混凝土基礎(chǔ)在腐蝕地質(zhì)和凍融環(huán)境下防護措施的研究

銀高見 銀海娟

（1.中國電建集團核電工程有限公司，山東濟南 250000；2.山東省建設(shè)規(guī)劃設(shè)計院有限公司，山東濟南 250000）

1 改善混凝土自身結(jié)構(gòu)

根據(jù)不同的地質(zhì)條件選擇不同類型的水泥，例如，在酸性環(huán)境中選擇耐酸水泥，靠近海岸的建筑物基礎(chǔ)可采用抗硫酸鹽水泥。提高混凝土的摻入量，減少水灰比例，控制灰砂比，在混合料中加入引氣劑、膨脹劑、減水劑、粉煤灰、礦渣等，能明顯提高混凝土的抗?jié)B性和耐久性（注意添加劑間的相容性）[1]；合理攪拌、振搗，適當養(yǎng)護，可以提高混凝土本身的保護作用。

在高性能混凝土中，除了抗凍性和抗?jié)B性顯著提高外，高性能混凝土的CL-滲透性顯著降低。與普通混凝土比較，其優(yōu)勢在于高性能混凝土耗水量少、流動性好、抗離析能力強、填充性能優(yōu)良、密實度好；高性能混凝土具有高彈性模量、低收縮和漸變等特性，一般混凝土彈性模量在20 ～25GPa，選用合適的材料和配合比，可以獲得40 ～50GPa 的彈性模量。因此，采用高性能混凝土，可以大大提高其使用壽命。

2 混凝土基礎(chǔ)墊層處理

根據(jù)GB50046-2008 《工業(yè)建筑防腐設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，基礎(chǔ)墊層可選用100mm 厚的瀝青混凝土、150mm 碎石、聚合物水泥混凝土等。在滿足設(shè)計要求的前提下，從經(jīng)濟效益的角度出發(fā)，對基礎(chǔ)墊層的選擇通常是以碎石灌瀝青為主[2]。碎石灌入式瀝青墊層施工簡單，可以手動進行，適合于起伏的地形，表面的瀝青具有良好的防腐、隔離水層的效果，并且造價比瀝青混凝土和聚合物水泥混凝土要低。在鋪設(shè)碎石灌瀝青墊層時，須注意如下事項。

（1）在鋪設(shè)混凝土基礎(chǔ)前，應(yīng)將地基進行夯實，并保證其承載力達到設(shè)計要求。

（2）基礎(chǔ)表面應(yīng)保持干燥，表面不得有水漬，表面的石渣、灰土等雜物要清除。

（3）項目的施工環(huán)境溫度必須高于10℃，遇雨、霧時嚴禁施工。

（4）瀝青的軟化溫度不能超過90℃，石材應(yīng)清潔干燥，滿足設(shè)計要求。

（5）墊層在基礎(chǔ)上鋪設(shè)一層粒徑30 ～60mm 的砂礫，其厚度為10cm。夯實后，在5cm 厚的砂礫上加一層粒徑10 ～30mm 的砂礫，用平板振搗機振平，同時注意，碎石要有一個合理的級配，而且不能使大塊體太過密集，以免造成振動，不易振實[3]。

（6）鋪設(shè)碎石后，在指定的地點進行碾壓，縮短熱瀝青的運送時間，以防止高溫瀝青因運輸時間過長而導致溫度下降，避免對澆灌質(zhì)量產(chǎn)生影響。

（7）用熱的瀝青澆注，使其充分溶解。在澆注時，從碎石墊層一側(cè)到另一側(cè)，層層遞進，不得漏水，不得有白料。灌裝瀝青的厚度應(yīng)維持在50mm 以上（需要灌到最大粒徑以下）。

（8）因一些墊層位于基巖之上，部分基巖不平整，可按上述方法，先在凹陷部位鋪設(shè)一層碎石，再將其平整，進行整體墊層的施工。

3 混凝土基礎(chǔ)表面涂刷防護層

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性指能夠在規(guī)定的工作環(huán)境和正常的維修情況下，維持其預(yù)定的功能，保證其安全性和適應(yīng)性。建筑結(jié)構(gòu)失效是由耐久性不足引起的，如鋼筋銹蝕、低溫凍害、環(huán)境物理、環(huán)境化學等。聚脲是一種基于聚氨酯RIM 技術(shù)發(fā)展而成的一種綠色環(huán)保材料[4]。噴涂聚脲對環(huán)境溫度和濕度有很好的耐受性，其密度幾乎不受系統(tǒng)NCO 指數(shù)的影響，且不會因為發(fā)泡影響其使用壽命。與傳統(tǒng)的環(huán)氧、聚氨酯、丙烯酸等防腐涂層相比，其成膜速度快，耐溫和耐介質(zhì)性能好，彈性、韌性好，無污染，施工效率高。在噴涂聚脲防護材料前，必須進行以下工作。

