射阳县沿海盐渍土的分布特征及腐蚀特性研究

1 引言 江苏北部海积平原盐渍土区原为浅水海滩,由于长江、淮河、黄河下泄的大量泥沙在海潮波浪和潮流的海洋动力作用下反复搬移而成为滨海冲积平原,面积超过66.67万hm2,南从南通市北至连云港市沿黄海呈带状分布。由于在成陆过程中受海水掺杂的影响,积盐过程先于成土过程是该区盐渍土成因的一个重要特征[1]。氯盐引起的沿海工程建设破坏最为常见,被誉为是导致沿海工程混凝土结构破坏的主要原因[2]。 射阳县海岸带位于江苏海岸带中部,海岸线长103 km,海域面积2 090 km2,滩涂面积7.13万km2,是典型的苏北海积平原区。射阳港已形成能源、浆纸、机电、轻工、食品和饲料等产业,规划25 km2的临港工业区已形成3.3 km2雏形。针对盐渍土对工程结构耐久性影响的特性,在射阳港区规划建设的初级阶段,对临港工业区50 m以浅地层的盐渍土分布特征及腐蚀特性进行了调查研究[3],以指导后期基础设施建设的防腐保护。 2 盐渍土试验分析 2.1 样品采集 根据《岩土工程勘察规范》(GB -2001)对盐渍土钻孔土壤样采取密度的要求,深层土壤样的采取以0～5 m深度每0.5 m取样、5～10 m深度每1 m取样、10 m深度之后每2 m取样,样品重量不小于250 g。通过工作区5个钻孔,共采集50 m以浅土壤样品120个。 2.2 样品测试 样品采集好后,在短时间内分批次送往实验室进行测试,以保证样品的新鲜度。土壤样品经过烘干、研磨、过筛等前处理之后,分别称取100 g,以1∶5的土水比例进行溶解、浸提、抽虑过后上机进行测试。预处理完毕后,分别测试土壤浸提液的p H值、土壤八大离子含量(Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、HCO-3、SO2-4、CO2-3)。指标测试方法见表1。 表1 样品测试指标使用方法实验项目 实验方法p H值 锥形玻璃电极法Na+ 火焰发射光谱法K+ 火焰发射光谱法Mg2+ EDTA容量法Ca2+ EDTA容量法Cl- 银量滴定法HCO-酸碱滴定法SO2-3 EDTA容量法CO2-4 3酸碱滴定法 3 盐渍土类型及空间分布特征 3.1 研究区盐渍土类型 根据规范[4]中对水土腐蚀性评价要求,射阳临港工业区盐渍土的分析测试结果表明,5个钻孔的50 m以浅范围内的土体类型为典型的氯盐渍土,Cl-的浓度与SO2-4浓度比值的平均值在10～18之间,最高值可达40。 3.2 盐度空间分布特征 通过对土样盐度指标的测试,各钻孔盐度含量随深度变化趋势基本一致(图1),即15 m以浅深度范围内,盐度呈明显的下降趋势; 15～35 m深度范围内,盐度基本保持高值稳定; 35 m以下深度范围内,盐度呈明显的下降趋势。同时图1显示,工作区50 m以浅土壤的盐度变化范围大部分在1%～5%之间,属于典型的中盐渍土。 图1 各钻孔盐度含量随深度变化——为盐度达到中盐渍土1%的界线为盐度达到强盐渍土5%的界线. 3.3 Cl-含量的空间分布特征 在盐渍土中氯离子对地下构筑物的钢筋具有腐蚀作用,其腐蚀机理是Cl-首先进入混凝土中并达到钢筋表面,使该处的p H值迅速降低,破坏水泥水化时钢筋表面产生致密的钝化膜[5-6];钝化破坏开始只发生在局部,当这个局部与周围未被破坏的钝化膜产生电极作用形成“腐蚀电池”时,就会对钢筋表面产生坑蚀,并迅速发展,最后使钢筋表面发生锈化作用。