腐蝕性與耐久性-巖土感悟之十四

《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）增加了第3.0.7條，地基基礎的設計年限不應小與建筑結構的設計使用年限，對地基基礎的耐久性設計提出了新的要求。有感于此，對《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）、《工業建筑防腐蝕設計規范》（GB 50046-2008）、《混凝土結構耐久性設計規范》（GB/T 50476-2008）、《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）中的相關內容進行了梳理，希望同行們閱后或有所得。

水、土腐蝕性 — GB50021-2001（2009年版）

1.水、土腐蝕性測試指標

水、土對建筑材料的腐蝕危害非常大，除有足夠經驗和充分資料的地區可以不進行水、土腐蝕性評價外，其它地區均應采取水、土樣進行腐蝕性分析，測定項目如表1。

表1 不同介質對建筑材料腐蝕性評價指標

2.場地環境類型

場地環境類型對土、水的腐蝕性影響很大。不同的環境類型主要表現為氣候所形成的干濕交替，凍融交替、日氣溫變化、大氣濕度等。規范將環境條件劃分為三大類（表G.0.1）。

3.評價內容

水、土對建筑材料的腐蝕性評價主要考慮環境類型和地層滲透性，根據相應腐蝕介質的界限值劃分為微、弱、中、強四個腐蝕等級。不同的環境類型和滲透性地層中，腐蝕介質構成腐蝕的界限值相差很大。

GB 50021-2001中表12.2.1提供了含有硫酸鹽含量、鎂鹽含量、銨鹽含量、苛性堿含量、總礦化度等介質的水/土在干濕交替作用的對混凝土結構的不同腐蝕等級的限值，對Ⅰ、Ⅱ類腐蝕環境無干濕交替作用時，表中硫酸鹽含量數值應乘以1.3的系數；對土的腐蝕性評價，應乘以1.5的系數。

GB 50021-2001中表12.2.2按滲透性強弱給出了水和土PH值、侵蝕性CO2和碳酸氫根對混凝土結構的腐蝕性評價標準。對土的腐蝕性只考慮PH值。

水對鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性則按水中的氯離子含量按長期浸水、干濕交替分別評價；土對鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性按不同濕度、狀態及性質的土壤類型結合其土中氯離子含量評價。

土對鋼結構的腐蝕性評價指標更為詳盡，考慮了PH值、氧化還原電位、視電阻率、極化電流密度與質量損失。以各指標中腐蝕等級最高者作防護標準。

各腐蝕介質的腐蝕等級中，以腐蝕等級最高者作為其綜合評價等級。

防腐措施 — GB 50046-2008

《工業建筑防腐蝕設計規范》（GB 50046-2008）按腐蝕性介質分為：氣態介質、腐蝕性水、酸堿鹽溶液、固態介質和污染土五種。各種介質按其性質、含量劃分類別。并從結構、建筑防護、構筑物、材料等方面作出了規定。對巖土工作者而言，密切相關的是地基與基礎（含樁基）。

對地基基礎防腐蝕設計的有關規定：地基基礎不同于上部結構，它對周圍環境是土和水，一般情況基礎環境類別為二類或三類，可按混凝土規范相關規定進行耐久性設計。但當土污染、水具有中、強腐蝕性時，應符合有關標準的規定和采取專門措施。目前，通常遵照《工業建筑防腐蝕設計規范》GB50046進行設計。規范在4.7、4.8、4.9節對地基、基礎、樁基礎的防腐從基礎材料選擇、基礎埋深、基礎防腐做法、基礎保護層等方面作了具體規定，特別是對混凝土樁身的防護在不同腐蝕性等級情況下的選用進行了詳細規定。

結構耐久性 — GB/T 50476-2008

《混凝土結構耐久性設計規范》（GB/T 50476-2008）這樣定義結構耐久性（structure durability）：在設計確定的環境作用和維修、使用條件下，結構構件在設計使用年限內保持其適用性和安全性的能力。

混凝土結構的耐久性設計應遵循結構的設計使用年限、結構所處的環境類別與作用等級進行設計。幾個概念解釋如下：

結構使用年限（structure service life）：結構各種性能均能滿足使用要求的年限。

環境作用（environmental action）：溫、濕度及其變化以及二氧化碳、氧、鹽、酸等環境因素對結構的作用。

規范GB/T 50476-2008按環境對鋼筋和混凝土材料的腐蝕機理分為5 類：一般環境（ = 1 \* ROMAN I）、凍融環境（ = 2 \* ROMAN II）、海洋氯化環境（ = 3 \* ROMAN III）、除冰鹽等氯化環境（ = 4 \* ROMAN IV）、化學腐蝕環境（ = 5 \* ROMAN V）五類。（規范中表3.2.1）。

