李淑琴

（河北省子牙河河務(wù)管理處 衡水 053000）

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水工建筑物遭受環(huán)境污水腐蝕破壞日趨嚴(yán)重，水污染影響了水利工程的安全運(yùn)行及防洪、城市供水等效益的發(fā)揮，加重了工程的維護(hù)和重建費(fèi)用。研究環(huán)境污水對水工建筑物的腐蝕及防護(hù)對策，對增強(qiáng)建筑物的耐久性，維護(hù)工程安全運(yùn)行，非常重要。

1 污水調(diào)查及水質(zhì)分析

海河流域水污染相當(dāng)嚴(yán)重，根據(jù)《海河流域水資源公報(bào)》，在監(jiān)測的33個(gè)河流斷面中，劣Ⅴ類水質(zhì)的有20個(gè)斷面，占61%。

a.生活污水中的溶解物質(zhì)主要包括有機(jī)物分解生成的氨氮，其次有各種氯化物、磷酸鹽和硫酸鹽等。此外，還有溶解氣體如硫化氫、二氧化碳等；生活污水呈弱堿性，其pH值約為7.2～7.3，污水中含有大量氮和鹽類。

b.城市污水是指排入城市污水管網(wǎng)的各種污水的總和，有生活污水，也有一定量的各種工業(yè)廢水，還有地面的降雨、融雪水，并夾雜各種垃圾、廢物、污泥等，是一種成分極為復(fù)雜的混合液體。特別是工業(yè)廢水排放量增加，城市污水水質(zhì)組成也不斷變化。城市地表徑流的水質(zhì)是影響城市下游河流水質(zhì)的一個(gè)非常重要方面。

c.工業(yè)污水包括焦化、化學(xué)工業(yè)、有機(jī)合成、發(fā)酵食品等工廠排放的污水。焦化廠廢水對河流水體污染較為嚴(yán)重，而且直接影響到水質(zhì)的酸堿性。

d.酸雨是指pH值小于5.6的降水，酸雨中含有各種無機(jī)酸和有機(jī)酸，主要是硫酸和硝酸。是由于礦物燃燒產(chǎn)生二氧化硫和金屬冶練過程中高溫燃燒產(chǎn)生氮氧化合物轉(zhuǎn)化成硫酸和硝酸。

由于地面水體來源復(fù)雜，因而造成了水體成分、性質(zhì)的復(fù)雜性，受污染的地面環(huán)境水體的酸堿性已呈現(xiàn)不穩(wěn)定特點(diǎn)。根據(jù)海河流域各主要河流的監(jiān)測資料，水體污染超標(biāo)的主要有揮發(fā)酚、汞、氨氮、COD、硫化物、溶解氧等指標(biāo)。

對水工建筑物有危害的物質(zhì)有酸性水（pH<6.5）、溶解氧、侵蝕性CO2、鈣、鎂、硫酸鹽、總磷、鉀、鈉、氯化物等。對水工建筑危害甚微的物質(zhì)有硫化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、汞、揮發(fā)酚。對水工建筑物有拒抗作用的物質(zhì)有碳酸根、重碳酸根、氨氮、氰、六價(jià)鉻以及耗氧物質(zhì)。

目前，工程界在環(huán)境水對混凝土腐蝕性研究中，主要側(cè)重在水體的酸堿性及地下水和土壤中含有的硫酸鹽、碳酸鹽、鎂鹽和氯化物對混凝土的腐蝕方面，并且取得了卓有成效的成果，制定了有關(guān)腐蝕性判別的標(biāo)準(zhǔn)，對指導(dǎo)混凝土防腐蝕設(shè)計(jì)發(fā)揮了重要作用。然而，地表水體一方面受到地下水水質(zhì)的影響，另一方面還受到人類活動(dòng)而形成的地表污染源的影響，其水質(zhì)成分一般都非常復(fù)雜。工程界評價(jià)環(huán)境水的腐蝕性，基本上僅限于 pH 值而對于環(huán)境污水用如上指標(biāo)進(jìn)行評判，往往不顯示腐蝕性。但在實(shí)際中，處于環(huán)境污水中運(yùn)行的水工建筑物，常受到嚴(yán)重的腐蝕，使用壽命大大縮短。究其原因，主要是環(huán)境污水的成分一般都相當(dāng)復(fù)雜，水體中各種污染物質(zhì)對水工建筑物的影響并不是孤立的、單向的，而是一種綜合影響，既有協(xié)同作用，又有拒抗作用，且污水中各種污染物的種類、濃度是因時(shí)因地而異的，其危害程度還與水工建筑物的建筑材料和所處的自然環(huán)境有關(guān)。

