酸性土壤环境下桩基防护措施分析

（河北建设勘察研究院有限公司，河北 石家庄 050000）

1 提高桩基础结构材料自身防腐性能

改善桩基础自身防腐性能的根本策略是采取措施提高桩基自身混凝土的密实度和抗渗透能力，降低酸性离子进入桩基混凝土内部与钢筋发生化学反应的概率。提高桩基混凝土自身防腐性能是解决酸性土壤中桩基腐蚀问题的常用方法，该方法因成本低、工艺简单等特点得到较广泛的应用。

1.1 提高桩基混凝土的密实度

1.1.1 混凝土中加入无机矿物掺合料

桩基混凝土中加入无机矿物材料后，利用无机矿物细填料的活性效应和晶核效应充实桩基混凝土的密实度，继而有效降低酸性土壤中酸性离子对桩基的腐蚀性，提高混凝土的抗腐蚀能力。通常选用的无机矿物填料为硅灰类，该类型无机填料通过改善凝胶和混凝土粗骨料之间的连接结构形状，增加混凝土的密实度和强度。

在桩基混凝土中加入膨胀剂可以对混凝土的收缩性能进行有效补偿，在补偿收缩的同时有效提高混凝土的密实度，继而增加桩基混凝土在酸性土壤中的抗腐蚀能力。其作用机理是混凝土中加入的高性能膨胀剂可以促进水泥水化物晶体增长，通过水化物晶体的增长来填充胶凝材料间的缝隙，在胶凝材料缝隙处形成错综复杂的网状结构，提高混凝土的密实度和抗压强度。

将混凝土中的主材水泥用硫酸盐水泥替代后，桩基混凝土的抗渗透性能力可提高几个等级。可与硫酸盐水泥媲美的还有碱矿混凝土，也具有较好的抗渗透性能。采用硫酸盐水泥的混凝土和加入碱性矿物的混凝土都可以有效阻止酸性介质浸入桩基混凝土本身，提高混凝土的抗腐蚀性的同时也增加了混凝土抗冻能力，继而对桩基内部的钢筋骨架起到了有效的保护，提高桩基自身的稳定性。

1.1.2 混凝土中加入有机矿物掺合料

混凝土成分组成中有一种有机材料——减水剂，可以通过减水剂的合理使用来降低混凝土中水的含量，继而降低混凝土中游离水的含量，有效提高混凝土的密实度，再加上减水剂价格便宜，其已成为混凝土外加剂中必不可少的组成成分。

类似丙烯酸酯胶乳、丁苯胶等聚合物是混凝土中较有效的掺加剂，将该类型聚合物加入混凝土或砂浆中可以生成聚合物改性混凝土和聚合物改性砂浆。改性混凝土中加入的乳胶可以有效阻断土壤中酸性离子对桩基本身的腐蚀，还可以有效阻断酸性离子对钢筋的腐蚀。从相关实验可知，改性乳胶混凝土可有效降低酸性土壤中酸性离子的渗透能力。混凝土中引入高分子聚合物后，其原有结构和性质被改变，混凝土刚性空间骨架中积聚了大量有机聚合物，刚性无机物之间被有弹性的和有粘附性的坚固的有机聚合物质点、网或膜铰结，这使得混凝土结构密度被大幅提高。此外，高分子聚合物较好的铰结性能使混凝土的脆性逐渐降低。混凝土中高分子聚合物的添加量比重很小，但当混凝土处于酸性土壤环境中时，其抗腐蚀能力会大幅提升。与高分子聚合物作用机理相同的还有一种有机硅防水剂，该防水剂主要通过其活性自由基与混凝土原材发生化学反应形成错综复杂的网状交联结构。与此同时，由于有机硅颗粒的体积较小，其掺入混凝土后填充了混凝土结构体系中的空隙，使得混凝土从内到外形成了较好的、完整的保护层，增加了混凝土的防水效果，对酸性土壤中的酸性离子起到了很好的阻断作用。

1.2 改进钢筋耐腐蚀性能

钢筋骨架是桩基结构稳定性的重要核心组成部分，钢筋骨架的稳定是桩基结构稳定的前提。所以，对钢筋骨架进行防腐研究十分必要，一方面可以提高钢防腐蚀能力，另一方面也是对桩基防腐蚀措施的一个双保险。现阶段对桩基钢筋骨架的防腐蚀措施主要有以下几种：1）用缓浊剂进行处理。钢筋防腐蚀的缓浊剂主要分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。亚硝酸钠、磷酸钠、重铬酸钾以及磷酸钾等都属于无机型缓蚀剂，相对于无机型缓蚀剂，有机型缓蚀剂的发展起步较晚，这是因为大部分有机型缓蚀剂是有毒性的，对其毒性的处理耗费成本较大，所以应用不多。大部分钢筋骨架的防护体系是一个复杂的混合体系，多采用复合型缓蚀剂来进行钢筋骨架的缓浊处理。2）钢筋预处理工艺。钢筋预处理是在钢筋骨架焊接之前对钢筋原材采用热浸锌技术或者电化学去氯离子技术处理，处理后的普通钢筋其抗腐蚀能力大幅提高，对酸性离子等有害离子的阻断能力呈几何曲线式增长。此方法最大的缺点是消耗了大量的阳极材料，增加了较大成本。3）钢筋表面涂刷环氧材料。利用环氧树脂的高密度结构性质对钢筋进行保护的做法也较常见。在钢筋表面涂刷一层环氧材料来将钢筋表面与周围的有害游离物质进行隔离。具体做法是桩基钢筋骨架绑扎完成后，对整个骨架进行除锈处理，用具有很高粘结强度和抗蚀能力的环氧胶结材料在全部钢筋表面均匀涂刷一层环氧浆液，浆液固化前浇筑混凝土，可以有效防止有害离子侵蚀钢筋。

