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西藏电力有限公司—藏中和昌都电网联网工程是国家电网公司“十二五”规划重点建设项目，澜沧江(昌都)500 kV变电站起着连接藏中电网与四川电网的枢纽作用。变电站坐落于西藏昌都地区，站区场平标高为3.199 05 km。本期扩建工程为扩建已建500 kV昌都变电站500 kV区域，扩建场地为回填区域，场地分布有对混凝土结构具有腐蚀性的盐渍土，经取样化验，场地冲洪积粉质粘土②含有高浓度的腐蚀介质
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盐渍土是指地下水中盐分分离出来聚集于地表土层中，使得易溶盐含量大于0.3%的土壤，其主要特性为腐蚀性，溶陷，盐胀等[1]。根据本工程《岩土工程勘测报告》，工程所涉及的场地冲洪积粉质粘土②部分为盐渍土，根据化学成分分类属于硫酸盐渍土；按平均含盐量属中等～强盐渍土。硫酸盐离子会对与土壤直接接触的地下设施及结构基础构成很强腐蚀环境，对混凝土结构的腐蚀性非常明显，影响其耐久性，安全性从而影响其使用寿命。盐渍土区域混凝土结构的耐久性问题成为了影响变电站安全使用的关键问题。因此，本站盐渍土硫酸盐强腐蚀性环境地下混凝土结构防腐设计研究必不可少。
由于本工程为扩建工程，鉴于前期变电站已投产，考虑到对已有设备的影响，本工程基础选型为干作业成孔灌注桩筏板基础。现场钻孔机械在设计的桩位上钻出桩孔，吊放钢筋笼并浇筑混凝土而成桩，是一种现浇混凝土桩。刚浇筑的混凝土仍然是液体状态，腐蚀性介质容易游离至混凝土中，与水泥水化作用，形成膨胀性晶体，使得混凝土开裂，剥落，蜂窝麻面甚至断桩等桩身缺陷，削弱了桩的承载力及耐久性。在《工业建筑防腐蚀设计规范》(GB 50046—2008)[2](以下简称防腐规范)中第4.9.5中规定：当腐蚀介质为
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混凝土硫酸盐腐蚀属于结晶式侵蚀，其机理是指硫酸根离子进入混凝土内部，通过与水泥水化作用，生成如钙矾石，石膏，碳硫硅钙石等水化产物[3,4]。这些水化产物结合了大量结晶水，使得其体积大于参与反应的物质，从而引起了体积膨胀，产生膨胀压力。当膨胀压力产生的内应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土内部将生成微裂缝，而且随着微裂缝地不断开展贯通，表层混凝土逐渐开裂剥落，外界硫酸盐可以进一步通过贯通的裂缝渗透，加剧混凝土的膨胀破坏，最终使得混凝土的强度降低，崩裂破坏。混凝土受硫酸盐腐蚀一般最先出现受损坏的部位是棱角处，最显著的特征是表面发白且不断掉渣，最终发展为贯通裂缝，甚至为易碎松散状态，进而到整体崩裂。
混凝土受硫酸盐腐蚀破环的评价指标有：试件的孔隙率，外观形貌，质量损失，动弹性模量，抗压强度，抗折强度等。如图1所示，王海龙[5]等研究了受硫酸盐腐蚀的混凝土试块的劣化规律曲线。
Figure 1. Quality and strength of concrete deterioration law over time
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硫酸盐腐蚀混凝土的影响因素有：内部因素和外部因素，内部因素主要为材料因素，外部因素主要为环境因素，如图2所示。
Figure 2. Influencing factors of concrete sulfate erosion
内部因素和外部因素相互作用共同影响硫酸盐腐蚀混凝土速度[6]。
2.1 硫酸盐腐蚀机理及评价指标
2.2 硫酸盐腐蚀的主要影响因素
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通过硫酸盐腐蚀混凝土机理及影响因素的分析结果得出，影响混凝土抗硫酸盐侵蚀的内因是混凝土本身的性能，不仅包括混凝土水泥品种矿物组成(C3A、C3S)、混合材掺量，水灰比，密实性等，还包括混凝土的强度、外加剂等，外因则是侵蚀溶液中SO42-的浓度，干湿交替环境以及采取的隔离防护措施，因此，防止或减轻混凝土硫酸盐侵蚀的方法主要有：
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水泥作为混凝土的主要成分，混凝土抗硫酸盐侵蚀能力在很大程度上取决于水泥熟料的矿物组成及其相对含量，尤其是C3A和C3S的含量。C3S水化生成的Ca(OH)2容易受
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毛细孔隙的数量和与拌和时的用水量有很大关系，水泥水化需水量仅为水泥质量的10%～15%左右，为了保证拌和中要求的和易性，实际用水量高达水泥质量的40%～60%，多余的水分最终会形成孔隙或毛细管，降低了混凝土的密实性[10]。侵蚀介质就容易渗入水泥石的内部，从而加速硫酸盐侵蚀。大量试验表明，一定范围内越低混凝土水灰比、砂浆的砂胶比，越可以减慢在硫酸盐环境中抗压、抗折强度、动弹性模量的衰减。合理设计混凝土的配合比，降低水灰比，掺适当的高效减水剂，改善集料的级配等措施，均可提高混凝土的密实度，减少硫酸盐进入混凝土的初始通道，降低硫酸根离子渗透和扩散，从而有效提高混凝土抗硫酸盐侵蚀的能力。