2 水工建筑物被腐蝕情況

2.1 總體情況

海河流域河北省內(nèi)水利工程受害情況非常嚴(yán)重，根據(jù)對河北省各河道上水工建筑物的調(diào)查，環(huán)境污染水對水利工程造成了嚴(yán)重的破壞。共調(diào)查了水利工程2766座，其中有1107座水利工程建筑物受到不同程度的污水危害，占調(diào)查總數(shù)的40%，其中，嚴(yán)重受污水危害的水利工程就有501座。受危害的水工建筑物主要有水閘、泵站、橋涵等。

2.2 對水閘的侵蝕危害

河北省共有117座水閘受到水污染的影響，其中受到明顯損害的有61座。受損的部位大多是閘門、閘墩等，受損癥狀是水閘閘門板鋼筋及其他鐵構(gòu)件被污水侵害造成銹蝕、混凝土構(gòu)件表面大面積剝蝕等。重點(diǎn)對海河流域中子牙河水系上的4座閘涵樞紐（獻(xiàn)縣樞紐、艾辛莊樞紐、大西頭樞紐、小范樞紐）進(jìn)行了詳細(xì)研究，主要被腐蝕情況如下：

a.混凝土結(jié)構(gòu)。各樞紐工程節(jié)制閘受污水腐蝕，閘墩表面局部混凝土疏松、剝落、有些部位鋼筋裸露，銹蝕嚴(yán)重。剝蝕深度10～20 mm，表面粗燥，呈蜂窩狀，局部骨料外露。

b.閘門腐蝕情況。大部分閘門水上部分涂層脫落，存在少量銹包，為一般銹蝕，水下門葉涂層完全剝落，布滿剝離銹層，銹層多數(shù)厚達(dá)5mm以上。鏟掉銹層后發(fā)現(xiàn)密集成片的銹坑，局部較深的銹坑深度在2 mm以上，屬較重銹蝕。閘門后部的主梁板銹蝕嚴(yán)重，局部已銹透。閘門止水壓板水下部分局部銹透。最大銹蝕量為6.4mm，閘門平均蝕余厚度3.6～7.2mm，平均銹蝕速度為0.199mm/年。銹皮后4～10mm。閘門中下部銹包面積10cm×10cm，鏟掉修皮后面板凹凸不平，銹坑一般深1～2mm。閘門下主梁后翼緣邊緣多處銹損，測量厚度均小于6mm。主輪大部分銹死。經(jīng)檢測，閘門及主要構(gòu)件銹蝕量和銹蝕速率見表1、表2、表3。

表1 艾辛莊樞紐閘門水下部分銹蝕量（打磨后）

表2 大西頭樞紐主要構(gòu)件銹蝕量與銹蝕速率統(tǒng)計(jì)

表3 小范樞節(jié)制閘閘門銹蝕量與銹蝕速率統(tǒng)計(jì)

3 水工建筑物的防護(hù)措施

水利水電工程中最常用的建筑物結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，污水使混凝土的結(jié)構(gòu)和閘門鋼結(jié)構(gòu)性質(zhì)劣化，耐久性降低，造成混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的破壞。經(jīng)過幾年的探索，找到了幾種水工建筑物防護(hù)措施。

