示：洋口區(qū)域兩個鉆孔氯鹽含量波動比較大，但可看出在10m 左右范圍內(nèi)，兩鉆孔氯鹽含量均在此出現(xiàn)峰值，達到氯鹽強腐蝕等級，其余氯鹽含量范圍值在750～7 500mg／kg之間，確定該地區(qū)受到氯鹽的中等腐蝕。

4．3 腐蝕性評價小結(jié)

洋口地區(qū)30 m 內(nèi)土壤為典型的氯鹽漬土，氯鹽是研究區(qū)最主要的腐蝕因子，氯鹽的含量大部分均在750～7 500mg／kg變化，個別樣點甚至超過7 500mg／kg，可以確定該地區(qū)主要受到氯鹽的中等－強腐蝕。而鎂鹽、硫酸鹽和pH 值所指示的對混凝土構(gòu)件的腐蝕性綜合顯示為微～弱腐蝕。綜合對比洋口地區(qū)鹽度、鎂鹽含量、硫酸鹽含量和氯鹽含量曲線，發(fā)現(xiàn)在表層、8～15m 深范圍之間均出現(xiàn)明顯峰值，綜合腐蝕性較強，推測可能受到海水入侵引起的地表和淺層地下水鹽度升高，這兩個層位在今后的規(guī)劃和建設(shè)中應(yīng)當(dāng)引起重視，尤其是氯鹽所引起的鋼筋腐蝕。

5 結(jié)論

通過對南通沿海地區(qū)洋口地區(qū)鹽漬土性質(zhì)的檢測，對其鹽漬土性質(zhì)和腐蝕性能進行分析，并對后期工程建設(shè)中可能產(chǎn)生的鋼筋混凝土、地下管線腐蝕危害進行了綜合評價。

（1）該地區(qū)鹽漬土類型為典型的氯鹽漬土，氯鹽含量／硫酸鹽含量平均值在17～35 之間。研究區(qū)30m 內(nèi)土壤的鹽度變化范圍在0．1%～2．18%之間，屬于弱鹽漬土－中鹽漬土，以弱鹽漬土為主。

（2）研究區(qū)土壤對混凝土的腐蝕性呈微～弱腐蝕，腐蝕等級較弱；土壤中氯鹽是研究區(qū)最主要的腐蝕因子，含量大部分在750～7 500 mg／kg變化，個別樣點甚至更高，顯示對鋼筋、管線的中等－強烈腐蝕作用。

（3）對比研究區(qū)鹽度、鎂鹽、硫酸鹽以及氯鹽含量，可明顯發(fā)現(xiàn)鉆孔在近地表和8～15m區(qū)域均出現(xiàn)較高峰值，綜合腐蝕性較強，可能受到地表水滲透以及海水倒灌的影響，在后期建設(shè)中應(yīng)該引起重視。

［1］張玉銘，劉金銅，韓慶華．淤泥質(zhì)海岸帶土壤鹽分空間分布規(guī)律初探［J］．生態(tài)農(nóng)業(yè)研究，1997，5（4）：54－47．

［2］王福才．沿海地區(qū)利用鹽漬土修筑路基的嘗試［J］．現(xiàn)代公路，2007（6）：82－84．

［3］羅福午．建筑結(jié)構(gòu)缺陷事故的分析及防止［M］．北京：清華大學(xué)出版社，1996：1－20．

［4］張富春．混凝土構(gòu)筑物的維護、修補與拆除［M］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1990：1－40．

［5］邵宗平，郜憲存，劉樹才，等．淺談不同鹽漬土類型導(dǎo)致的公路路基病害及防治［J］．科技信息，2009（19）：274－275．

［6］楊建森．氯鹽對混凝土中鋼筋的腐蝕機理與防腐技術(shù)［J］．混凝土，2001，141（7）：52－56．

［7］朱績超，氯離子環(huán)境下鋼筋混凝土橋梁耐久性研究［D］．長沙：湖南大學(xué)，2008．