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混凝土强度等级越高，其微观结构越致密，越有利于提高混凝土耐久性。相关实际工程经验及相关的实验表明，采用适当强度等级的高密实性混凝土，可通过混凝土本身就获得良好的防腐蚀效果[11]。
但高强度混凝土也存在一些缺点，强度等级高的混凝土水胶比低，粘度大，屈服剪切应力高，施工过程易产生堵管现象，从而造成断桩，桩基承载力大大降低，对上部结构构成安全隐患[13]。且高强混凝土本身的材料成本较高，在灌注桩破桩头以及泛浆区域混凝土的凿除阶段施工较难，需要人工较多，工期较长，设计时应综合考虑工程经济效益性。
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混凝土构件外表面添加保护层，该保护层具有不透水、耐腐蚀性强的特性，常用的有纤维增强复合材料(FRP)，玻璃钢模板保护法、涂刷防腐漆，碎石灌沥青或沥青混凝土耐腐蚀垫层[12]。但增加防护措施施工工艺复杂，且施工过程中容易造成防护层的破损，防腐效果难以控制，一般用在侵蚀作用很强，上述措施不能奏效时采用。
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在混凝土搅拌时加入的提高混凝土耐久性的外加剂，可用于抵抗硫酸盐、盐类侵蚀性物质作用。执行标准：《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》(JC/T 1011—2006)[13]。混凝土抗硫酸盐类侵蚀添加剂是一种外加剂，由有机助剂、无机盐、表面活性剂和载体配制而成，可以减缓地下水及土壤中相当浓度的
同时添加Ⅱ级粉煤灰，可使水泥的抗硫酸盐极限浓度(K值)提高到10～15 g/l，较普通抗硫酸盐水泥高4～6倍[13]。本工程场地冲洪积粉质粘土②中腐蚀介质
混凝土性能 参考值 混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂掺量 水泥质量8%～12% 抗蚀系数 K≥0.85 膨胀系数 E≤1.50 耐腐蚀性 抗硫酸盐极限浓度(K值)/g·l-1＝10～15重量损失率(ΔW) <5%
混凝土减水率(GB 8076—87规定)>10%抗压强度比>100%抗冻融性 相对动弹性模量(P)>60% Table 1.
Add anti-corrosion additive performance table
3.1 选择合理水泥品种
3.2 提高混凝土的密实性
3.3 适当提高混凝土强度
3.4 隔离防护措施
3.5 添加抗腐蚀添加剂
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经过对混凝土抗硫酸盐腐蚀性机理及影响因素的研究，本工程所处青藏高原特殊区域，考虑到施工条件有限，原材料采购及运输条件的影响，为有效保证施工质量，本工程混凝土灌注桩采用添加抗硫酸盐类侵蚀防腐剂的高强混凝土，具体配合比与工程规范比较如表2所示。
钻孔灌注桩混凝土要求 《工业建筑防腐设计规范》(GB50046—2008)规定 设计采用 混凝土强度 不低于C40 C40 最小水泥用量/(kg·m-3) 340 380 水灰比 不宜大于0.40 不大于0.4 抗渗等级 不应低于S8 不低于S12 钢筋的混凝土保护层厚度/mm 不应小于55 80 Table 2.
Concrete performance requirements for piles compare with the specification 针对高原地区盐渍土硫酸盐强腐蚀性土壤，国家电网公司技术部门组织召开了多次专题研讨会议，最终确定的设计思路为用“内增外防”：内增即采用高性能抗腐蚀混凝土来提高混凝土自身的防腐蚀能力，外防即外露承台、基础表面涂防腐蚀涂料[14]防腐措施具体如下：
1)选用普通硅酸盐水泥，C3A含量不大于5%，水泥标号不低于42.5。
2)混凝土最大水胶比不大于0.4。粗骨料的压碎指标为2.3～3.0，砂的细度模数应不小于2.5。
3)混凝土添加抗硫酸盐类侵蚀防腐剂，掺量为水泥重量的12%。
4)增加混凝土的腐蚀裕度，提高钢筋的保护层厚度，灌注桩80 mm，地梁40 mm，承台、基础50 mm。
5)基础、地梁混凝土强度等级采用C40。垫层采用C20混凝土，垫层表面涂聚合物水泥砂浆，厚度15 mm。
6)基础、地梁防腐涂料做法：环氧沥青或聚氨酯沥青涂层，厚度≥500 μm，且基槽开挖后严禁久置，应立即验槽进行基础施工以免季节降水或施工用水渗入地基内加速腐蚀。
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