强腐蚀环境下能否采用管桩

1 强腐蚀环境下能否采用管桩 中国寰球工程公司 何进源 《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-2008（以下简称防腐规范）实施至今，各单位反馈意见最多的是：在SO42-、Cl-、pH值、侵蚀性CO2的强腐蚀性环境下能够采用管桩？如若采用，应设哪些防腐措施？本文对这些问题作了解释，供参考。 一、防腐规范对管桩适用性的规定 由于管桩存在预应力钢筋对腐蚀敏感和管壁较薄的问题，所以防腐规范规定，管桩可用于中、弱腐蚀环境；当用于强腐蚀环境时作了“不应采用”和“不宜采用”的规定，见表1。 强腐蚀环境下管桩的适用性 表1 强腐蚀介质名称 预应力混凝土管桩 SO42- 不应采用 Cl- 不宜采用 pH值 不应采用 侵蚀性CO2 可用于中、弱腐蚀

按规范用词说明，“不应”是表示严格，在正常情况下均应这样做的用词；“不宜”是表示允许稍有选择，在条件许可时首先这样做的用词。

二、近几年来“正常情况”的变化 防腐规范是在2008年发布和实施的。管桩在当时的正常情况是：○1管桩在我国沿海地区推广使用已十年，但许多工程仅侧重于高强度、工期短、造价低等优势，而对管桩在腐蚀环境下的耐久性问题较少研究，所以国家标准图管桩的保护层厚度仅为25、30、35mm，不能满足防腐蚀工程的要求。○2在提高桩身混凝土耐蚀性能方面，许多单位已开展在混凝土中掺抗硫酸盐类防腐剂、耐蚀剂、钢筋阻锈剂和各种矿物掺合料的试验；但这些试验有待总结、鉴定、评估并制定相应的标准。 近几年来，管桩的防腐蚀技术有了很大的发展：○1预应力混凝土管桩国家标准图已加大混凝土管桩的厚度，使钢筋的混凝土保护层厚度从原来的35mm提高 2

到不少于40mm，已基本上满足了防腐蚀的要求；一些单位（如：广东三和管桩公司、建华管桩公司、广东省电力设计院）还制定了耐腐蚀管桩的标准，混凝土保护层厚度有40mm的，有45mm的，也有50mm的，能满足强腐蚀环境的要求。○2已总结了一批外加剂的科技成果，如：编制了行业标准《钢筋阻锈剂的应用规范》及《技术规程》、《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》，编制了水泥、混凝土耐久性的试验方法，一些外加剂经过专家评估，获得国家技术专利；企业标准的外加剂更是百花齐放了。 因此，对于前几年认为的“正常情况”有了很大改变。按目前的技术水平，在某些强腐蚀情况下也可以采用管桩：○1在侵蚀性CO2强腐蚀环境下，完全可以采用管桩。○2在pH值强腐蚀环境下，由于目前的经验还不够，因此还是“不应”采用。○3在SO42-、Cl-强腐蚀环境下，只要采用合适的防腐措施，可以采用管桩。

三、在侵蚀性CO2强腐蚀环境下可以采用管桩 有好几个工程（如：云南西双版纳某工程、广东湛江某工程和三水电厂工程、广西某工程等）地下水的侵蚀性CO2含量＞60mg/l。 碳酸（及CO2）与水泥石中的氢氧化钙作用生成碳酸钙，侵蚀性CO2可将混凝土表面难溶的碳酸钙作用生成可溶性的碳酸氢钙，使混凝土深层内的氢氧化钙裸露，又会与碳酸（及CO2）作用生成碳酸钙薄层，这一薄层又会被侵蚀性CO2作用生成可溶性的碳酸氢钙，如此反复不断进行，直至使混凝土完全破坏。 按《岩土》规范，腐蚀性等级见表2。 水和土对混凝土结构的腐蚀性评价 表2

腐蚀等级 侵蚀性CO2（mg/l） 直接临水或强透水层的地下水 弱透水层的地下水

弱 15 ～ 30 30 ～ 60 中 30 ～ 60 60 ～ 100 强 ＞60 —

按1995版的防腐规范，只有在侵蚀性CO2的含量大于40mg/l时，地下水对混凝土结构才有“弱”腐蚀。也就是说，不存在强、中腐蚀。 上述两本规范对于侵蚀性CO2的腐蚀性等级虽然差别很大，但据《岩土》规范编制人员介绍，在工程实践中，侵蚀性C02的强腐蚀主要表现在水电站混凝土 3

坝基础廊道坝体的腐蚀，从未发现对混凝土基础腐蚀破坏的事例，因此，对侵蚀性CO2强腐蚀时也可以采用管桩，应对混凝土强度等级、最小水泥用量和最大水灰比的要求，但不必采用表面防腐涂层和耐蚀垫层的措施；另外据《防腐》规范编制人员介绍，对于侵蚀性CO2的防护，提出混凝土强度等级、抗渗等级、水泥用量、水灰比、钢筋的混凝土保护层厚度的规定也就可以了。因此，不管称之为“强腐蚀”或称之为“弱腐蚀”，《岩土》和《防腐》两本规范在防腐措施方面是大致相同的，是可以采用管桩的。

四、在pH值强腐蚀环境下不应采用管桩 广东某工程来函问：地下水的pH值为3.8，能否采用管桩？ 按防腐规范，pH值3.8属于强腐蚀，可采用有防护措施的预制钢筋混凝土桩，不应采用管桩。管桩再高的抗渗性能也无法抵御酸性介质的侵蚀。酸性介质的腐蚀性除了与pH值有关外，还与是否含有其他离子有关，据资料介绍，某地区pH值2～3含较多铁离子的硫酸酸性水的腐蚀速度不大。

