周 煒

(方興地產(chǎn)(中國)有限公司，北京 100045)

強(qiáng)腐蝕環(huán)境下預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的可應(yīng)用性研究

周 煒

(方興地產(chǎn)(中國)有限公司，北京 100045)

對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的受腐蝕破壞機(jī)理進(jìn)行了分析與研究，依據(jù)管樁的自身特點(diǎn)，提出了提高樁身、預(yù)應(yīng)力鋼筋、樁尖以及接樁處耐久性的一些具體措施及方法，以確保建筑物的安全性。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，腐蝕，耐久性，防腐措施

1 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的發(fā)展過程

我國于20世紀(jì)60年代開始研制預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，并于20世紀(jì)80年代末引進(jìn)、開發(fā)了高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力管樁，2009年修訂完成了GB 13476—2009先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁規(guī)范，該規(guī)范于2010年3月開始執(zhí)行。

目前預(yù)應(yīng)力混凝土管樁憑借著單樁承載力高，施工速度快，經(jīng)濟(jì)性好，工廠集約化生產(chǎn)、成樁質(zhì)量能夠得到保障等多方面的優(yōu)勢，在普通工業(yè)及民用建筑的地基處理當(dāng)中得以廣泛應(yīng)用。但管樁在沉樁過程中以及在后期正常使用情況下，樁體難以進(jìn)行可視化檢測，尤其是在腐蝕環(huán)境下，樁的耐久性問題便顯得尤為重要。

2 工程概況

2.1 場地地下水腐蝕性概述

青島市高新區(qū)某項(xiàng)目，東至和源路，西至祥源路，南鄰高新區(qū)主干道火炬大道，北至河?xùn)|路。從項(xiàng)目地勘報(bào)告得知：場區(qū)地下水在干濕交替作用下對混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕性，在無干濕交替作用下對混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)腐蝕性；場區(qū)地下水對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，在干濕交替情況下具有強(qiáng)腐蝕性，在長期浸水情況下需要專門研究。具體地下水腐蝕性評價(jià)以“地塊3”為例，引述如表1，表2所示。

表1 對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性

在目前這種比較惡劣的地質(zhì)環(huán)境下，不知是否仍然可以采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁。

2.2 規(guī)范依據(jù)

現(xiàn)行主要規(guī)范針對預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下耐久性有如下界定：

GB 13476—2009先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁(以下簡稱《管樁規(guī)范》)4.2.4條“對于有特殊要求及腐蝕、凍融環(huán)境下的管樁，應(yīng)對其原材料、混凝土配合比和生產(chǎn)工藝等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行控制，并按設(shè)計(jì)要求對混凝土保護(hù)層等采取相應(yīng)措施”。

JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范(以下簡稱《樁基規(guī)范》)3.5.4條“四類、五類環(huán)境樁基結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)可按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JTJ 267港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和GB 50046工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范等執(zhí)行”。

GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(以下簡稱《混凝土規(guī)范》)3.5.7條“耐久性環(huán)境類別為四類和五類的混凝土結(jié)構(gòu)，其耐久性要求應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定”。

在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，對于預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，以上幾本規(guī)范并沒有提供可量化的技術(shù)措施或參數(shù)用于樁基設(shè)計(jì)或驗(yàn)收。因此，要想在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，就必須先要研究一下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕破壞的機(jī)理。

表2 對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕性

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕破壞機(jī)理

通常情況下，混凝土中存在著大量的微孔和敞開孔，當(dāng)混凝土與硫酸鹽溶液接觸時(shí)，硫酸鹽溶液通過孔隙的毛細(xì)作用滲透到混凝土內(nèi)部，并與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生鈣礬石等難溶的鹽類礦物。這些難溶的鹽類礦物由于吸收了大量的水分子后導(dǎo)致體積較原反應(yīng)物膨脹許多。據(jù)研究，鈣礬石在化學(xué)結(jié)構(gòu)上結(jié)合了大量的結(jié)晶水(實(shí)際結(jié)晶水為30～32)，其體積約為原水化鋁酸鈣的2.5倍。當(dāng)膨脹內(nèi)應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)導(dǎo)致混凝土的開裂。

