南水北调温博段倒虹吸混凝土浸蚀分析.pdf

8 2 胡炜， 孙宇飞． 南水北调温博段倒虹吸混凝土学好蚀分析 文章编 号： 1 0 0 6 --2 6 1 0 ( 2 0 1 4 ) 0 4 —0 0 8 2 —0 3 南水北调 温博 段倒虹 吸混凝 土浸蚀分析 胡 炜， 孙宇飞 ( 中国水电顾 问集团西北勘测设计研究院有 限公 司， 西安7 1 0 0 4 3 ) 摘要： 南水北调工程温博段倒虹吸T程建成后， 其混凝土受到临近工业污水的影响， 表层沉积砖红色沉淀， 可能对 混凝土质量造成影响。通过钻芯取样、 环境水分析及硫酸盐浸入深度分析等方式对混凝土受浸蚀状况进行分析， 并 对 目前混凝土质量进行 了评定。 关键 词 ： 浸蚀 ； 混凝 土 ； 倒虹吸 ； 质量评定 中图分 类号 ： T V 6 8 文献标 识码 ： A Ana l ys i s o n t he Con c r e t e Er o s i o n o f t he I nv e r t e d Si p ho n at W e nbo S e c t i o n， S o u t h — — t o — — N o r t h Wa t e r D i v e r s i o n P r o j e c t HU W e i ．S UN Yu—f e i ( HYDRO CHI N A X i b e i E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n ，Xi ’ a n 7 1 0 0 4 3，C h i n a ) Ab s t r a c t ： A ft e r t h e c o m p l e t i o n o f t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e i n v e rt e d s i p h o n o f We n b o s e c t i o n i n t h e s o u t h — t o — n o r t h w a t e r d i v e r s i o n p r o j e c t ， i mp a c t e d by t h e i n d u s t r i a l wa s t e wa t e r ne a r b y，t h e c o n c r e t e s ur f a c e i s c o v e r e d b y s o me b r i c k—r e d s e d i men t s，wh i c h ma y i mpa c t t he c o n — c r e t e q u a l i t y ． I n t h i s p a p e r ，t h e c o n c r e t e e r o s i o n i s a na l y z e d a n d t he c o n c r e t e q ua l i t y i s a p p r a i s e d b y c o r e s a mp l i n g，t h e a n a l y s i s o f e n v i — r o n me nt a l wa t e r a n d e r o s i o n d e p t h o t s u l ph a t e ． Ke y wor ds： e r o s i o n；c o n c r e t e；i n v e ae d s i p h o n；qu a l i t y a p pr a i s e me n t 南水北调是缓解 中国北方水资源严重短缺局面 的重大战略性_ T 程。中国南涝北旱 ， 南水北调工程 通过跨流域的水资源合理配置， 大大缓解 中国北方 水资源严重短缺 问题 ， 促进南北方 经济 、 社会 与人 u、 资源 、 环境 的协调发展 ， 为促进经济结构 的战略 性渊整 、 改善黄淮海地 区的生态环境状 况具有重要 的战略意义。温博一标段排水倒虹吸位于焦作市温 县周村东南约 2 0 0 m处 ， 长度 2 2 0 I l l ， 管身断面为 2 孔箱 型钢筋混凝土结构 ， 混凝 土采用 C 3 0 W6 F 1 5 0 。 进 口 段 、出 【 _ 』段 挡 土 墙 及 底 板 混 凝 土 采 用 C 2 0 W6 F 1 5 0进 出口段底板厚度为 5 0 e n 3 。倒虹吸工 程建成后 ， 其混凝土受到临近工业污水的影响 ， 混凝 土表层大面积被砖红色沉淀覆盖 ， 部分凝胶体 已发 生流失 ， ， 目 料颗粒外露 ， 可能威胁到该工程的安全运 行。本丈以1 程混凝土的浸蚀情况分析及检测为基 础 ， 并刈 I 程的安全运行进行 了分析评价。 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 1 0 — 2 8 作者简介 ： 胡炜( 1 9 7 7 一) ， 男， 陕西省 西安 市人 ， 高级 工程 师 ， 主 要 从事水 一 f 混凝土研究 作． 1 倒虹 吸混凝土浸蚀概况 混凝土结构耐久性是指一个结构体在一定时期 内维持其安全性 、 适用性 的能力。混凝土结构体的 耐久性是有混凝土材料本身特性和所处使用环境的 浸蚀性两方面因素共 同决定 的J 。