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摘要：滨海地区强腐蚀环境条件下，PHC管桩使用受限。本文通过对管桩的腐蚀机理、影响腐蚀的因素等角度进行分析，并通过与《工业建筑防腐蚀设计规范》编制组专家、管桩生产企业技术人员共同研讨，给出了具体的防腐措施，为PHC管桩在滨海工程的应用提供参考。
关键词：PHC管桩；滨海；防腐；腐蚀机理；CM阻锈剂；
前言
我国滨海地区多为冲积浅滩地貌，淤泥层较厚且具有腐蚀性，此类场地的工程多采用桩基础来传递建筑物的竖向荷载。根据《工业建筑防腐蚀设计规范》的要求，当硫酸根离子、氯离子为强腐蚀等级时，不应采用预应力混凝土管桩（PHC管桩）及混凝土灌注桩，如必须选用时需应经试验论证，并采取可靠措施，确能满足防腐蚀要求时方可使用。
PHC管桩单桩具有承载力强、制作周期短、施工方便、综合造价相对较低等优点，随着产品防腐性能的提升及生产工艺的改进，管桩在滨海项目基础工程中得到越来越广泛的应用。现结合青岛地区某滨海项目中PHC管桩的应用，来介绍一下具体的防腐措施及要求。
1、项目地质概况
该项目位于胶州湾北侧，原地貌为滨海浅滩，距入海口距离约1.5公里。场主要由人工填土、全新统海相沼泽化层、洪冲积层组成，层厚达8~12m，故桩基是解决上部结构荷载向下传递的唯一途径。根据现场勘探结果及水（土）质分析成果，场区地下水中硫酸根离子含量为7315mg/L，对混凝土结构具有强腐蚀性；场区地下水中氯离子含量为47353mg/L，对钢筋具有强腐蚀性。
2、腐蚀机理：
通过研究管桩的腐蚀机理，发现腐蚀主要分硫酸盐及氯盐对混凝土的腐蚀以及钢筋的锈蚀两种。
2．1混凝土腐蚀
（1）硫酸盐腐蚀破坏的实质是硫酸根离子进入到水泥石内部，与胶凝材料发生化学反应，生成具有膨胀性的钙矾石，从而导致混凝土开裂、剥落等破坏。
钙矾石形成的方程式如下：
3CaSO4•2H2O+4CaO•Al2O3•12H2O +14H2O→3CaO• Al2O3•3CaSO4•32H2O+ Ca（OH）2
（2）氯盐腐蚀主要是由于水中游离氯离子通过扩散、渗透等方式侵入混凝土中，与Ca（OH）2、3CaO•2Al2O3•3 H2O发生反应，生成易溶的CaCl2和带有大量结晶水且比反应物体积大几倍的固相化合物，其反应方程式如下：
CaCl2+3CaO•2Al2O3•6 H2O+ 25H2O→3CaO•2Al2O3•3Ca Cl2•31 H2O
2．2钢筋锈蚀
钢筋的锈蚀反应过程为：
2Fe+2 H2O+ O2→2Fe++4OH-→2Fe（OH）2
铁遇水及氧气变成氢氧化铁，体积根据锈蚀物的不同，可膨胀2~6倍，产生较大的膨胀应力，使混凝土沿钢筋产生筋裂缝。
3、影响PHC管桩腐蚀的因素：
针对PHC管桩的腐蚀机理进行分析，影响其腐蚀因素可分为外在因素和内在因素，内在因素主要包括：抗侵蚀材料含量，矿物掺合料、外加剂和混凝土的密实程度等；外在因素则包括：侵蚀介质中硫酸根离子、氯离子含量，管桩的施工方法等。
3.1内在因素
水泥是桩身混凝土的重要组成部分，其性质对混凝土结构耐久性有着重要影响。研究表明：当SO42-质量浓度低于2500mg/L时，可选择中抗硫酸盐水泥或掺粉煤灰的普通水泥；当SO42-质量浓度低于8000mg/L时，可选用高抗硫酸盐水泥或掺粉煤灰的中抗硫酸盐水泥。
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由于普通硅酸盐水泥中孰料含量较多，因而水化产生的Ca（OH）2和水化铝酸钙含量较高，一旦水泥石遭受SO42-侵蚀，破坏较严重。试验研究表明，使用矿物掺合料能改善混凝土的微观结构，增加混凝土的密实性。尤其在硫酸盐环境下，合理使用矿物掺合料能显著提高混凝土的耐久性，是影响混凝土耐久性的重要因素。