3.2 Cl-離子對混凝土腐蝕破壞機(jī)理

混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)未受到腐蝕作用時(shí)，pH值約為12～13即處于堿性環(huán)境。鋼筋在堿性環(huán)境中，其表面會(huì)形成一層鈍化保護(hù)膜，它能對鋼筋起到有效的保護(hù)作用。但這層保護(hù)膜在腐蝕性離子作用下，尤其是Cl-離子作用下，鈍化膜破壞。鋼筋在水及二氧化碳的作用下發(fā)生氧化反應(yīng)生成鐵銹。鐵銹層累計(jì)的體積可達(dá)6倍～7倍，最終導(dǎo)致混凝土保護(hù)層脹裂破壞甚至剝落。

4 管樁防腐問題

通過對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受腐蝕機(jī)理的研究，針對預(yù)應(yīng)力管樁的特點(diǎn)，著重從樁身、預(yù)應(yīng)力鋼筋、樁尖以及接樁處等幾方面進(jìn)行防腐處理。

4.1 樁身防腐

目前PHC樁采用離心成型工藝，工廠化集約生產(chǎn)，使得混凝土密實(shí)度大大提高且有質(zhì)量保障。樁身混凝土具有的良好的密實(shí)度能起到高效的抗?jié)B透性，在一定程度上減緩了腐蝕性離子對樁身混凝土侵蝕的進(jìn)程。

樁身、承臺(tái)表面涂刷防腐涂層，如有機(jī)硅混凝土保護(hù)劑、環(huán)氧瀝青等，能使混凝土表面具有良好的耐滲透和抗腐蝕性，在腐蝕環(huán)境下起到對樁身、承臺(tái)混凝土的防護(hù)作用；合理地增大樁身混凝土保護(hù)層厚度以及高效能的耐腐蝕混凝土外加劑的采用，同樣對混凝土的防腐蝕起到有效防護(hù)。

4.2 預(yù)應(yīng)力鋼筋的防腐

先張法構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力鋼筋的防腐蝕是一個(gè)難題。如果因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力鋼筋發(fā)生腐蝕性損壞,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)將有斷裂甚至崩塌的危險(xiǎn)。但良好的樁身防腐措施不但能有效地阻止混凝土的腐蝕，鋼筋的防腐也相應(yīng)得到防護(hù)。因此，通常在做好樁身防腐的情況下，預(yù)應(yīng)力鋼筋的防腐措施可以不必采用。

預(yù)應(yīng)力鋼筋的防腐處理并不是簡單的進(jìn)行環(huán)氧樹脂的涂刷，它必須滿足以下幾點(diǎn)要求：噴涂前需要對鋼筋表面進(jìn)行除銹處理；不應(yīng)因防腐涂層的涂刷而導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度等級的降低或混凝土堿性環(huán)境的改變；涂層不應(yīng)降低混凝土對鋼筋的握裹力，否則容易導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土之間產(chǎn)生相對位移，從而帶來混凝土構(gòu)件的安全隱患。有資料顯示，鋼筋的防腐涂層在自動(dòng)吸附鋼筋表面后形成的保護(hù)膜應(yīng)不小于100 A0(1 A0=10-10m)，否則涂層將對管樁的物理力學(xué)性能產(chǎn)生較大的影響。

4.3 樁尖的防腐

采用封閉型樁尖可有效防止地下水進(jìn)入樁體內(nèi)部，在管樁的底部及頂部采用灌芯處理可以減少地下水對管樁尤其是管樁接頭部分鋼構(gòu)件的侵蝕，增強(qiáng)樁體自身的耐腐蝕性能。通常灌芯混凝土建議采用微膨脹型，其強(qiáng)度等級不小于C30，灌芯長度不小于2 m。