3.1 混凝土表面涂層保護(hù)

a.采用YJ－302膠劑和高標(biāo)號水泥配制封填材料保護(hù)。實(shí)際中可在混凝土表面做防護(hù)涂料，封閉表面的孔隙，使水和空氣中的有害介質(zhì)不能進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，達(dá)到保護(hù)鋼筋混凝土的效果。

b.高分子聚合物水泥防水涂料。對閘墩及導(dǎo)流墻混凝土處理，可采用高分子聚合物水泥防水涂料。高分子聚合物水泥防水涂料是由高聚物、特種水泥及輔助劑采用特殊工藝配制而成，材料結(jié)構(gòu)形成機(jī)理為：水泥水化形成具有膨脹性能的水泥凝膠體，高聚物則形成具有粘性強(qiáng)的聚合物網(wǎng)絡(luò)，貫穿于混凝土隙中，由于高聚物與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，生成離子鏈結(jié)合的互穿網(wǎng)絡(luò)交織結(jié)構(gòu)，能牢固地結(jié)合在一起，并形成結(jié)構(gòu)密實(shí)的彈性復(fù)合體。這種材料既有無機(jī)材料的物理性能又有橡膠類材料良好的彈性變形性能，具有防水、抗裂、耐腐蝕、耐高低溫、粘結(jié)力強(qiáng)等特點(diǎn)。用作界面處理劑，比普通水泥砂漿的粘強(qiáng)度提高5～8倍，材料拉伸強(qiáng)度2.3MPa，材料粘結(jié)力1.6MPa，凍融循環(huán)200次水泥層不剝落，無裂紋。

c.防酸侵蝕涂層。除了大氣中有害氣體對混凝土基體侵蝕，導(dǎo)致pH值下降以外，混凝土結(jié)構(gòu)還會(huì)遭受周圍污染水中酸的侵蝕。這時(shí)需采用涂層防止酸的侵蝕。這種涂層必須能經(jīng)受更嚴(yán)酷的化學(xué)侵蝕，以保護(hù)混凝土基體。采用雙組分聚氨酯涂層可以抵御較輕微的酸侵蝕，它能讓水蒸氣通過涂層薄膜，有較好的防護(hù)效果。但當(dāng)混凝土已經(jīng)受到嚴(yán)重侵蝕時(shí)，因上述的聚氨酯涂層較薄，很難保護(hù)連續(xù)性，因此，不宜使用。在這種情況下，最好采用較厚的環(huán)氧材料涂層。

d.硅烷。硅烷是低分子量的硅化合物，被用來作為新建混凝土結(jié)構(gòu)的水性浸漬材料。硅烷浸漬到混凝土孔隙中，在有水分的情況下，含硅物質(zhì)在孔隙內(nèi)表面形成化學(xué)鍵。分子的活性部分是排布在孔隙內(nèi)表面的增水性沉積物質(zhì)。浸漬后混凝土表面可以阻止低壓下水分的侵入以及減輕二氧化碳?xì)怏w的侵蝕。

e.硅氧烷。硅氧烷也是硅質(zhì)浸漬材料。由于其分子量大于硅烷，浸漬效果比硅烷差，但硅氧烷比硅烷便宜得多，硅氧烷主要用于浸漬阻力較小的表面風(fēng)化脫皮的老混凝土結(jié)構(gòu)。由于硅烷和硅氧烷都具有憎水性，導(dǎo)致二氧化碳和其他氣體對混凝土的滲透增加。這是因?yàn)橥繉颖砻婵紫秲?nèi)的水分含量明顯較低，致使阻止氣體滲透能力下降，因?yàn)榉捞蓟繉討?yīng)具有阻止氣體滲透和良好的粘結(jié)力雙重特性。因此硅烷或硅氧烷浸漬涂層不宜用于防碳化涂層。

f.表面先處理后涂層措施。對混凝土表面處理是為了確保涂層的連續(xù)性不被表面缺陷所破壞。表面處理可以使用膠乳改性水泥灰漿或樹脂灰漿，但這兩種材料成本相對較高，所以常作為整個(gè)涂層系統(tǒng)的一部分。對于堅(jiān)硬完好的混凝土表面，在表面完好的情況下，為了增強(qiáng)抗腐蝕性能，也要進(jìn)行涂層保護(hù)。

