盐渍土地区变电工程基础防腐措施研究

2020-03-02常伟李学鹏王茂忠吴畏

价值工程 2020年33期

常伟；李学鹏；王茂忠；吴畏

（①中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，西安710015；②国家电网有限公司直流建设分公司，北京100032）

0 引言

盐渍土是盐土和碱土以及各种盐化、碱化土壤的总称[1]。我国内陆盐渍土广泛分布在西北干旱地区的新疆、青海、甘肃等地区[2]。在盐渍土地区变电站工程设计中，各类建构筑物基础一般均采用混凝土结构，基础混凝土中受到地下具有腐蚀性的水、土的侵蚀以后，会导致基础混凝土的表面脱落、强度降低、钢筋锈蚀发生等现象[3]，从而降低基础混凝土的耐久性，进而影响上部结构的稳定与正常使用。因此，防腐蚀设计已成为盐渍土地区变电工程建构筑物基础设计不可缺少的内容。研究变电工程建构筑物基础在盐渍土地基的腐蚀等级及破坏机理，找出适用于盐渍土地区有效可行的地基基础防腐措施，这对于提高电网工程安全性，降低工程总体造价，具有十分重要的意义。

钢筋混凝土基础工程的腐蚀一般可分为两种：一是对混凝土的腐蚀，二是对钢筋的腐蚀[4]。基础防腐的工程造价直接影响着工程总体投资。本文根据盐渍土的腐蚀性等级、腐蚀性机理，对盐渍土地区变电工程建构筑物基础防腐蚀设计方案和防腐蚀措施进行了浅要分析，以供同行借鉴。

1 盐渍土的腐蚀特性

盐渍土按含盐性质可分为以下几类：氯盐渍土、亚氯盐渍土（后面统称为“氯盐”）、硫酸盐渍土、亚硫酸盐渍土及碱性盐渍土（后面统称为“硫酸盐”）。

盐渍土具有遇水则产生溶陷、温差变化引起盐胀以及对混凝土及钢筋的腐蚀性等特性。盐渍土中所含的硫酸盐对混凝土的侵蚀以及氯离子对钢筋的锈蚀是影响混凝土耐久性和可靠性的两大重要因素。硫酸盐侵蚀主要通过硫酸根离子进入混凝土结构中与混凝土中的不同组分发生一系列物理及化学反应，造成基础混凝土表面开裂，强度损失等破坏。而氯离子通过混凝土中的孔隙侵蚀到达钢筋表面，破坏钢筋表面的钝化膜，从而造成钢筋锈蚀破坏问题。

以硫酸盐为主的盐渍土地区，易发生盐胀，影响硫酸盐盐渍土盐胀的主要因素有含水量以及含盐量等，而促使盐渍土产生膨胀的决定性因素是温差变化。以氯盐为主的盐渍土地区，如在干湿交替的环境下，氯盐产生结晶；当温度变化时，结晶后的氯盐会发生膨胀，对混凝土造成损伤。

因此，盐渍土地区选择变电站站址时，注意选择溶陷性、盐胀性以及腐蚀性危害较小的场地，地基处理：上封闭（隔水）下隔离（抗膨胀）避免盐胀。对无盐胀和非溶陷盐渍土地基，除考虑腐蚀性外，可按一般地基处理。

2 现行标准对腐蚀地基基础防腐措施

现行国家标准[5]第5.4.6 条提出：氯盐为主的环境下不宜采用单独采用硅酸盐或普通硅酸盐水泥作为胶凝材料配置混凝土，应加入20～50%的矿物掺合料，并宜加入少量硅粉。就氯盐（亚氯盐）腐蚀而言，可采用内掺型或外涂型钢筋阻锈剂[6]，钢筋阻锈剂的选用与环境作用等级有关。当内掺型钢筋阻锈剂与其他外加剂复合使用时，其相容性及对混凝土性能的影响应由试验确定，并不得降低钢筋阻锈剂的阻锈性能。