针对本工程 ， 倒 虹吸混凝土结构体受 到了非常态环境介质的影 响， 处于非正常使用状态， 结构体本身 已经 出现 了肉眼 可以辨识 的浸蚀破坏形 态， 混凝土表层凝胶体 已发 生流失 ， 骨料颗粒外露 ， 在混凝土表层沉积着一层棕 红色的固体 ， 如图 1 、 2所示 ， 本文主要针对倒虹吸工 程东 、 西两段侧墙和底板混凝 土的 自身性能及浸蚀 环境 2个方面对工程耐久性进行分析。 2 倒虹 吸混凝土质量检测 现场混凝土质量检测采用 “ 混凝 土芯样强度试 验” 及“ 回弹法” 进行综 合评定 ， 检测 区域为进出 口 段挡土墙及底板 。 2 ． 1 回弹法检测混凝土抗压强度 采用 回弹法检测混凝土抗压强度的检测数据如 胡炜， 别 、 宁飞． 南水北调温博段例虹吸混凝土学好蚀分析 含量计 ) 的分布情况 ， 以此判断硫酸盐浸入深度 以 及变化规律。混凝土芯样各层硫酸盐含量如表 4所 示 ， 其硫酸盐浓度随深度分布情况如图 3所示。 根据硫酸盐浸入深度分析结果可知 ， 硫酸盐浓 度 的最大值 出现在距表层 2 0 m I t l 左右的位置 ， 然后 随深度依次降低 ， 属于外渗型典 型分布。结合混凝 土芯样强度测试结果 ， 可得出结论 ， 硫酸盐浸入对混 凝土 的影 响有 限 。 表 3 环境水质分析结果表 检测项H／ ( m g L ) C l — F e ’ A l Na N H“NO 3 一 表 4 混凝土硫酸盐浸入深度分析结果表 4 混凝土浸蚀性分析 混凝土 中的水化硅酸盐 、 水化铝酸盐在酸性水 中受浸蚀的过程， 其实质是酸性水中的浸蚀性组分 对水化硅酸盐和水化铝酸盐的化学浸蚀 ， 及其浸蚀 反应的部分产物从液相结 晶析 出对混凝土构筑物的 崩解过程 。因此 ， 混凝土在酸性水中的稳定性 问题 ， 咖l 抽 一 ： k 0 ∽ 一 镒 惺 O 1 O 2 O 3 0 4 O 5 O 6 O 分层 深度 ／ m 图 3 混凝土各层硫酸盐 ( 以 S O 计 ) 含量图 实质就是水化矿物与酸性水中浸蚀性组分之间的反 应平衡问题 。在酸性水环境中， 其 中的 H 是最活跃 的浸蚀组分， 除自身对水化矿物的碱土金属离子有 强烈的代换作用外 ， 也对其它浸蚀组分 的浸蚀作用 起控制作用。 一 般认为 ， 水化铝酸盐抗 H 离子浸蚀 的能力 比 水化硅酸盐差； 在酸性水中 ， 高钙硅 比、 高碱性 的水 化矿物一般 比低钙硅 比 、 低碱性 的水化矿物稳定性 差。通过现场调研发现 ， 受 到酸性环境水腐 蚀的混 凝土根据外观特征可以归纳为 5种类型。 ( 1 )糜烂型鼓胀腐蚀 ： 腐蚀混凝土一般呈豆腐 渣状 ， 干燥时胶结性很差。 ( 2 )表面翻卷 内空腐蚀 ： 混凝土一般处于干燥 阶段 ， 腐蚀混凝土只触及混凝土表皮时 ， 向外翻卷掉 皮 ； 腐蚀厚度大时呈明显鼓胀形式 ， 鼓胀处是空的。 ( 3 )黏土化腐蚀 ： 混凝土在潮湿阶段强度很差 ， 用手触摸有黏土的润滑感 ， 但混凝土干燥 时仍较坚 硬。 ( 4 )水泥凝胶溶蚀化腐蚀 ： 混凝 土水泥凝胶被 酸性水溶蚀并随流水带走 ， 剩下粗细骨料残 留原处。 ( 5 )石钟乳化腐蚀 ： 混凝土表面有 C a C O ( 方解 石) 或 C a S O 2 H 。 O( 石膏 ) 等 固体物质析 出， 在 向 下滴水的混凝土表面甚至形成石钟乳现象。 倒虹吸混凝土的浸蚀属 于典型的第 4类 ， 属于 溶解 性浸 蚀 。 兰 古 陀 ( 1 )该浸蚀类型 属于酸性介质下 的溶解性浸 蚀 ， 无其它浸蚀类型情况发生。 ( 2 )目前为止 ， 环境水对混凝土 的浸蚀只影 响 到混凝土的表层 ， 混凝土内部 以及钢筋未受到有害 离 子 的浸袭 。 ( 3 )倒虹吸水工建筑物 目前处于结构稳定状态， 但由于环境水为酸f!主， 不排除随时间发展 ， 浸蚀程度进 一 步强化。 导致浸入深度深化、 浸蚀速度加剧的可能。 参考文献： [ 1 ] C E C S O 1 — 2 0 0 4 ， 混凝 土结 构耐 久性设 计 与施 工指 南 [ S ] ．北 京 ： 中国建筑工业出版丰 十 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 李伟文 ， 冷发光 ，邢锋 ．关 于混凝 土钻 芯取样法 有关标 准 的 讨论[ J ] ．混凝土 ， 2 0 0 3 ， ( 6 )： 1 8 — 2 0 ． [ 3 ] 袁润章．胶凝材料学 [ M] ． 武汉 ： 武汉T业大学出版计 ， 1 9 9 6 ． [ 4 ] 亢景富． 混凝土硫酸盐 浸蚀研究 中的几 个基本 问题 [ J ] ． 混凝 土 ， 1 9 9 5 ， ( 3 ) ： 9 — 1 8 ． [ 5 ] C ． S ． O u y a n g ， A n t o n i o N a n n i ．I n t e r n a l a n d E x t e r n a l S o u r c e s o t S u l f a t e I o n s i n P o r t l a n d Ce me n t Mo l a r ： T wo Ty p e s o f C h e mi c a l A t t a c k『 J ] ．C e m．C o n e r ．R e s ．1 9 8 8， ( 1 8 ) ： 6 9 9 — 7 0 9 ． 段 田 m