混凝土抗压强度越高，混凝土的抗渗性能及抗碳化性能就越好，耐腐蚀性也越好。试验表明，水泥用量439kg/m3 的C30混凝土，其碳化深度只有0～0.5mm，而水泥用量 297kg/m3 的C20，碳化深度有2.0～3.0mm，可见采用高强混凝土对防止钢筋过早的电化学腐蚀十分有利。
3.2外在因素
混凝土保护层是保证钢筋与混凝土共同工作，从而能有效地延缓保护层内主筋的锈蚀进程。当碳化深度超过混凝土的保护层时，就会失去对钢筋的保护作用。
滨海项目一般淤泥层较厚，对于持力层较深的项目均会存在接桩的情况，因接头端板钢板外露，在强腐蚀条件下接头的防腐都一直是管桩防腐的重点和难点。另外，施工时采用重锤冲击对桩身造成的微裂缝也会引起腐蚀，腐蚀性地下水通过毛细空隙深入桩身内部，加速混凝土及钢筋的腐蚀，所以施工过程对桩身腐蚀性的影响也应引起重视。
4、防腐措施：
通过对PHC管桩腐蚀机理和影响腐蚀因素的分析，管桩的腐蚀是与桩身材料、添加剂、保护层厚度及混凝土密实度等多种因素紧密相关。同时管桩防腐还受施工工艺、桩间接头方式等外部因素的影响。本项目在桩基选型阶段组织规范编制组专家、设计、工程及管桩厂家技术人员等参与管桩防腐的研讨，有针对性的提出防腐措施，具体如下：
4.1桩身防腐要求
（1）选用掺粉煤灰及添加抗硫酸根离子及氯离子等外加剂的普通水泥，混凝土28天的抗氯离子渗透系数DRCM≤4 x 10-12 m2/s，KS150次的耐蚀系数≥0.9，外加剂应采用GN-3型抗蚀剂或CM型品质较好的外加剂。通过提高抗氯离子的渗透性能，添加抗腐蚀外加剂等方式，减少水灰比及硬化后混凝土内游离钙离子的含量，从而保证桩身混凝土本身的耐久性；
（2）桩身混凝土强度等级不应低于C60，抗渗等级不应低于S1O，钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40mm。通过提高桩身混凝土的密实度及抗渗性能、增加桩身混凝土保护层厚度，有效的提高其抗碳化能力及延缓氯离子的侵入；
（3）管桩采用免蒸压工艺的AB级以上桩型。采用闭口封闭桩尖，桩身全长采用C40微膨胀混凝土灌芯；
（4）桩长15m以内宜采用单节桩，如需接桩，接头应避开干湿交替部位；
（5）当采用焊接接头时，在接头部位的端板涂刷防腐涂层，管桩外露铁件应增加腐蚀裕量2mm；
（6）桩顶标高应控制在室外地坪2m或以下，无地下室部分的桩身顶部1m范围内增设混凝土护筒，筒壁厚度不小于150mm；
（7）桩承台垫层采用150mm 厚C20混凝土并掺加CM型防腐阻锈剂。
5、结束语
PHC管桩在其多年的工程实践中已得到广泛的应用，对管桩防腐的研究也在随着新技术的不断进步而在不停地发展。从近年的研究成果可知，管桩的腐蚀是多种因素共同作用的结果，桩基的耐久性及可靠性关乎整个项目在今后长期使用过程中的安全性和稳定性，在滨海项目中应用时应引起足够的重视。各工程的应根据具体的实际情况，通过征询规范编制组的专家意见，选用合适的防腐处理措施，有针对性的解决桩基的腐蚀问题。
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论文作者:胡鹏
论文发表刊物:《基层建设》2015年30期
论文发表时间:2016/8/11
标签：混凝土论文; 管桩论文; 滨海论文; 因素论文; 钢筋论文; 硫酸盐论文; 保护层论文; 《基层建设》2015年30期论文;