鹽田線路基礎(chǔ)的防腐性能優(yōu)化

吳雪　朱洪民

摘要：鹽田中混凝土結(jié)構(gòu)的主要破壞形式是氯鹽引起的鋼筋銹蝕破壞。文章分析了鹽田環(huán)境中線路基礎(chǔ)腐蝕的機(jī)理，總結(jié)了國內(nèi)已有工程的防腐經(jīng)驗(yàn)，并針對鹽田腐蝕環(huán)境和曙東線路工程的具體情況制定了防腐方案，對基礎(chǔ)施工提出了具體的要求。

關(guān)鍵詞：輸電線路基礎(chǔ)；鹽田腐蝕環(huán)境；曙東線路工程；防腐性能；混凝土結(jié)構(gòu)；鋼筋銹蝕 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM726 文章編號：1009-2374（2016）16-0138-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.16.067

江蘇省南北狹長、東臨黃海，擁有約1000km長的海岸線，正在進(jìn)行的沿海經(jīng)濟(jì)開發(fā)帶動了沿海的高壓輸電線路建設(shè)。由于經(jīng)驗(yàn)不足和經(jīng)濟(jì)條件限制，早期的工程建設(shè)往往只考慮了強(qiáng)度要求，通過對沿海碼頭和橋梁的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)很多沿海鋼筋混凝土構(gòu)筑物在建成10多年以后都不同程度受到腐蝕的影響，混凝土構(gòu)件開裂、鋼筋銹蝕比較普遍，嚴(yán)重影響了使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，涌現(xiàn)出了許多防腐材料和技術(shù)，通過對混凝土原材料、外加劑和各種防護(hù)措施的選用以及混凝土配合比設(shè)計(jì)和施工工藝的控制，可以提高混凝土的耐久性。鹽城曙東～德豐220kV輸電線路有10基塔位于曬鹽田中，鹽水對線路基礎(chǔ)具有較強(qiáng)的腐蝕性，需要采取一定的防腐措施。

1 鹽田混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕機(jī)理

鹽田中混凝土結(jié)構(gòu)的主要破壞形式是氯鹽引起的鋼筋銹蝕破壞。一般情況下，由于水泥的水化作用，鋼筋在混凝土高堿性（pH值約為13）環(huán)境下，表面能生成致密的鈍化膜而獲得保護(hù)。通常情況下，混凝土能有效地保護(hù)鋼筋，但在特殊條件下，一些侵蝕性的物質(zhì)會從混凝土的毛細(xì)孔滲透進(jìn)去，不斷地侵蝕鋼筋表面，使鋼筋發(fā)生腐蝕。鹽田環(huán)境中的氯離子會滲入混凝土中使鋼筋生銹，隨著混凝土的劣化和環(huán)境腐蝕介質(zhì)的侵入，使鋼筋產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，由于鐵銹體積比鋼材大幾十倍，致使混凝土保護(hù)層脹裂、加速腐蝕的發(fā)生，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的承載能力，嚴(yán)重時導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

2 線路基礎(chǔ)防腐技術(shù)現(xiàn)狀

江蘇地區(qū)輸電線路防腐始于1994年建設(shè)的射陽港電廠～大豐220kV線路工程，射陽港電廠是江蘇沿海第一座發(fā)電廠，送出線路經(jīng)過離海邊2km遠(yuǎn)的鹽堿地，通過走訪沿海企業(yè)，最終采用了瀝青涂層對線路基礎(chǔ)進(jìn)行防護(hù)。2001年建設(shè)的田灣核電站～鹽城輸電線路經(jīng)過海灘和曬鹽場，經(jīng)過對海水腐蝕的研究，采取了鋼套筒、高性能混凝土等多種防腐措施。2006年建設(shè)的南通大唐呂四港電廠送出工程，沿海均為樁基礎(chǔ)，采用高性能混凝土與環(huán)氧涂層鋼筋組合方案防腐。2010年建設(shè)的鹽城陳家港電廠送出工程，基本沿用了核電站送出工程的基礎(chǔ)防腐方案。以上線路運(yùn)行至今均未發(fā)生腐蝕事故，其中的核電站送出工程在2007年進(jìn)行了取樣分析，基礎(chǔ)表層混凝土中的氯離子含量極低，顯示防腐措施發(fā)揮了作用。

經(jīng)過向沿海的廣東、福建、浙江等省電力設(shè)計(jì)單位了解，沿海輸電線路采用防腐措施的不多。深圳電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的220kV前灣電廠～象山輸電線路有3km位于海中，基礎(chǔ)采用鋼管群樁，鋼管的壁厚考慮了海水腐蝕的厚度，內(nèi)部按照鋼筋混凝土樁施工。浙江的舟山大跨越海水中的基礎(chǔ)同樣采用鋼管群樁，鋼管中的混凝土采用了耐腐蝕、高抗?jié)B的高性能混凝土。青海地區(qū)分布有大面積的鹽湖，腐蝕問題非常突出，輸電線路基礎(chǔ)防腐一般采用玻璃鋼護(hù)罩，2012年建設(shè)的新疆與西北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)750kV第二通道輸電線路跨越察爾汗鹽湖，基礎(chǔ)采用抬高主柱的“淺埋高墊”大開挖方案，基礎(chǔ)外部采用玻璃鋼護(hù)罩。