本研究所测得各钻孔Cl-的含量变化见图2。 从图2中可以看出,研究区土壤C1-含量较高,均在750～7 500 mg/L变化,可以确定该地区受到氯盐的中等腐蚀,尤其是10～35 m 图2 各钻孔Cl-含量随深度变化曲线——为C1-含量达到中腐蚀的界线;为C1-含量达到强腐蚀的界线. 深度范围内,对建筑钢筋的腐蚀影响较大。同时,个别钻孔的Cl-的含量曲线具有一定的规律,均在15～35 m深度范围内呈现高值,两边依次降低,与盐度变化趋势相似。 3.4含量的空间分布特征 在盐渍土中,混凝土会遭到包括硫酸盐、镁盐等盐分的化学侵蚀和破坏,本研究主要针对SO2-4、Mg2+含量进行了测试分析。实验结果表明,研究区5个钻孔柱状土样中镁盐垂直变化不明显,含量均小于300 mg/L,显示的腐蚀等级为微腐蚀;钻孔中硫酸盐含量变化则较大 (图3)。 图3 各钻孔含量随深度变化曲线——为土中含量达到450 mg/L弱腐蚀分界线. 4 结论 通过对射阳沿海盐渍土的研究发现:该地区的盐渍土类型为典型的氯盐渍土;50 m以浅土壤的盐度变化趋势具有明显特征,从15～35 m范围内盐度呈现较高值,土壤类型为中盐渍土;相应的易溶盐分含量、腐蚀性特征均呈现了与盐度分布特征类似的情况;研究区土壤对混凝土的腐蚀性呈微—弱腐蚀,腐蚀等级较弱;土壤中Cl-尤其是15～35 m深度范围内含量较高,显示对钢筋、管线的中等腐蚀作用。 综上所述,在射阳沿海基础设施建设的初期,需重点考虑结构的耐腐蚀性问题,采取相应长期有效的防护措施[5],如提高混凝土的密实性、增加混凝土保护层厚度、采用耐蚀合金钢筋、在混凝土中添加钢筋阻锈剂等。 1 引言 江苏北部海积平原盐渍土区原为浅水海滩,由于长江、淮河、黄河下泄的大量泥沙在海潮波浪和潮流的海洋动力作用下反复搬移而成为滨海冲积平原,面积超过66.67万hm2,南从南通市北至连云港市沿黄海呈带状分布。由于在成陆过程中受海水掺杂的影响,积盐过程先于成土过程是该区盐渍土成因的一个重要特征[1]。氯盐引起的沿海工程建设破坏最为常见,被誉为是导致沿海工程混凝土结构破坏的主要原因[2]。 射阳县海岸带位于江苏海岸带中部,海岸线长103 km,海域面积2 090 km2,滩涂面积7.13万km2,是典型的苏北海积平原区。射阳港已形成能源、浆纸、机电、轻工、食品和饲料等产业,规划25 km2的临港工业区已形成3.3 km2雏形。针对盐渍土对工程结构耐久性影响的特性,在射阳港区规划建设的初级阶段,对临港工业区50 m以浅地层的盐渍土分布特征及腐蚀特性进行了调查研究[3],以指导后期基础设施建设的防腐保护。 2 盐渍土试验分析 2.1 样品采集 根据《岩土工程勘察规范》(GB -2001)对盐渍土钻孔土壤样采取密度的要求,深层土壤样的采取以0～5 m深度每0.5 m取样、5～10 m深度每1 m取样、10 m深度之后每2 m取样,样品重量不小于250 g。通过工作区5个钻孔,共采集50 m以浅土壤样品120个。 2.2 样品测试 样品采集好后,在短时间内分批次送往实验室进行测试,以保证样品的新鲜度。土壤样品经过烘干、研磨、过筛等前处理之后,分别称取100 g,以1∶5的土水比例进行溶解、浸提、抽虑过后上机进行测试。预处理完毕后,分别测试土壤浸提液的p H值、土壤八大离子含量(Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、HCO-3、SO2-4、CO2-3)。