4.4 接樁處防腐

預(yù)應(yīng)力管樁單樁長度一般為12 m左右，當(dāng)設(shè)計(jì)樁長大于單根預(yù)制樁長時(shí)就應(yīng)考慮接樁。在侵蝕性環(huán)境下，接樁處的防腐處理也應(yīng)引起高度重視。

樁的連接通?？刹捎煤附?、法蘭連接或機(jī)械快速連接(螺紋式，嚙合式)。在腐蝕環(huán)境下，通常采用焊接方式或法蘭連接。通過采取適當(dāng)增加機(jī)械連接件的厚度以及涂刷防腐蝕耐磨涂層來延緩被腐蝕的時(shí)間，增加抗腐蝕能力。一般情況下，鋼零件厚度的腐蝕裕量不小于2 mm，有條件時(shí)也可采用熱收縮聚乙烯套膜保護(hù)。

5 項(xiàng)目防腐措施

項(xiàng)目開發(fā)公司考慮到場地地質(zhì)環(huán)境較為惡劣，本著安全合理的原則，特聘請工業(yè)防腐蝕規(guī)范編制組熊威教授與何進(jìn)源教授作為項(xiàng)目公司的外請專家，對地基處理方案進(jìn)行技術(shù)支持。

熊威教授、何進(jìn)源教授、青島當(dāng)?shù)貙張D中心專家以及施工圖設(shè)計(jì)單位總工等通過對場地地質(zhì)環(huán)境的細(xì)致縝密研究，提出如下措施意見：

1)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C60，抗?jié)B等級不應(yīng)低于S10；鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度不應(yīng)小于35 mm；樁尖采用閉口型。

3)接樁宜選在非污染土層中，建議采用焊接接樁方案或法蘭接樁，要求接樁處鋼零件涂刷防腐蝕耐磨涂層，并且增加鋼零件不小于2 mm的厚度要求，有條件的可以采用熱收縮聚乙烯套膜保護(hù)。

4)承臺(tái)表面刷環(huán)氧瀝青涂層500 μm，耐腐蝕墊層可采用C25摻外加劑的混凝土，厚度為150 mm。

6 結(jié)語

隨著預(yù)應(yīng)力管樁的廣泛使用，尤其是在腐蝕環(huán)境中管樁的耐久性問題顯得尤為突出。提高管樁自身的混凝土密實(shí)性是耐腐蝕措施的第一步也是重要的一步，其次從腐蝕破壞的機(jī)理出發(fā)，針對管樁的自身特點(diǎn)，加強(qiáng)樁端、樁身、樁尖、預(yù)應(yīng)力鋼筋以及接樁部位的防腐措施可有效提高管樁的工作服役周期，保障建筑物的安全。

[1] 鄧友生，孫寶俊，鄔忠強(qiáng).預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的應(yīng)用研究及發(fā)展前景[J].建筑技術(shù),2003,34(4)：32.

[2] 張季超，唐孟雄.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁耐久性問題探討[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2011，33(S2)：49-51.

[3] GB 50046—2008，工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JGJ 94—2008，建筑樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范[S].

[5] GB 13476—2009，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[S].

[6] GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[7] 顧國榮，張劍鋒，桂業(yè)琨.裝機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工新技術(shù)[M].北京：人民交通出版社,2011.

Research on the applicability of prestressed concrete pipe pile under strong corrosion environment

Zhou Wei

(FangxingRealEstate(China)Co.,Ltd,Beijing100045,China)

The paper analyzes and studies the corrosion damage mechanism of prestressed concrete pipe pile. According to pipe pile features, it puts forward some specific measures and methods of improving pile, prestessed steel, pipe top and pipe joint durability, with a view to guarantee the building safety.

prestressed concrete pipe pile, corrosion, durability, anti-corrosion measures

1009-6825(2015)02-0046-03

2014-11-03

周 煒，男，身份證號：132402197801121214，工程師

TU473.13

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