3 鹽田環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

3.1 腐蝕環(huán)境等級

江蘇地區(qū)鹽漬土地區(qū)輸電線路鋼筋混凝土基礎(chǔ)所處環(huán)境按其對鋼筋和混凝土材料的腐蝕機(jī)理可分為3類，即保護(hù)層混凝土碳化引起鋼筋銹蝕、反復(fù)凍融導(dǎo)致混凝土損傷和氯鹽引起鋼筋銹蝕，鹽田環(huán)境即屬于后者。

《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》中把環(huán)境作用等級劃分為A～F六個等級，其中A級—可忽略，B級—輕度，C級—中度，D級—嚴(yán)重，E級—非常嚴(yán)重，F(xiàn)級—極端嚴(yán)重。曙東～德豐220kV輸電線路位于曬鹽田中的線路基礎(chǔ)屬于D～F。

3.2 氯鹽對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕

2008年江蘇省電力設(shè)計(jì)院模擬鹽田環(huán)境對不同的混凝土防腐方案進(jìn)行了檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)海水（曬鹽池）對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕主要是對鋼筋的腐蝕，這也與對沿海已建混凝土結(jié)構(gòu)的調(diào)查結(jié)果相吻合。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境作用等級達(dá)到或超過D級時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)面臨較為嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境。贛榆縣入?？阡摻罨炷翐醭遍l為20世紀(jì)70年代建造，已嚴(yán)重腐蝕破壞。如東市距海邊約500m處的110kV義北線745線55號塔基同樣處于D級環(huán)境，運(yùn)行2年后鋼筋混凝土外表基本完好，但表層砂漿中氯離子濃度較高。

連云港市處在鹽田中500kV田灣5217線003號塔基鋼筋混凝土處于E級環(huán)境，運(yùn)行5年后混凝土基本完好。處于同一環(huán)境的鹽池田埂上的電線桿腐蝕破壞嚴(yán)重。濱?？h廢黃河入?？跓羲摻罨炷粱A(chǔ)處于E級環(huán)境，運(yùn)行約3年，混凝土基本完好，但混凝土內(nèi)部10～30mm深處的砂漿氯離子濃度已達(dá)0.311%，若無防護(hù)措施內(nèi)部鋼筋將銹蝕破壞。

連云港市500kV田灣5215線003號塔基鋼筋混凝土處于F級環(huán)境，混凝土表面有鋼套筒及環(huán)氧玻璃絲布涂層保護(hù)，運(yùn)行5年后水位變動區(qū)的環(huán)氧玻璃絲布涂層已破裂。

4 常用基礎(chǔ)防腐措施分析

4.1 腐蝕裕度法

腐蝕裕度法的原理是在設(shè)計(jì)鋼筋時預(yù)先留出腐蝕厚度。根據(jù)日本和美國的調(diào)查，推薦鋼管樁設(shè)計(jì)腐蝕速度為0.02mm/年，處于腐蝕環(huán)境中的鋼筋外面還有混凝土保護(hù)，腐蝕速度應(yīng)低于上述數(shù)值，但即使按照0.02mm/年計(jì)算，鋼筋直徑增加2mm即可防腐50年。

雖然理論上腐蝕裕度法有成立的可能，但我們觀察到的氯鹽腐蝕破壞都伴隨鋼筋外面混凝土的脫落，主要原因?yàn)殍F銹的體積比鋼材增大很多，膨脹力破壞了混凝土保護(hù)層，雖然可以用加厚保護(hù)層的辦法降低這種破壞，但應(yīng)用腐蝕裕度法還需要試驗(yàn)驗(yàn)證。

4.2 涂層防腐

涂層防腐是最為常見的防腐方式，對于輸電線路基礎(chǔ)有兩種防護(hù)方案——混凝土涂層和鋼筋涂層，田灣核電站送出工程中在混凝土表面設(shè)置了一層厚達(dá)5cm的丙乳砂漿，砂漿外涂刷防腐漆，都可以看作是混凝土表面涂層技術(shù)，呂四港電廠送出工程則采用了環(huán)氧涂層鋼筋，并在混凝土表面涂刷防腐漆，屬于兩種涂層技術(shù)的混合?；炷镣繉舆€可以采用改性瀝青、硅烷浸漬等技術(shù)，對于大開挖基礎(chǔ)來說施工方便，但對于灌注樁則比較麻煩。田灣核電站送出工程位于入海河口的樁基則采用鋼套筒技術(shù)，也算是對混凝土表面的防護(hù)。