2 阻断土壤中酸性离子的腐蚀路径

2.1 混凝土结构表面覆盖

通过对混凝土结构表面进行喷涂处理来降低有害离子对混凝土侵蚀的技术含量较低，应用起来较方便，但是该方法只适合预制混凝土构件，对桩基现浇混凝土结构无法起到保护作用。而且在太阳光常年照射下，保护层附涂材料容易失去原有活性或者活性减半。混凝土结构表面喷涂聚合物乳液改性砂浆覆盖层聚合物起到的阻断钢筋腐蚀的作用机理包括两点，一是阻断土壤中有害离子对桩基本身腐蚀的路径，二是对桩基已产生的微裂隙进行填充和补偿。由于聚合物膜弹性模量较低，还可以提高水泥混凝土的抗拉强度和断裂韧性。再者聚合物乳液的掺入还可以大幅减少用水量，改善硬化砂浆微观结构。混凝土的毛细吸水能力主要是因为混凝土结构中存在毛细孔隙，若要提高混凝土结构的抗腐蚀性，必须对混凝土的毛细孔隙进行有效填充，这样酸性土壤中的有害游动离子就无法以膜的形式进入桩基，从而提高了混凝土结构的稳定性，而有机硅化合物正好满足要求，可有效填充混凝土毛细孔隙，阻止有害离子以膜的形式从土壤释放到混凝土结构中，对钢筋起到了保护作用。

2.2 提高混凝土保护层厚度

桩基主要是在钢筋骨架基础上灌入混凝土形成的，所以桩基的抗剪切能力、抗弯拉能力以及抗有害离子的侵蚀能力与保护层的厚度有着密切关系，保护层的厚度对桩基的结构稳定性起到至关重要的作用。如果混凝土保护层厚度较薄，钢筋的力学性能就会受影响，所以保护层的厚度要尽量厚一些，但不意味着桩基外侧的混凝土保护层越厚越好，保护层过厚会使得钢筋的承载能力降低，对结构的安全性能反而不利。所以，桩基外层混凝土保护层厚度要遵循设计规定。如果桩基设计文件中没有明确规定钢筋混凝土保护层厚度，那么在酸性土壤中施工的桩基础可以通过对土壤酸碱度进行测试，根据测试结果采用扩大头进行扩口径施工。采用扩大头成孔后的桩孔施放钢模板，让孔壁和钢模板之间形成闭环空间，向其中浇筑混凝土，当混凝土达到一定强度后拆除钢模板，再按照混凝土灌注桩正常施工工艺进行灌注施工。向孔内施设钢模板的方法相当于在酸性土壤深度范围内增加了桩基的保护层厚度。但是当酸性土壤中设计的桩基长度较长时，该方法并不适用。

3 降低土壤的酸度

可以通过改良桩基础所在区域的地质情况来改变酸性土壤的酸度，常用的材料是石灰。石灰可以降低土壤中的酸度，其作用持久，降酸效果快。此外，随着酸性土壤中石灰用料的不断增加，酸性土壤改良的效果也愈发显著，且持续效果会不断向深层土壤传递。如果遇到土壤酸性程度较稳定的情况，可以考虑换填的方法从根本上解决施工区域内酸性土壤的问题。对于酸性污染源一直存在的土壤环境，土壤换填以及土壤修复的方法不适用。

4 结语

通过以上几种桩基防腐蚀措施可以看出，不同的桩基防腐蚀措施各有特点，有各自专属的应用领域。桩基混凝土结构表面涂覆防腐材料的方法，对混凝土有害离子的侵蚀产生了一定程度的阻断作用，但是该方法适用于预制混凝土构件或人工挖孔桩，不适用于水下混凝土灌注桩。在混凝土中加入矿物材料可以有效增加混凝土抗渗能力，且无论是混凝土预制件还是水下现浇筑混凝土桩基都较适用，但是其必须在专业混凝土配合比人员操作下才能完成，要求的技术含量较高，实操性较差。增加保护层厚度的方法只是延长了桩基结构抗渗路径，不能彻底解决混凝土本身多孔性的原始材料缺陷。所以，要根据具体条件来选用防腐蚀的方法。