浅析伊拉克M油田盐碱干湿循环环境混凝土腐蚀控制

李伟 陶珂瑾 张照珍 宋宇轩

摘 要：伊拉克M油田的设备设施基础的混凝土耐久性问题是混凝土设计、施工及成品防护领域的一项重要事项。在特定的盐浸、盐蚀-干湿环境中，使用时间不久的混凝土基础会出现自然裂缝、膨胀、疏松等；预防上述混凝土基础等结构腐蚀问题，应从混凝土配合比设计、原材料选择、及现场施工控制及外表面防腐等方面着重考虑。

关键词：混凝土腐蚀；盐碱干湿环境；盐侵蚀；措施控制

1 引言

本文结合了伊拉克北部M油田的盐渍土分布区内的混凝土为研究对象，结合该地区的气候条件与土壤环境等因素，开展了混凝土耐久性的研究工作，主要揭示了盐碱土对混凝土工程耐久与安全的潜在威胁，并进一步完善混凝土耐久性的方法措施。尤其西区（OGM10/OGM7/OGM8）在干燥的地面随处可见白色的盐碱结晶体。该地区土壤盐渍化最严重的地区之一，土壤及地表水中的易溶盐分量相似。针对该地区的自然环境特点，不断实践在实际工程的盐浸、盐蚀-干湿研究（1），并根据若干年使用，在干湿循环的条件下，靠近自然地坪的位置混凝土表面（埋地基础柱头位置、T型墙底座等）出现了不同程度的沥青防腐涂层剥落、混凝土表面骨料脱离甚至钢筋裸露等混凝土腐蚀的问题。

2 伊拉克M油田的混凝土失效的原因分析

正常基础设计和实际建设施工中，已经考虑到盐侵等腐蚀等防护措施，将基础埋地部分涂刷良好的热沥青涂层可以有效隔绝环境有害介质的侵蚀，但在靠近自然地坪的位置，由于沥青防腐涂层与混凝土基础表面的粘结力随着使用年限的增长和老化，在该环境温度变化的过程中沥青涂层受热胀冷缩应力影响及自然老化失去附着力而脱落，失去对混凝土的保护作用。

该地区的土壤盐分含量较高、组分复杂，阳离子有钠离子、钾离子镁离子和钙离子，阴离子有碳酸根离子、氯离子、硫酸根离子等种类齐全。侵蚀介质的主要有硫酸盐进入到混凝土内部并发生反应，反应生成体积膨胀的钙矾石、石膏等，生成的产物在混凝土空隙中积累，当达到一定积累量时，会导致混凝土局部内应力增大而产生膨胀破坏，裂缝和脱落；硫酸盐扩散到混泥土内部发生的化学反应，侵蚀反应主要有（2）：

Ca（OH）2+[SO2-4]+2H2O[→]CaSO4·2H2O+2[OH-]

3Ca·Al2O3·6H2O+3（CaSO4·2H2O）+20H2O[→]

Ca6Al2（SO4）3·（OH）12·26H2O

Ca（OH）2+MgSO4[→]CaSO4+Mg（OH）2

Ca3Si2O7·2H2O+2CaSO4·2H2O+2CaCO3+24H2O[→]

Ca6[2-Si（OH）6]2（CO3）2（SO4）2·24H2O+Ca（OH）2

经过实地考察和工程建设研究发现在以下列两种情况下，会对混凝土有破坏作用：

（1）混凝土渗透性大，并处于干湿循环环境。潮湿时，强碱或盐溶液渗透进入混凝土孔隙；干燥时，强碱或盐失水在混凝土孔隙中结晶，产生膨胀，最导致混凝土表面破坏剥落，由表面渗透到混凝土内部。

（2）混凝土含有高碱活性骨料，并处于潮湿环境。混凝土的碱—骨料反应一般是原材料带入的钾、钠离子与活性骨料发生的膨胀性反应。而潮湿环境中钾、钠离子，也能够渗透进入混凝土与活性骨料反应，发生破坏性膨胀，反应原理如上文所述。

3 探索优化方法和实施

根据伊拉克M油田的地质实际情况出发，应对该地区混凝土的腐蚀的核心措施为加强混凝土质量控制及隔绝外部的侵蚀破坏。

（1）提高混凝土质量措施：选择低水化热、有害碱（K+、Na+）含量低、铝酸三钙含量低的优质水泥，优化混凝土配比适当增加水泥用量，选用水灰比小的配比方式；改善粗细骨料的颗粒级配，在允许的最大粒径的范围内尽量选用较大粒径的粗骨料，控制骨料中碱活性骨料的含量（活性氧化硅等）；必要时使用外加剂和掺和剂如减水剂、抗渗剂等，避免使用早强水泥和早强剂；充分振捣提高混凝土的密实度，减少混凝土中气孔及毛细孔的存在，适当增大混凝土的保护层厚度等措施均可提高混凝土自身隔绝外部腐蚀的能力。

（2）隔絕外部影响的措施：在混凝土表面设置防腐涂层是常见的控制措施，外涂层具有隔离腐蚀环境的功能，对于保护混凝土的碱度和防止有害离子入侵都是有效的。在特殊的环境条件下，还需要使用钢筋阻锈剂、特种钢筋、阴极保护等措施防止混凝土内部钢筋腐蚀的发生。

在混凝土构件处于干湿循环部位使用环氧煤沥青涂料替代热沥青涂层，环氧煤沥青防腐涂料是厚浆型以环氧树脂、煤焦沥青、颜料、助剂和溶剂等组成的涂料，环氧煤沥青涂料综合了环氧树脂具有粘结力强、机械强度高，耐水泥的碱性好和煤沥青具有吸水率低、耐水、耐盐碱、耐微生物侵蚀等优点，可以牢牢地粘结在混凝土表面，长期抵御内部混凝土层的碱性和外部腐蚀介质的侵蚀，形成优良的防水、防渗、防腐层，非常适合干湿交替环境中混凝土的防腐蚀。

对于设备基础，管廊基础等大型基础，全部埋地部分涂刷2道环氧煤沥青漆，对于电仪基础墩，小型管墩或者T型墙等基础底面直接与自然地面接触的混凝土预制构件，可在基础底面及底部附近涂刷环氧煤沥青漆；改进施工工艺，将埋地混凝土基础柱头靠近自然地面部分（±300mm）沥青涂层变更为环氧煤沥青漆。另外在埋地基础的底部铺设一层防渗膜，用以阻隔地下水向混凝土基础内部渗透的通道，也是常见的控制措施。

4 结束语

实际解决了伊拉克M油田基础设施的混凝土基础耐久性、抗腐蚀性和延长使用寿命问题，有效的降低了在干湿循环的硫酸盐环境下混凝土的腐蚀速度，节省了伊拉克M油田对混凝土基础维护维修的经济开支。

参考文献：

[1] 宿晓萍.吉林省西部地区盐渍环境下混凝土耐久性研究[D].吉林大学，2013.

[2] 刘鹏.干湿循环和硫酸盐侵蚀下混凝土水分传输规律研究[D].南京理工大学，2013.