本站小編為你精心準備了污水混凝土構筑物腐蝕情況分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：通過混凝土中性化深度測試并綜合XRD、SEM、EDS、X-CT等微觀測試手段對既有污水混凝土構筑物表層混凝土的腐蝕深度進行定量化表征。對污水混凝土構筑物內部混凝土力學性能、微觀性能、內部鋼筋銹蝕情況、氯離子含量分布進行測試，確認內部混凝土的腐蝕情況。通過污水水質分析推測污水混凝土構筑物腐蝕破壞的可能原因。結果表明，既有污水混凝土構筑物表面往下深度5mm以內的混凝土受腐蝕較為嚴重，表面往下5~22mm深度范圍內的混凝土發生輕度的鈣溶蝕，距腐蝕表面深度大于22mm的內部混凝土未受腐蝕，污水構筑物表層混凝土受腐蝕的主要原因為有機物在微生物作用下形成的酸溶蝕。

關鍵詞：污水混凝土；腐蝕深度；中性化；鈣硅比；氯離子分布；微觀形貌

前言

城市污水混凝土構筑物如污水廠的污水處理池、地下工程中的污水處置箱涵、城市污水輸送泵站、雨污合流深層隧道調蓄工程的混凝土管片等，長期與污水接觸，通常會發生明顯的粉化、剝落、開裂、鋼筋外露、表面呈蜂窩麻面狀等腐蝕破壞[1-2]，影響設施的安全使用。許多污水混凝土構筑物在發生明顯腐蝕破壞后需要了解混凝土的腐蝕深度，以此為基礎對混凝土進行耐久性評估與后續維護。本文以上海某城市污水輸送干線的泵站混凝土為例，采用XRD表征不同深度粉末樣品CaCO3、Ca（OH）2峰強變化，SEM表征不同深度處水化產物形貌變化，EDS表征水化產物鈣硅比隨深度的變化，X-CT斷層圖像分析表征表層混凝土低密實度區域的深度，結合中性化深度測試結果，定量化地確定混凝土的腐蝕深度；通過內部混凝土的強度、水化產物鈣硅比變化、氯離子含量分布、內部鋼筋銹蝕情況等測試判定內部混凝土的腐蝕情況；對水樣水質及侵蝕性介質含量測試，分析既有污水混凝土構筑物的腐蝕機理。結合表層和內部混凝土腐蝕情況結果，確定污水混凝土構筑物的腐蝕深度，以期為污水混凝土構筑物的耐久性評估作技術支撐。

1樣品制備

從上海某城市污水輸送干線泵站箱涵混凝土表面向下鉆取2個直徑100mm、長度200mm的芯樣。將1個芯樣烘干后按1~2mm每層的深度分層粉磨，得到的粉末樣品用于XRD測試和氯離子含量分布測試，分層粉磨的深度如表1所示。另一個沈貴陽，劉遠祥，樊俊江既有污水混凝土構筑物表層及內部混凝土腐蝕情況研究混凝土芯樣從表面切割出帶腐蝕表面的混凝土片，用于X-CT測試，并從混凝土薄片和剩余混凝土中切割出立方體小試塊，烘干后用于掃描電鏡和能譜測試。兩個混凝土芯樣的剩余部分切割出直徑為100mm、長度為100mm的圓柱體試塊，表面磨平后進行抗壓強度試驗。

2測試與結果分析

2.1表層混凝土腐蝕深度的確定

2.1.1混凝土芯樣中性化深度將混凝土芯樣剖開后噴上（或滴上）濃度為1%的酚酞酒精溶液，測試表面未變紅區域深度，即為中性化深度。經測量，兩個剖面處的中性化深度分別為4mm、5mm，如圖1（a）、圖1（b）所示。

2.1.2混凝土芯樣中物相含量隨深度的變化規律采用XRD方法測試粉磨樣品的物相組成隨深度的變化規律，測試結果如圖2~圖3所示。不同深度處粉末樣品的物相分析結果表明，A、B、C三個樣品在2θ值為29°處有明顯的CaCO3特征峰，D、E樣品的該CaCO3特征峰強度較弱，F~J粉末樣品的該特征峰消失。C粉末樣品的粉磨深度為4.6mm，結合中性化深度測試結果，發現混凝土在表面深度5mm范圍內發生了明顯的碳化。L、M、N、O粉末樣品在2θ值為18°左右處均有明顯的Ca（OH）2峰，K樣品的該Ca（OH）2峰強度較弱，F~J粉末樣品均未發現該特征峰。末樣品的粉磨深度為21.1mm，表明混凝土表層22mm范圍內Ca（OH）2的含量較少，混凝土中的Ca（OH）2受到溶蝕或與滲入的酸性物質反應而被消耗。距表面大于22mm的混凝土粉末樣品中觀察到較為明顯的Ca（OH）2峰，說明內部混凝土基本未受腐蝕。