3.1 混凝土基礎(chǔ)表面處理

（1）檢查基材的施工表面是否有裂縫、空鼓、龜裂、油污等，并標明不合格的地方。對底板不合格的部位進行修補，對接縫進行特別的處理，并用灰泥進行修整。

（2）對混凝土構(gòu)件進行強度測試，其強度應(yīng)符合設(shè)計規(guī)范。表面浮漿、油污、雜質(zhì)等由表面打磨機清除，直到混凝土結(jié)構(gòu)表面全部露出，凹陷大于2mm 時，使用磨光機將表面磨平，再用強力吹風機清除表面的塵埃。

（3）對已處理過的混凝土結(jié)構(gòu)進行水分測定，當水分含量小于4%時，在表層上進行封底，其用量維持在0.15 ～0.2kg/m2。

3.2 混凝土基礎(chǔ)表面涂刷環(huán)氧—聚氨酯底漆

聚脲涂料在幾秒內(nèi)凝膠固化，幾分鐘內(nèi)即可達到行走強度，因此在基材濕潤、與基材黏合等方面存在不足[5]。在混凝土基材上涂一層環(huán)氧-聚氨酯底漆，以使其充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢，并改善其與基體的黏附性。

（1）密封底漆具有良好的滲透性，能滲入混凝土的毛細孔、微裂紋、細小空隙，并將其封住，使其不受水分、氣體的影響，從而避免出現(xiàn)泛堿現(xiàn)象。

（2）強化基層的功能，底漆具有滲入混凝土的效果，對基層具有增強效果。

（3）耐水、耐堿性，底漆具有良好的耐堿性、高密度、良好的防水性。

（4）提高了附著力，使底漆與基層、聚脲防水材料的兼容性良好，能提高兩種界面的結(jié)合強度。

3.3 噴涂聚脲

在完成了混凝土基層（3 ～24h）后，再進行聚脲涂料的噴涂。首先，將聚脲原料的組成成分搖勻，溫度在15℃以下時，應(yīng)對其進行加熱，以確保其黏度在1500mPa·s以下。其次，設(shè)備在安裝調(diào)試、進場時，應(yīng)將管道和設(shè)備固定好，不得有掉渣、漏料等情況。在噴涂之前，應(yīng)對各部件的液壓（10.34 ～15.86MPa）進行檢測，如果壓力差大于2MPa，則應(yīng)先卸壓，然后重新啟動，調(diào)整物料的溫度，控制在65 ～70℃。再次，在使用聚脲時，操作員必須規(guī)范持槍，均勻地噴灑，噴距控制在40cm 左右，后一次噴灑要覆蓋上一層3/4 ～4/5，以2s 左右的速度移動，完成一次噴灑后，檢查涂層，用修補料找平，等補料干透后，再用相同的方法將其橫向噴涂至2mm 厚度。最后，在施工后24 小時內(nèi)，防止重型物體的碾壓，7 天后再進行下一步處理，為驗證混凝土結(jié)構(gòu)物在噴涂聚脲涂層后對提高混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性的作用，做了相關(guān)實驗。

3.3.1 聚脲涂層混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能

采用快速腐蝕實驗方法，對浸漬后的聚脲涂料進行了宏觀力學性能的研究。隨著試驗時間的延長，噴涂后的拉伸強度逐漸增大，直至120 天后，抗折強度開始下降。

在120 天內(nèi)，未涂覆的試件的彎曲強度明顯低于涂覆的試件[6]。另外，經(jīng)硫酸鈉浸泡120 天內(nèi)，涂層試件的抗壓強度仍有增加的趨勢。結(jié)果表明，聚脲對硫酸根的腐蝕起到了明顯的抑制作用，能夠有效地改善水泥的耐硫酸腐蝕能力。試塊的抗折強度變化如圖1 所示。

圖1 試塊的抗折強度變化

3.3.2 聚脲涂層混凝土抗凍融性能

由于混凝土存在飽和和凍融交替的狀態(tài)，使得混凝土出現(xiàn)凍融破壞。因此，采取相應(yīng)的保護措施，能有效地減少凍融破壞。ASTM 和GBJ82-85 對試件的破壞作出了相關(guān)規(guī)定，如果出現(xiàn)以下任何一種情況，就可以被視為破壞：已經(jīng)有300 個凍融循環(huán)；相對動態(tài)彈性模量低于60%；產(chǎn)品的品質(zhì)損耗為5%。