環境作用等級（environmental action）：GB/T50476-2008用以表示環境對配筋混凝土結構的作用程度，分為由輕微（A）—極端嚴重（F）六大類(規范中表3.2.2)。

混凝土結構的耐久性設計要求：包括結構的設計使用年限、環境類別及其作用等級；有利于減輕環境作用的結構形式、布置和構造；混凝土結構材料的耐久性質量要求；鋼筋的混凝土保護層厚度；混凝土裂縫控制要求；防水、排水等構造措施；嚴重環境作用下合理采取防腐蝕附加措施或多重防護策略;耐久性所需的施工養護制度與保護層厚度的施工質量驗收要求。結構使用階段的維護、修理與檢測要求。

耐久性性設計 — GB 50010-2010

《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）將環境類別定義為混凝土暴露表面所處的環境條件,詳細劃分為5大類供設計按實際情況確定(表3.5.2)。

規范GB 50010-2010根據環境等級,對設計使用年限為50年的混凝土結構,對結構的混凝土材料的耐久性基本要求作了明確規定(規范表3.5.3)。并對保護層的厚度作了明確（表8.2.1）。

此耶，彼耶？— 同一問題，不同結果

（1）對環境類型/類型判別結果不統一

GB 50021-2001(2009年版)規定當混凝土結構一邊接觸地面水或地下水，一邊暴露在大氣中，水可以通過滲透或毛細作用在暴露大氣中的一邊蒸發時，應定為Ⅰ類。即拔高至“高寒、干旱地區”一類，如隧洞、坑道、豎井、地下洞室、路塹護面皆屬此類。

GB/T 50476-2008第“4.2.2條”則明確，“配筋混凝土墻、板構件的一側表面接觸室內干燥空氣、另一側表面接觸水或濕潤土體時，接觸空氣一側的環境作用等級宜按干濕交替環境確定”。并在 “化學腐蝕環境”之“7.2.2”重申了該觀點，且將“高寒、干旱地區”另行規定，類似于GB 50021-2001中的Ⅱ類環境類型。

GB 50046-95則認為，除氣態介質和固態介質考慮到環境相對濕度因素外，對其它三種介質均無環境因素條件。

（2）對腐蝕性強弱等級的量化的不統一

GB 50021-2001將腐蝕等級劃為微、弱、中、強四個等級。GB 50046-95則劃分為弱、中、強三個等級（在2008修編后采用與GB50021相一致的水/土腐蝕等級）。GB/T 50476-2008劃分的環境作用等級則為A（輕微）、B（輕度）、C（中度）、D（嚴重）、E（非常嚴重）、F（極端嚴重）六級。由于上述不同規范的著眼點不同，致使對同一腐蝕性介質，對其腐蝕性的量化數值也存在差異，常見的硫酸根離子是其縮影（表2）。

表2 不同規范中不同腐蝕等級的[SO₄^2-]（mg/L）

注：GB/T 50476-2008中，弱、中、強分別對應 = 5 \* ROMAN V-C~ = 5 \* ROMAN V-E。

（3）案例舉微

以長沙軌道交通工程的地下水環境類型劃分為例。長沙地區，按環境類型判別水、土對混凝土結構的腐蝕性時，腐蝕介質主要為硫酸鹽含量。一般地，本地區上層滯水中，[SO42-] =200～300mg/L間，孔隙水的[SO42-]=180～295mg/L間。按Ⅰ類環境類型則多為弱腐蝕，按 = 2 \* ROMAN II類環境則為微腐蝕，二者相差一個級別。不同的防護標準，對設計、投資、施工的影響自然不同。

眾所周知，部分暴露于大氣中而其他部分接觸含鹽水、土的混凝土構件應特別考慮鹽結晶作用，這可能是GB 50021-2001在2009年修訂時的初衷。不應忽視的是，在常年濕潤地區，孔隙水難以蒸發，不會發生鹽結晶，而長沙恰恰是這類地區，因此，地下水腐蝕性評價時，按Ⅰ類環境判定值得商榷。

話外音

“先勘察，后設計、再施工”是我國的基本建設程序?？辈炫c設計的脫節仍未得到根本改善，勘察工作的必要性和重要性自然得到完全彰顯。

以腐蝕性與耐久性而言，影響耐久性不唯腐蝕性，但腐蝕性對耐久性的作用顯然不可忽視?？辈煸O計過程中，對耐久性指標和材料劣化機理缺乏了解，對耐久性設計概念的模糊，對土的污染和水的腐蝕性描述與勘察結論不一致等現象仍然存在。

當勘察、設計規范面對同一環境、同一介質中同一問題時，如何協調與統一？是土木范疇里相關規范修編時值得關注的問題。