2.1.3混凝土微觀形貌隨深度的變化規律在樣品表層按深度每1mm用記號筆做標記，通過掃描電鏡觀察不同深度處混凝土微觀形貌的差別，并觀察了內部深度22~23mm處水化產物形貌進行對比，如圖4所示。結果表明，與污水直接接觸的混凝土表面，砂石基本處于裸露狀態，未發現板狀水化產物；在深度為0~1mm區域，發現板狀水化產物，但并未呈現大片連續板狀結構，而呈現碎片狀，說明該區域水化產物受到了很嚴重的腐蝕；在深度為3~5mm區域，水化產物有較大的連續板狀結構，但部分地方結構有所損傷，說明該區域水化產物也受到了一定程度的腐蝕；深度6~7mm區域，凝膠類水化產物形貌完整，表面分布大量其他顆粒狀水化產物，混凝土受腐蝕程度較輕或基本未受腐蝕；在深度為22~23mm區域，觀察到的凝膠類水化產物結構完整，并能發現有六方片狀Ca（OH）2和針棒狀鈣礬石，表明內部混凝土基本未受腐蝕。

2.1.4混凝土中鈣硅比隨深度的變化規律距混凝土樣品表面不同深度水化產物的鈣硅比測試結果見圖5。根據水泥水化理論，硬化混凝土水泥漿中C-S-H凝膠的鈣硅比在1.7左右。當有大量摻合料時，火山灰反應使其降至1.2左右[3]，當有Ca（OH）2共存時，鈣硅比測試值為2.0左右，故認為混凝土水化產物鈣硅比測試結果在1.2~2.0范圍內是合理的。測試結果表明，距混凝土表面深度小于5mm時，混凝土水化產物鈣硅比明顯低于1.2；深度大于5mm時，水化產物的鈣硅比測試結果較為穩定，保持在1.2~2.0左右。說明在與污水接觸的混凝土表面以下5mm范圍內，混凝土水化產物中的鈣元素大量流失，混凝土受到了較為嚴重的侵蝕[4]；混凝土內部鈣硅比穩定，水化產物受侵蝕的可能性較低。

2.1.5混凝土表層低密實度區域深度對污水泵站混凝土芯樣表層進行X-CT斷層成像，通過不同區域灰度值的變化可判斷腐蝕深度，如圖6所示。從表面切割得到20mm厚混凝土片的X-CT斷層圖像來看，距腐蝕表面深度為4~5mm范圍內（整體厚度的1/4），有明顯的低灰度區域（白色虛線以上部分），表明該區域混凝土受腐蝕后微小孔隙數量增多、密實度降低，腐蝕較為嚴重。

2.2混凝土內部宏觀性能的分析

2.2.1混凝土芯樣抗壓強度污水泵站混凝土芯樣內部切割得到的3個混凝土試塊的抗壓強度平均值為44.3MPa，污水泵站構筑物的混凝土設計強度等級通常為C25~C30，測試結果仍滿足設計強度等級要求。說明混凝土構筑物除表面腐蝕區域外，內部混凝土的力學性能保持良好，未受到損傷。

2.2.2內部鋼筋銹蝕情況分析將芯樣中的混凝土破型后取出鋼筋觀察鋼筋銹蝕情況，未發現有任何銹蝕的跡象，表明芯樣內部區域混凝土性能良好，對鋼筋起到了良好的保護作用。

2.2.3氯離子含量及分布隨深度的變化規律參照NTBUILD443—1995《硬化混凝土加速氯離子滲透測試方法》，測試不同深度處樣品中的酸溶性氯離子含量，結果見圖7。隨著深度的增加，混凝土中氯離子含量呈先升后降再逐漸穩定的趨勢。說明污水中氯離子僅在混凝土的表層發生擴散，未擴散到混凝土內部。測得的氯離子含量最大為0.0719%（折算到占膠凝材料重量百分比為0.395%），依據專著《大型海工混凝土結構耐久性研究與實踐》中的結論，對于混凝土使用壽命預測或者耐久性設計，導致鋼筋銹蝕的氯離子臨界濃度為0.4%~1.0%（占膠凝材料重量百分比）。芯樣內部氯離子含量明顯低于氯離子臨界濃度，表明污水混凝土構筑物不太可能受到氯鹽侵蝕而引起混凝土中鋼筋銹蝕破壞。從深度大于23mm開始，混凝土的氯離子含量測試結果極低且區域穩定，表明污水中的侵蝕性介質基本不可能滲入到該深度。

