山東半島海岸帶北段地下水土腐蝕性評價

王濤,王延師,張海林

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南　250014)

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山東半島海岸帶北段地下水土腐蝕性評價

王濤,王延師,張海林

(山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南250014)

摘要：地下水、土對建筑材料的腐蝕性使建筑物縮短使用年限，并產(chǎn)生較大的安全隱患，該文通過對山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)海岸帶北段地下水、土的調(diào)查，結(jié)合取樣分析測試結(jié)果，分析了海岸帶北段地下水、土的化學(xué)特性，評價了其對工程建設(shè)中混凝土等建筑材料的腐蝕性，并提出了防治措施和保護(hù)建議。

關(guān)鍵詞：地下水；土；腐蝕性；建筑材料;山東半島海岸帶

引文格式：王濤,王延師,張海林.山東半島海岸帶北段地下水土腐蝕性評價[J].山東國土資源，2016,32(6)：51-54.WANG Tao, WANG Yanshi, ZHANG Hailin. Evaluation on Groundwater and Soil Corrosion in Northern Coastal Zones in Shandong Peninsula[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(6)：51-54.

山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)海岸帶北段包括濱州至威海一線沿海區(qū)域，總面積約11 869 km2，區(qū)內(nèi)黃河三角洲及濰北濱海平原大面積分布第四系，地下水位埋深淺，一般在2 m左右，受海咸水入侵影響，淺層地下水多以微咸水和半咸水為主，其含水層埋深多處于工程建設(shè)層，地下水對地下隱蔽工程主要建筑材料存在較大的腐蝕性，直接影響工程建設(shè)的質(zhì)量；魯東低山丘陵區(qū)水質(zhì)較好，除濱海平原外，多數(shù)地區(qū)的地下水以淡水為主，對建筑材料腐蝕程度較輕。此外，由于地下水位埋深淺，蒸發(fā)較強(qiáng)烈，形成較大范圍鹽漬土[1]，對建筑材料同樣具有程度不一的腐蝕性。因此在開發(fā)建設(shè)山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)過程中，尤其是在集中集約用海片區(qū)建設(shè)中，查明地下水、土對建筑材料的腐蝕性并對其分區(qū)評價對當(dāng)?shù)卣?xiàng)目規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)布局具有顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

1地下水土腐蝕性原理

目前國內(nèi)外關(guān)于地下水、土對建筑材料(主要指建筑物基礎(chǔ)部分的混凝土和鋼筋)的腐蝕性以及腐蝕機(jī)理、類型、等級等研究已經(jīng)較為深入。根據(jù)相關(guān)研究成果，由于地下水、土中含有復(fù)雜的化學(xué)成分，其中某些化學(xué)成分，通過一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)和物理反應(yīng)，從而使建筑材料中的原有成分和結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，使其強(qiáng)度降低，使用年限縮短，并危及上部結(jié)構(gòu)的安全使用[2]。根據(jù)地下水、土的腐蝕性指標(biāo)及建筑材料的特性，主要包括結(jié)晶類腐蝕、分解類腐蝕和結(jié)晶分解復(fù)合類腐蝕3種類型，雖然建筑材料腐蝕的化學(xué)和電化學(xué)原理已比較清楚，但由于地下水、土所處外界環(huán)境復(fù)雜多變，因此目前只能根據(jù)影響腐蝕的主要因素進(jìn)行腐蝕性分級評價[3-4]。

2評價區(qū)概況

2.1評價區(qū)水文地質(zhì)概況

工作區(qū)氣候?qū)倥瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，年降水量較大，跨越魯西北平原和魯東低山丘陵2個水文地質(zhì)單元，其中魯西北平原區(qū)地下水類型以重碳酸氯化物型、氯化物重碳酸型和氯化物型為主，水位埋深在2 m左右，最淺處小于1 m，年變幅1～2 m；魯東水文地質(zhì)區(qū)地下水類型以重碳酸型和重碳酸氯化物型為主，水位埋深一般2～6 m，局部達(dá)10 m，年變幅大于2 m。

2.2評價區(qū)工程地質(zhì)概況

評價區(qū)膠萊河以西為濰北沖積海積平原和黃河三角洲平原，以東為低山丘陵和濱海平原。西部第四系多為沖積、海積形成，黃河三角洲地區(qū)巖性以粉土為主，其次粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土等，濰北平原地區(qū)巖性以粉質(zhì)粘土、粉土為主，其次為粉細(xì)砂和粘土，淺部以潛水和微承壓水為主；東部發(fā)育沖洪積、沖海積及坡洪積等成因第四紀(jì)堆積物，總厚度一般小于20 m，巖性以粉質(zhì)粘土、粉土、砂礫石、粉細(xì)砂為主，淺部以潛水為主。

3腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)

3.1評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)[5]規(guī)定，地下水、土對建筑材料的腐蝕性評價根據(jù)環(huán)境類型、地層滲透性等分為4個等級，微腐蝕、弱腐蝕、中等腐蝕和強(qiáng)腐蝕，分別進(jìn)行評價，當(dāng)評價結(jié)果不同時，按就高不就低原則評價，即當(dāng)只出現(xiàn)弱腐蝕時，綜合評價為弱腐蝕；當(dāng)腐蝕等級最高為中等腐蝕時，綜合評價為中等腐蝕；當(dāng)腐蝕等級出現(xiàn)一個或一個以上強(qiáng)腐蝕時，綜合評價為強(qiáng)腐蝕。地下水、土對鋼筋腐蝕性評價應(yīng)根據(jù)其氯離子含量進(jìn)行評價。

3.2評價依據(jù)

在巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)評價標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，該次評價主要依據(jù)山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)海岸帶地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目實(shí)施期間對其評價區(qū)范圍內(nèi)采取地下水、土樣品及收集區(qū)內(nèi)同一時間段內(nèi)工程勘察項(xiàng)目采取的水、土樣試驗(yàn)資料近400件，在上述資料分析研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行分區(qū)評價*山東省地礦工程勘察院,山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)海岸帶水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報告,2012年。。

4評價結(jié)果

4.1地下水對建筑材料的腐蝕性評價

4.1.1地下水對混凝土的腐蝕性評價

地下水對混凝土的腐蝕性以弱腐蝕性為主，其次為微腐蝕性，強(qiáng)腐蝕性和中等腐蝕性地下水僅零星分布。弱腐蝕性地下水主要分布于黃河三角洲中前緣，即東營牛莊鎮(zhèn)—丁莊鎮(zhèn)一線以北區(qū)域(利津陳莊鎮(zhèn)及現(xiàn)代黃河沿岸除外)、河口區(qū)至孤島鎮(zhèn)以東以北區(qū)域以及濰北濱海平原沿海地區(qū)(即營里鎮(zhèn)—龍池鎮(zhèn)—下營鎮(zhèn)以北區(qū)域)，占總面積53.56%；具中等腐蝕性地下水分布于大家洼街道附近，占總面積的1.77%；具強(qiáng)腐蝕性地下水分布于大家洼街道東南部區(qū)域，占總面積0.81%；其余地區(qū)均為微腐蝕性，占總面積的43.86%(圖1)。

圖1　地下水對混凝土腐蝕性分區(qū)圖

4.1.2地下水對鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕性評價

評價區(qū)對混凝土中的鋼筋具強(qiáng)腐蝕性地下水主要分布于河口義和鎮(zhèn)—孤島鎮(zhèn)以北及史口鎮(zhèn)—東營城區(qū)—營里鎮(zhèn)—下營鎮(zhèn)以東以北區(qū)域，占總面積43.14%；中等腐蝕性地下水分布于河口孤島至墾利縣城以北、利津縣城北部及東營城區(qū)—營里鎮(zhèn)—下營鎮(zhèn)一線以南區(qū)域，占總面積23.82%；弱腐蝕性地下水主要分布于利津縣城至河口區(qū)六合鎮(zhèn)、萊州土山及萊州市東北部、龍口市周圍、蓬萊東部、煙臺福山區(qū)及牟平沿海平原，占總面積15.61%；其余地區(qū)地下水的腐蝕性均為微腐蝕性，占總面積的17.43%(圖2)。

4.2土對建筑材料腐蝕性評價

黃河三角洲及濰北濱海平原地下水位埋深較淺，一般小于2 m，大面積分布鹽漬化土，表層第四系土層巖性以粉土和粉質(zhì)粘土為主，土對建筑材料存在較大的腐蝕性，直接影響工程建設(shè)的質(zhì)量；魯東低山丘陵區(qū)水位埋深相對較大，除濱海平原外，多數(shù)地區(qū)的地下水對建筑材料腐蝕性較弱，因此評價土對建筑材料的腐蝕性顯得非常有意義。

4.2.1土對混凝土的腐蝕性評價

根據(jù)土樣測試資料，對混凝土的腐蝕性主要為3級，即微腐蝕性、弱腐蝕性和中等腐蝕性，以微腐蝕性為主，其次為弱腐蝕性。對混凝土具弱腐蝕性地下水主要分布于新戶鎮(zhèn)至刁口、黃河港附近、永安鎮(zhèn)—道口鎮(zhèn)—央子鎮(zhèn)等區(qū)域，呈條帶狀展布，占總面積的26.20%；具中等腐蝕性土主要分布于羊口鎮(zhèn)—下營鎮(zhèn)附近，占總面積的4.72%；其余地區(qū)均為微腐蝕性，占總面積的69.08%(圖3)。