g.采用乳化瀝青增強(qiáng)抗蝕性。陽離子乳化瀝青可改善混凝土的抗?jié)B性和抗裂性，在鋼筋混凝土中使用可延長鋼筋的使用壽命。對已受酸水污染侵蝕的工程進(jìn)行噴涂修補(bǔ)，可以增強(qiáng)抗蝕性，延長工程使用年限，效益十分可觀。

3.2 鋼筋保護(hù)

采用混凝土阻銹劑，阻止水和空氣進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，特別是深入到鋼筋表面，從而防止混凝土耐久性破壞。適用于所有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，效果明顯。在實(shí)際中很難避免水和空氣中的有害介質(zhì)進(jìn)入到混凝土內(nèi)部，阻止可能和鋼筋發(fā)生銹蝕反應(yīng)，因此可借助新型的阻銹材料，使鋼筋表面鈍化，阻止鋼筋表面發(fā)生陰陽極反應(yīng)，防止銹蝕破壞，從而延長結(jié)構(gòu)的耐久性。

3.3 鋼閘門保護(hù)

根據(jù)鋼閘門與周圍物質(zhì)的不同作用，一般把腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。當(dāng)環(huán)境水對金屬結(jié)構(gòu)具有腐蝕性時(shí)，僅采用通常的噴鋅外加涂料的防腐蝕措施，防腐效果的持久性往往難以令人滿意。因此可以在表面保護(hù)的基礎(chǔ)上，外加犧牲陽極保護(hù)法。閘門埋件可以采用抗腐蝕性強(qiáng)的不銹鋼材料制作。

4 防腐蝕實(shí)體經(jīng)驗(yàn)

a.艾辛莊樞紐、大西頭節(jié)制閘加固處理。

在2002年和2004年對河北省子牙河河務(wù)管理處管理的艾辛莊樞紐節(jié)制涵洞閘墩、大西頭節(jié)制閘閘墩進(jìn)行了防護(hù)加處理?；炷羷兾g處理，主要部位是長期處于水下閘墩表面，約2.5m高。采用YJ－302膠劑和高標(biāo)號水泥配制封填材料，對混凝土結(jié)構(gòu)剝蝕區(qū)域進(jìn)行了處理。閘墩及導(dǎo)流墻混凝土采用彈性高分子水泥防水涂料處理。具體施工方法為：?表面清理：以人工對混凝土面進(jìn)行處理。對裂縫部位用鋼釬開槽，鑿出內(nèi)部鋼筋，并對鋼筋表面進(jìn)行除銹處理；對混凝土用打磨機(jī)清除疏松表層，打出堅(jiān)硬混凝土面，清除毛面浮渣；?材料配備：彈性高分子材料、高標(biāo)號水泥、砂子、水按比例拌和；?在結(jié)合面涂刷材料2～3遍，厚2mm左右，形成薄膜保護(hù)層。

b.獻(xiàn)縣樞紐、小范樞紐、大西頭船閘加固處理。

獻(xiàn)縣樞紐節(jié)制閘、進(jìn)洪閘閘墩，小范樞紐節(jié)制閘、船閘閘墩，大西頭船閘閘墩，在2005年和2007年采用普通膠劑與高標(biāo)號水泥配制封填材料，進(jìn)行混凝土表面涂層保護(hù)，經(jīng)施工修復(fù)，工程外觀平整，類似新澆筑混凝土，有效地防止了環(huán)境污水對結(jié)構(gòu)的侵蝕以及混凝土內(nèi)鋼筋的銹蝕。

工程防護(hù)完成后，數(shù)年的運(yùn)行表明：所選用加固材料具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，防腐效果很好，足以抵抗污水的腐蝕作用，工程運(yùn)行良好，較大地延長了工程的使用壽命。