3腐蝕程度判定

綜合各項測試分析結果，既有污水構筑物混凝土表層4~5mm范圍內發生明顯中性化且水化產物中的鈣元素流失嚴重，鈣硅比明顯低于1.2，水化產物結構受到破壞，表層混凝土區域密實度降低，四種微觀測試手段的測試結果具有較高的一致性，可確定既有污水混凝土構筑物與污水直接接觸的表面往下4~5mm的混凝土受到了較為嚴重的腐蝕?；炷帘韺右韵律疃?2mm范圍內未發現到明顯的Ca（OH）2峰，且氯離子含量在該深度范圍內有一定的波動，表明該深度范圍混凝土也可能受到輕微的鈣溶蝕?；炷粮g表面以下大于22mm深度處混凝土水化產物結構完整，能發現明顯的Ca（OH）2峰且水化產物鈣硅比穩定在正常范圍1.2~2.0，混凝土中的氯離子含量隨深度變化也趨于穩定。芯樣內部抗壓強度保持良好，內部鋼筋未發生銹蝕，表明污水混凝土構筑物距腐蝕面大于22mm的內部混凝土未受到侵蝕。

4腐蝕原因分析

對污水泵站中的污水進行取樣檢測，分析可能的腐蝕原因，檢測結果如表2。由表2可知，泵站污水樣pH基本呈中性，未達到酸性腐蝕環境條件；污水中氯化物含量88.1mg/L，低于GB/T50476—2017《混凝土結構耐久性設計規范》規定的水中氯離子濃度較低等級100~500mg/L，未形成氯離子侵蝕環境；污水中硫酸根離子濃度明顯低于水中硫酸鹽環境作用等級V-C級200~1000mg/L，未形成硫酸鹽侵蝕環境；污水中COD值為176mg/L，高于GB18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》三級標準限值120mg/L，有機物含量較高，水體污染較為嚴重，含硫有機物在厭氧環境下與厭氧微生物反應，生成H2S氣體，當H2S接觸到混凝土的潮濕表面后被立即吸附，滯留在這層潮濕凝結水層中的H2S接著就會被硫桿菌屬的好氧菌轉換成H2SO4，對混凝土表面產生了酸腐蝕[5]，在污水沖刷的條件下發生剝落，未剝落區域即既有混凝土表面在一定深度也受到了酸腐蝕而發生了中性化[6]。

5結論

（1）采用表層混凝土中性化深度測試并綜合XRD、SEM、EDS、X-CT等微觀測試手段可以對污水混凝土構筑物表層混凝土的腐蝕深度進行定量化的判斷。（2）既有污水混凝土表面往下深度4~5mm范圍內水化產物發生明顯中性化，水化產物微結構受破壞不再完整，鈣硅比明顯偏低，區域混凝土密實度降低，混凝土受到了較為嚴重的腐蝕。表層往下深度5~22mm范圍內混凝土物相分析未發現明顯Ca（OH）2峰，但水化產物結構基本完整，鈣硅比在正常范圍內，混凝土可能受到了輕微的鈣溶蝕。深度大于22mm的內部混凝土力學性能保持良好、鋼筋未發生銹蝕、水化產物結構完整、物相分析發現明顯Ca（OH）2峰、且氯離子含量分布穩定，混凝土基本未受到腐蝕。（3）根據污水水樣的測試分析，污水混凝土構筑物可排除氯離子侵蝕、硫酸鹽侵蝕因素引起的破壞，其腐蝕破壞原因主要為含硫有機物在微生物作用下引起的酸腐蝕。

參考文獻：

[1]韓靜云,張小偉,田永靜,等.污水處理系統中混凝土結構的腐蝕現狀調查及分析[J].混凝土,2000(9):52-54.

[2]韓靜云,張小偉,陳忠漢,等.混凝土排污管的微生物腐蝕[J].混凝土與水泥制品,2000(12):28-30.

[3]耿健.混合水泥水化產物中C-S-H凝膠的半定量分析[D].武漢:武漢理工大學,2005.

[4]蔣慷.礦渣-粉煤灰-水泥復合材料的鈣溶蝕過程研究[D].南京:南京理工大學,2016.

[6]孔麗娟,韓夢迪,吳志剛.碳化對污水環境下混凝土性能的影響[J].硅酸鹽學報,2018,46(8):1117-1125.

作者：沈貴陽 劉遠祥 樊俊江 單位：上海市建筑科學研究院