涂層鋼筋的防腐效果理論上很好，但效果很大程度上依賴于施工質(zhì)量，如果涂層在鋼筋加工過程中出現(xiàn)破損，則容易在使用中出現(xiàn)點(diǎn)蝕，整個基礎(chǔ)的防腐年限、承載能力就打了折扣。

4.3 鋼筋阻銹劑

鋼筋阻銹劑是指加入混凝土中或涂刷在混凝土表面，能阻止或減緩鋼筋腐蝕的化學(xué)物質(zhì)。近幾年混凝土外加劑發(fā)展迅速，與其他防腐方法相比，使用阻銹劑在經(jīng)濟(jì)性和施工的方便性上有明顯的優(yōu)勢。

使用阻銹劑對施工技術(shù)要求很高，阻銹劑的選擇、摻量、拌合都必須嚴(yán)格控制。常見的亞硝酸鹽阻銹劑對人體及環(huán)境有害，應(yīng)慎重使用。

4.4 高抗?jié)B混凝土

提高混凝土的抗?jié)B性可以降低混凝土中鋼筋表面的氯離子濃度，從而達(dá)到延緩甚至阻止鋼筋生銹的效果。最簡單的做法是提高混凝土的水泥用量（提高混凝土等級），配合使用減水劑、引氣劑可以達(dá)到很好的效果，田灣核電站

送出等工程采用的高性能混凝土就是一種高抗?jié)B混凝土。

5 曙東工程鹽田基礎(chǔ)防腐性能優(yōu)化

5.1 防腐方案建議

鹽田混凝土基礎(chǔ)防腐的關(guān)鍵在于防止鋼筋的腐蝕，方法是切斷腐蝕介質(zhì)接觸鋼筋的途徑?；炷潦芾瓍^(qū)容易產(chǎn)生裂縫，應(yīng)根據(jù)受拉區(qū)所處的位置和腐蝕等級采用柔性防腐涂層等措施。防腐方案應(yīng)結(jié)合腐蝕介質(zhì)的分布特點(diǎn)、基礎(chǔ)外形和地下水水位來確定。

曙東～德豐220kV輸電線路電壓等級低于上述核電和電廠送出工程，在系統(tǒng)中的重要性也略低，加上經(jīng)過近幾年的技術(shù)研究與應(yīng)用，防腐技術(shù)又有了新的進(jìn)步，因此該工程基礎(chǔ)防腐可較上述工程進(jìn)行簡化。

對于開挖式基礎(chǔ)，建議采用高抗?jié)B混凝土，同時基礎(chǔ)表面涂刷柔性的瀝青防腐層，以對抗混凝土開裂對防腐性能的削弱，對于露出地面的基礎(chǔ)立柱，通過加大塔腳保護(hù)帽的形式對瀝青涂層予以保護(hù)。

對于灌注樁基礎(chǔ)，群樁承臺的采用和開挖基礎(chǔ)相似的防腐技術(shù)，樁基由于深埋在地下，因接觸氧氣少所以腐蝕不嚴(yán)重，可以僅采用高抗?jié)B混凝土。單樁基礎(chǔ)一方面采用高抗?jié)B混凝土；另一方面在地下水位的變動區(qū)以上采用鋼套筒或者涂刷柔性的瀝青防腐層。

5.2 施工要求

防腐工程的效果很大程度上依賴于施工質(zhì)量，因此要在技術(shù)交底過程中向監(jiān)理、施工單位說明嚴(yán)控施工質(zhì)量的重要意義。配制高抗?jié)B混凝土的一般原則如下：（1）選用質(zhì)量穩(wěn)定、低水化熱和含堿量偏低的水泥，盡可能避免使用早強(qiáng)水泥和C3A含量偏高的水泥；（2）選用堅(jiān)固耐久、級配合格、粒形良好的潔凈骨料；（3）使用優(yōu)質(zhì)引氣劑，將適量引氣作為配制耐久混凝土的常規(guī)手段；（4）盡量降低拌和水用量，采用高效減水劑；（5）高度重視骨料級配與粗骨料粒形要求；（6）混凝土拌和用水宜采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水，混凝土拌和、養(yǎng)護(hù)用水不得采用海水。

施工單位應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制鋼筋保護(hù)層，鋼筋保護(hù)層不允許出現(xiàn)負(fù)誤差。高抗?jié)B混凝土的添加劑必須嚴(yán)格按照配合比單中的用量進(jìn)行稱量，配備必須的計(jì)量器具，保證對配合比的嚴(yán)格控制?；炷翍?yīng)在初凝以后在基礎(chǔ)模板外加蓋覆蓋物開始養(yǎng)護(hù)，一般混凝土在正常溫度條件下養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)不少于7天，摻有外加劑或有抗?jié)B、抗凍要求時應(yīng)不少于14天。

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