现行国家标准[7]第5.4.7 条提出：硫酸盐为主的环境下宜选用铝酸三钙含量小于5%的普通硅酸盐水泥或抗硫酸盐水泥，配置混凝土时宜掺加矿物掺合料。就硫酸盐（亚硫酸盐）腐蚀而言，根据腐蚀等级可采用抗硫酸盐水泥内部防腐蚀措施，视必要进一步采取其他的外部防腐蚀措施，但抗硫酸盐水泥中氧化钙（CaO）和铝酸三钙（CaCl3）的含量都低，碱性系数小，使得采用抗硫酸盐浇注的混凝土空隙多、密实性差。

不论那种性质的腐蚀，应按照腐蚀等级，根据现行国家相关标准选用相应级别的混凝土强度等级，提高混凝土的密实度，满足结构混凝土材料的耐久性基本要求。

但规范中并未明确地基土中同时含硫酸盐（亚硫酸盐）和氯盐（亚氯盐）腐蚀情况下的防腐措施。

3 硫酸根离子与氯离子腐蚀并存时基础防腐措施

3.1 防腐措施探讨

工程设计中，常常遇到地基土中同时含硫酸盐（亚硫酸盐）和氯盐（亚氯盐）腐蚀的情况，且二者的含量基本相当，尤其在盐渍土地区较为普遍。在硫酸根离子与氯离子腐蚀并存的情况下，如何对基础及其他地下设施采取防腐蚀措施，值得探讨。

在硫酸根离子与氯离子腐蚀并存的条件下，传统措施采用相应的中抗或高抗硫酸盐水泥加钢筋阻锈剂制备防腐蚀混凝土，防止混凝土的腐蚀和混凝土中钢筋的锈蚀。有试验表明，在硫酸根离子与氯离子腐蚀并存的条件下，由于中抗或高抗硫酸盐水泥混凝土物理性能不够理想，在硫酸盐作用条件下，以亚硝酸盐等盐类的内掺型钢筋阻锈剂起不到应有的作用，相反降低了混凝土抗硫酸盐腐蚀的质量，带来危害。

另外，以亚硝酸盐等盐类和少量表面活性剂组成的钢筋阻锈剂，其物质的性质活泼，易受水压以及水溶解扩散（迁移）作用，从混凝土中浸析出来，还可加速胶凝材料中钙的溶解而被带走，所以，是不稳定的物质，造成混凝土质量的退化、破坏，对钢筋的保护不利。

现行国家标准[7]第7.2.1 条提出：当介质除含有硫酸根离子外，还含有其他腐蚀性离子的环境下，抗硫酸盐水泥耐腐蚀性能尚应经过试验确定。

因此，在硫酸根离子与氯离子腐蚀并存的条件下，需慎重采用抗硫酸盐水泥外加钢筋阻锈剂制备防腐蚀混凝土，而应通过适合的混凝土外加剂加以解决，但任何情况下，外加剂不能对混凝土和钢筋的性能产生不利影响。可采用复掺20%粉煤灰与30%矿物掺合料、低水胶比配置的混凝土可以满足耐久性设计要求。

3.2 硅粉的应用

①现行国家标准[5]第5.4.6 条提出：氯盐为主的环境下配置混凝土时应加入20～30%的矿物掺合料，并宜加入少量硅粉。水泥用量不应少于240kg/m3。

②现行国家标准[8]第B.1.2 条提出：氯化物环境和化学腐蚀环境中的混凝土结构构件，应采用矿物掺合料混凝土。采用粉煤灰与硅粉复掺技术，可以增大新拌混凝土的流动性，降低水化热，提高混凝土强度，同时增加混凝土密实性，从而减少了有害离子传递速度，有效提高防腐蚀性能。另外，硅粉能够提高混凝土的电阻率以及降低氯离子的渗透速率，对钢筋产生有利的防护。

鉴于以上原因，盐渍土地区，硫酸根离子与氯离子腐蚀并存时的混凝土构件推荐采用粉煤灰与硅粉复掺技术。