圖2 和圖3 顯示了聚脲涂層混凝土在3.5%氯化鈉中的凍融后的變形和側(cè)向基頻的變化。結(jié)果顯示，在凍融循環(huán)期間，未涂層的試件出現(xiàn)了較大的品質(zhì)損耗，并出現(xiàn)了較大的基頻衰減，在300 次的凍融循環(huán)中，其基本頻率和質(zhì)量基本保持不變。聚脲涂料對混凝土的抗凍融能力有較大的提高，而普通的耐久性涂料卻沒有這種效果。

圖2 試件凍融后的質(zhì)量變化

圖3 試件凍融后橫向基頻變化

3.3.3 聚脲涂層混凝土抗氯離子侵蝕性能

采用自然浸泡實驗，對聚脲涂層耐氯離子滲透特性進行了測試。用10%的氯化鈉溶液浸泡半年后，聚脲涂層試件的氯離子滲透深度為0 （見表1）。實驗結(jié)果顯示，聚脲涂層具有良好的抗氯腐蝕能力。噴涂聚脲橡膠具有優(yōu)良的特性，在混凝土的耐腐蝕性、抗氯離子侵蝕、抗凍融性等多個方面具有良好的抗腐蝕性。

表1 氯離子滲透深度的測量

4 基礎(chǔ)回填土

（1）為降低強腐蝕地質(zhì)條件下混凝土基礎(chǔ)的腐蝕，采用非腐蝕性的中性土取代混凝土基礎(chǔ)周邊的強侵蝕土，并將強腐蝕土移至需要回填的地區(qū)，既能降低強侵蝕土對地基的侵蝕，又能降低回填土的運輸距離。

（2）充填土密度愈大，滲透率愈低[7]。處于強腐蝕環(huán)境的混凝土地基，其充填土的密實度設(shè)計值應(yīng)大于0.96，這種密實度能有效地防止回填土的滲入。

（3）在基礎(chǔ)回填時，要在地基上留出標線，按照30cm/次的標準，以保證各層回填的厚度，保證壓實的密度。

（4）在回填區(qū)內(nèi)，必須事先將樹根、垃圾及50mm以上的碎石清除。在土壤水分含量高的情況下，可以將土壤翻松，然后加入干燥的土壤，如果水分含量不高，可以用水澆透。

（5）采用壓路機進行大面積的填筑，首先采用靜壓，再采用振壓，由兩邊逐步壓到中心，每一次的壓實間隔為15 ～20cm，以防止漏壓，車輪的下陷通常不大于1 ～2 cm。不能通過人工夯或小型夯實機進行夯實。

（6）在地勢高低不平的地方，作接槎，修建1:2 階梯狀的邊坡，每層高度為30cm、寬度為100cm。在分層填筑時，各層間的坡度應(yīng)超過1:1.5，碾痕疊加0.5～1.0m，上下兩個臺階的間距不少于1m。

（7）將土料送到工地后，由專業(yè)的工作人員檢查土壤的質(zhì)量和水分，并用插頭檢查覆蓋層的厚度。在每一次填筑完成后，都要檢查其碾壓質(zhì)量。用灌砂法取樣，測定干密度，確定其密實度，檢測合格后，再進行下一次回填。

5 結(jié)語

工程實踐證明，在強腐蝕性地質(zhì)條件和凍融條件下，只有做好相關(guān)工作，才能提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。首先，混凝土的密實性、抗?jié)B性能是預(yù)防侵蝕的重要措施，應(yīng)通過合理選擇水泥品種、采用高等級水泥、適當加入高效減水劑（除緩凝型）等減少混凝土水灰比。其次，在工地施工時，要加強現(xiàn)場管理，對施工質(zhì)量進行嚴格的控制，保證混凝土按照規(guī)定進行振動，保證混凝土的密實性，并用刮板進行平整。再次，做好混凝土基礎(chǔ)和表面保護，加強抗硫酸鹽、抗凍融的能力。使混凝土基礎(chǔ)具有耐氯離子的特性，保證混凝土的壽命和安全性。最后，將混凝土地基周邊的強腐蝕性土壤進行置換，在地基四周填充不含腐蝕性的中性土，并將其密實度控制在0.96以上，這樣的密實度能有效地防止表面水分滲入，減少對地基的破壞。根據(jù)不同的外部環(huán)境，在進行混凝土生產(chǎn)前，一定要選擇合適的原材料，做好生產(chǎn)和澆筑過程中的質(zhì)量管理，保證混凝土澆筑后的各項工作都處于有效的控制狀態(tài)，保證其安全運行，并延長其使用壽命。