指标测试方法见表1。 表1 样品测试指标使用方法实验项目 实验方法p H值 锥形玻璃电极法Na+火焰发射光谱法K+ 火焰发射光谱法Mg2+EDTA容量法Ca2+EDTA容量法Cl-银量滴定法HCO-酸碱滴定法SO2-3 EDTA容量法CO2-4 3酸碱滴定法 3 盐渍土类型及空间分布特征 3.1 研究区盐渍土类型 根据规范[4]中对水土腐蚀性评价要求,射阳临港工业区盐渍土的分析测试结果表明,5个钻孔的50 m以浅范围内的土体类型为典型的氯盐渍土,Cl-的浓度与SO2-4浓度比值的平均值在10～18之间,最高值可达40。 3.2 盐度空间分布特征 通过对土样盐度指标的测试,各钻孔盐度含量随深度变化趋势基本一致(图1),即15 m以浅深度范围内,盐度呈明显的下降趋势; 15～35 m深度范围内,盐度基本保持高值稳定; 35 m以下深度范围内,盐度呈明显的下降趋势。同时图1显示,工作区50 m以浅土壤的盐度变化范围大部分在1%～5%之间,属于典型的中盐渍土。 图1 各钻孔盐度含量随深度变化——为盐度达到中盐渍土1%的界线为盐度达到强盐渍土5%的界线. 3.3 Cl-含量的空间分布特征 在盐渍土中氯离子对地下构筑物的钢筋具有腐蚀作用,其腐蚀机理是Cl-首先进入混凝土中并达到钢筋表面,使该处的p H值迅速降低,破坏水泥水化时钢筋表面产生致密的钝化膜[5-6];钝化破坏开始只发生在局部,当这个局部与周围未被破坏的钝化膜产生电极作用形成“腐蚀电池”时,就会对钢筋表面产生坑蚀,并迅速发展,最后使钢筋表面发生锈化作用。本研究所测得各钻孔Cl-的含量变化见图2。 从图2中可以看出,研究区土壤C1-含量较高,均在750～7 500 mg/L变化,可以确定该地区受到氯盐的中等腐蚀,尤其是10～35 m 图2 各钻孔Cl-含量随深度变化曲线——为C1-含量达到中腐蚀的界线;为C1-含量达到强腐蚀的界线. 深度范围内,对建筑钢筋的腐蚀影响较大。同时,个别钻孔的Cl-的含量曲线具有一定的规律,均在15～35 m深度范围内呈现高值,两边依次降低,与盐度变化趋势相似。 3.4含量的空间分布特征 在盐渍土中,混凝土会遭到包括硫酸盐、镁盐等盐分的化学侵蚀和破坏,本研究主要针对SO2-4、Mg2+含量进行了测试分析。实验结果表明,研究区5个钻孔柱状土样中镁盐垂直变化不明显,含量均小于300 mg/L,显示的腐蚀等级为微腐蚀;钻孔中硫酸盐含量变化则较大 (图3)。 图3 各钻孔含量随深度变化曲线——为土中含量达到450 mg/L弱腐蚀分界线. 4 结论 通过对射阳沿海盐渍土的研究发现:该地区的盐渍土类型为典型的氯盐渍土;50 m以浅土壤的盐度变化趋势具有明显特征,从15～35 m范围内盐度呈现较高值,土壤类型为中盐渍土;相应的易溶盐分含量、腐蚀性特征均呈现了与盐度分布特征类似的情况;研究区土壤对混凝土的腐蚀性呈微—弱腐蚀,腐蚀等级较弱;土壤中Cl-尤其是15～35 m深度范围内含量较高,显示对钢筋、管线的中等腐蚀作用。 综上所述,在射阳沿海基础设施建设的初期,需重点考虑结构的耐腐蚀性问题,采取相应长期有效的防护措施[5],如提高混凝土的密实性、增加混凝土保护层厚度、采用耐蚀合金钢筋、在混凝土中添加钢筋阻锈剂等。

文章来源：《腐蚀科学与防护技术》 网址: http://www.fskxyfhjszz.cn/qikandaodu/2021/0308/515.html