五、在SO42-强腐蚀环境下可采用有合理措施的管桩 1.SO42-对混凝土的腐蚀机理 硫酸盐对混凝土的腐蚀主要是石膏结晶腐蚀和钙矾石结晶腐蚀： ○1SO42-与水泥中的Ca2+化学反应，生成硫酸钙；二水石膏（CaSO4·2H2O）结晶,体积膨胀1倍多. ○2硫酸钙与水泥石中铝酸三钙化学反应,生成硫铝酸钙(钙矾石),结晶膨胀力达20MPa。 依据上述腐蚀机理，抗硫酸盐硅酸盐水泥规定：高抗的C3S＜50%，C3A＜3%；中抗的C3S＜55%，C3A＜5%。 除了上述两种腐蚀机理外，还有碳硫硅钙石型腐蚀，混凝土破坏的形式不是胀裂，而是酥化，这与混凝土所用的碳酸盐骨料和粉料以及水泥中的碳酸盐含量有关。 4

2.腐蚀性等级 《岩土》规范的规定见表3。 水对混凝土结构的腐蚀性评价 表3

腐蚀等级 腐蚀介质 环境类型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 微 硫酸盐含量SO42- （mg/L） ＜200 ＜300 ＜500 弱 200～500 300～1500 500～3000 中 500～1500 1500～3000 3000～6000 强 ＞1500 ＞3000 ＞6000

与《岩土》规范所列的SO42-含量相比，国内有些行业标准的指标定的更宽一些。例如：《铁路》规定，弱透水性环境土中的强腐蚀指标是SO42-含量为＞24000mg/kg，而《岩土》规范按Ⅱ类环境仅为＞4500mg/kg，指标相差5倍。 3.氯离子存在对SO42-腐蚀性的影响 国内外一些标准、规范有不同的认识： ○1氯离子的存在会速进SO42-对混凝土的腐蚀性。例如：《盐渍土》规范在计算硫酸盐总量时的公式为： SO42-总量= SO42-+0.075×Cl- ○2氯离子的存在会降低SO42-对混凝土的腐蚀性。例如：前苏联ГOCT的规定，水中Cl-含量（mg/L）为＜3000,3000～5000，＞5000时，SO42-含量（mg/L）分别为250、500、1000时才有腐蚀。又例如：《耐久性》规范规定：“对含有较高浓度氯盐的地下水、土，可不单独考虑硫酸盐的作用”。 ○3不考虑影响，如《岩土》规范。 从腐蚀机理分析和研究成果表明，在Cl-和SO42-共存的水环境中，混凝土受硫酸盐腐蚀的情况会比只有SO42-存在的水环境轻微一些，但轻微多少？目前还不能得出准确的数据。所以在计算SO42-含量时，不考虑Cl-的影响较为安全。 4.“干湿交替”的涵义 表3所述的水中SO42-含量是指有干湿交替作用的情况，当Ⅰ、Ⅱ类环境无干湿交替作用时，表中的数值应乘以1.3的系数。按《岩土》规范条文说明的解释是“干湿交替是指地下水位变化和毛细水升降时，建筑材料的干湿变化情况”。本人认为:必须强调“干湿变化”这4个字。因为有些情况是“干”与“湿”的变化，有些情况是“潮”与“湿”的变化，这与土壤性质、地下水位变化频率等有关。近海地区的粗砂土壤会有“干”与“湿”的变化；但粉土、粘性土则可能 5

是“地下水位的变化仅引起建筑材料的潮与湿的变化，而不会引起干与湿的变化”。有些地区一年内地下水位的变化只有1～2次，该变化区也不可能是干湿变化。 干湿交替表现在：○1水面的变化区；○2埋入土壤的虹吸区；○3一个面与水接触另一个面暴露于大气中，如：隧道、挡土墙。 5.水泥类材料抗硫酸盐侵蚀的试验方法 目前这种材料的试验方法比较多，如：《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》GB749-65（已废止）、《水泥抗硫酸盐侵蚀快速试验方法》GB2420-81、《岩土》规范内定的方法、《防腐》规范内定的方法、《硅酸盐水泥在硫酸盐环境中的潜在膨胀性能试验方法》GB/T749-2001、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082中的抗硫酸侵蚀试验、《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》JC/T1011-2006的附录A抗压强度、抗蚀系数和膨胀系数试验方法……但至今尚无统一的方法。 ○1介质：一般都采用5%Na2SO4溶液。 ○2水泥材料的品种：有选用水泥砂浆，有选用细石混凝土，也有采用普通混凝土的。 ○3试件尺寸有大有小，计有：10mm×10mm×30mm，10mm×10mm×60mm，40mm×40mm×160mm，25mm×25mm×280mm，100mm×100mm×100mm。 ○4腐蚀作用有：常温浸泡的，半浸的，高温干湿交替的，也有自膨胀的。 ○5腐蚀时间有：14天、28天、6个月和若干周期的，更有十多年的。 ○6评定方法也没有统一，例如：强度为合格的保留率有85%、80%、75%的。 本人推荐混凝土试件采用5%Na2SO4常温半浸一年K12＞80%的方法。理由是：○1混凝土试件比胶砂试件更真实一些；○2常温半浸试件表面有结晶产物，而85℃的干湿交替与实际情况不符，也不会产生结晶物；○3结晶膨胀作用刚开始时，混凝土更密实，强度不会下降，所以需要一年的时间。另外，强度保持率不能低于80%，对耐久性设计要求使用年限较长的试件，强度保持率最好不低于90%。 6.SO42-强腐蚀环境下管桩的防护措施 沿海地区的海水，SO42-的含量会逐渐增高，原先是SO42-约2000mg/l左右，由于工业的发展，河水中含SO42-增加，致使地下水中的SO42-含量高达4000～