某污水池腐蝕損傷分析與耐久性修復(fù)

李夢圓

（上海建科工程改造技術(shù)有限公司，上海 200032）

1 工程概況

某工廠污水池位于上海市，2005年建成投入運行至今。池長24.00m，寬18.20m，深5.55m（地下埋深1.5m），正常運行時污水池液面離頂板底面距離約2.0m。污水池東西方向分4跨，跨距為6.5，4.5m；南北方向2跨，跨距為9.6，8.6m。污水池基本為封閉結(jié)構(gòu)，上面布有2個檢修口，水深基本保持在3.0～3.5m。

污水池為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，平面布置如圖1所示，結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土設(shè)計強度等級均為C30?；A(chǔ)采用鋼筋混凝土筏板-樁基礎(chǔ)，樁長33m，樁型PHCAB500-100-33，單樁承載力設(shè)計值1 500kN；基礎(chǔ)底板厚度500mm，基礎(chǔ)板底相對標(biāo)高為-2.000m，板頂相對標(biāo)高-1.500m。鋼筋混凝土柱截面尺寸為450mm×700mm，主筋多為 25，箍筋為 8@100/200。外墻厚度400mm，配筋均為豎向主筋 18@150（雙側(cè)），水平向主筋 16@200（雙側(cè)），如圖2所示。框架梁截面尺寸為250mm×800mm，梁底主筋為3 25，箍筋為 8@100/200；次梁截面尺寸為250mm×600mm，梁底主筋為4 25，箍筋為8@200。頂板厚度150mm，板頂面配筋 12@200（雙向），板底 12@100（雙向）。

圖1 污水池頂板結(jié)構(gòu)平面布置

2 現(xiàn)場檢測結(jié)果分析

在使用過程中，發(fā)現(xiàn)污水池池壁（含池頂）出現(xiàn)混凝土爆裂、腐蝕及鋼筋銹脹現(xiàn)象。

圖2 地下室外墻配筋詳圖

現(xiàn)場對污水池頂板、側(cè)墻、頂部梁、柱的鋼筋銹蝕、混凝土腐蝕情況進(jìn)行調(diào)查，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況發(fā)現(xiàn):液面以下墻、柱均未發(fā)生腐蝕，出現(xiàn)腐蝕的混凝土構(gòu)件均位于原液面以上。

2.1 板底混凝土腐蝕情況

現(xiàn)場對污水池頂板鋼筋銹蝕、混凝土腐蝕情況進(jìn)行調(diào)查，并繪制腐蝕區(qū)域分布圖（見圖3），調(diào)查結(jié)果如下。

圖3 板底混凝土腐蝕區(qū)域分布（陰影區(qū)域腐蝕嚴(yán)重）

1）[19]～[20]軸區(qū)域板底腐蝕較輕微，除局部腐蝕深度達(dá)8mm外，其余部位均為輕微腐蝕，腐蝕深度2～3mm。

4）[17]～[18]軸區(qū)域板西側(cè)腐蝕嚴(yán)重，腐蝕深度為 8～15mm，逐漸向東側(cè)腐蝕減輕，東側(cè)腐蝕深度普遍為1～3mm。

5）[16]～[17]軸區(qū)域板底腐蝕情況為東西側(cè)板邊嚴(yán)重，腐蝕深度為4～8mm，中部腐蝕深度為1～3mm。

2.2 梁混凝土腐蝕情況

2.3 外墻內(nèi)側(cè)混凝土腐蝕情況

2.4 柱混凝土腐蝕情況

液面以下柱未見混凝土腐蝕，液面以上混凝土表面全面腐蝕，腐蝕深度為8～15mm。

3 混凝土腐蝕原因分析

污水池內(nèi)的污水來自廠區(qū)內(nèi)的工業(yè)和生活污水，根據(jù)委托方提供的污水池實測數(shù)據(jù)，污水池中水溫為26～28℃，pH值為 7.2～7.6，SO42-濃度為 330mg/L。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)及城市污水環(huán)境混凝土腐蝕機(jī)理，污水池腐蝕主要由硫化氫腐蝕引起，分為如下3個過程。

1）污水系統(tǒng)中含硫有機(jī)物分解、硫酸鹽發(fā)生厭氧還原反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫。

2）空氣中的硫化氫氣體聚積在潮濕的混凝土表面，溶于水形成硫氫酸，硫氫酸與混凝土中的Ca（OH）2反應(yīng)生成可溶性的重硫化鈣，使混凝土表面的pH值降低到適合細(xì)菌生長的環(huán)境，寄生在混凝土表面凝結(jié)水中的硫桿菌在有氧環(huán)境中將硫化氫氣體氧化為硫酸。

3）硫酸與混凝土中的某些成分發(fā)生反應(yīng)生成石膏和鈣礬石，石膏和鈣礬石遇水體積膨脹對混凝土造成破壞，腐蝕由表及里發(fā)展。

受硫酸鹽侵蝕的混凝土特征是表面發(fā)白，損壞一般從棱角開始，接著裂縫開展，表層剝落，使混凝土呈易碎、松散狀態(tài)，與現(xiàn)場混凝土腐蝕特征較為一致。

4 修復(fù)及加固建議

目前污水池原液面以上的混凝土構(gòu)件存在嚴(yán)重的混凝土及局部鋼筋銹蝕問題，引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面及鋼筋面積損失，降低原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和耐久性，進(jìn)而造成污水池結(jié)構(gòu)性能退化，存在嚴(yán)重的安全隱患。

結(jié)合本項目損傷特點，建議對污水池結(jié)構(gòu)采取以下措施進(jìn)行加固和修復(fù)。

1）采用增設(shè)支點方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固 在原污水池南北方向混凝土主梁跨中位置增設(shè)混凝土柱，新增混凝土柱布置如圖4所示，減小混凝土梁跨度，以減少因混凝土腐蝕、強度降低而承載能力下降的混凝土柱的受荷面積。新增混凝土柱建議采用致密性好的灌漿料或摻有早強劑、減水劑、消泡劑的混凝土材料。

圖4 新增混凝土柱布置平面

2）對已腐蝕的混凝土構(gòu)件進(jìn)行修復(fù) 修復(fù)前應(yīng)鑿除已出現(xiàn)腐蝕松動的混凝土，并對局部銹蝕鋼筋進(jìn)行除銹處理，涂刷鋼筋阻銹劑、粉刷聚合物砂漿。修復(fù)采用粘貼碳纖維布，防止修復(fù)后混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕，保證水解調(diào)節(jié)池后期運行安全（見圖5）。

圖5 混凝土梁修復(fù)

5 結(jié)語

本文結(jié)合現(xiàn)場損傷檢測，對污水池腐蝕原因進(jìn)行分析，并針對污水池當(dāng)前存在的問題提出相應(yīng)的加固及修復(fù)建議，相關(guān)結(jié)論可供類似工程參考。