圖2　地下水對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕性分區(qū)圖

圖3　土對混凝土腐蝕性分區(qū)圖

4.2.2土對鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕性評價

根據(jù)土樣試驗(yàn)資料，對混凝土中的鋼筋腐蝕性分為4級，即微腐蝕性、弱腐蝕性、中等腐蝕性和強(qiáng)腐蝕性。新戶鎮(zhèn)—河口區(qū)駐地—孤島鎮(zhèn)以北以東區(qū)域和永安鎮(zhèn)以東區(qū)域，具強(qiáng)腐蝕性，占總面積的19.72%；龍口屺坶島、龍口市東部、萊州三山島附近及羅鎮(zhèn)鄉(xiāng)—墾利縣—東營市駐地—大家洼鎮(zhèn)—下營鎮(zhèn)一線區(qū)域，具中等腐蝕性，占總面積的41.98%；利津縣駐地至鹽窩鎮(zhèn)、五臺鎮(zhèn)—青鄉(xiāng)鎮(zhèn)—土山鎮(zhèn)—過西鎮(zhèn)—辛莊鎮(zhèn)一線區(qū)域，具弱腐蝕性，占總面積的12.94%；其余地區(qū)為微腐蝕性，占總面積的25.36%(圖4)。

5工程保護(hù)措施和建議

由于地下水、土對建筑材料產(chǎn)生較大的危害，如處理不當(dāng)，會在很大程度上影響建筑工程的使用壽命和安全運(yùn)行。工程建設(shè)中建筑材料對地下水、土腐蝕性的防護(hù)措施較多，主要可從原材料和施工方法2個方面考慮[6]。

圖4　土對混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕性分區(qū)圖

5.1合理選擇建筑材料

首先根據(jù)地區(qū)環(huán)境和腐蝕性等級選用正確的水泥品種，從而保證混凝土的強(qiáng)度；其次要嚴(yán)格控制混凝土中粗細(xì)集料的致密性、吸水率和雜質(zhì)含量；最后要選擇合適水源作為混凝土攪拌和養(yǎng)護(hù)用水。

5.2采用正確的施工方法

第一可在混凝土中加入適量的密實(shí)劑、防銹劑等外加劑，以提高混凝土的各項(xiàng)性能；第二選擇合適的混凝土配合比；第三增加混凝土鋼筋保護(hù)層厚度；第四在混凝土表層涂抹瀝青等防護(hù)層。

6結(jié)語

山東藍(lán)色半島經(jīng)濟(jì)區(qū)海岸帶北段瀕臨渤海和黃海，受海洋季風(fēng)氣候和海咸水入侵等綜合因素影響，地下水、土中氯離子、硫酸根和礦化度等成分相對其他地區(qū)較高，因此地下水、土對建筑材料的侵蝕性等級較高，影響面積較大。由于地下水、土主要對建筑基礎(chǔ)中建筑材料進(jìn)行腐蝕，過程較為緩慢，隱蔽性較強(qiáng)，不宜被發(fā)覺，一旦產(chǎn)生問題，則很難處理。因此詳細(xì)查明地下水、土腐蝕類型、等級、分布范圍等特性，對于政府部門的合理規(guī)劃，工程建設(shè)中建筑材料選用，保護(hù)處理措施的選用、工程造價的減少，尤其對工程建筑的安全保證具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊詢昌，石陽，馮守濤,等.黃河下游(山東段)主要環(huán)境生態(tài)地質(zhì)問題[J].山東國土資源，2010,26(1)：17-19.

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[6]林功丁.建筑物基礎(chǔ)抗水土腐蝕的防護(hù)措施研究[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2011,(2)：71-72.

Evaluation on Groundwater and Soil Corrosion in Northern Coastal Zones in Shandong Peninsula

WANG Tao, WANG Yanshi, ZHANG Hailin

(Shandong Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Jinan 250014, China)

Abstract：Corrosion of groundwater and soil to building materials will shorten service life of buildings and produce great security risks. Through survey on groundwater and soil in northern coastal zones of Shandong Peninsula Blue Economic Zone, combining with sampling test results, chemical characteristics of underground water and soil in the northern coastal zones have been analyzed, the corrosion to building materials, such as concrete have been evaluated, and prevention measures and protection suggestions have been put forward.

Key words：Groundwater; soil; corrosion; building materials; coastal zones of Shandong Peninsula

收稿日期：2015-08-13；

修訂日期：2015-09-20；編輯：王敏

作者簡介：王濤(1975—)，男，山東萊州人，高級工程師，主要從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)工作；E-mail：shuihuan801@163.com

中圖分類號：P641.69

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B