溫州地區(qū)淺層軟水腐蝕性評價研究

齊雷

(溫州市交通規(guī)劃設(shè)計研究院，溫州 325000)

軟水在我國長江以南濕熱多雨、地面水系發(fā)育、河流縱橫交錯、水網(wǎng)密布、徑流短、排泄快的紅土地區(qū)廣泛存在[1]。溫州位于浙江東南部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，地勢從西南向東北呈梯形傾斜，地貌單元多樣，地下淺層軟水分布較廣泛。

我國巖土規(guī)范將低礦化度軟水定義為礦化度低于0.1 g/l的天然水，并且給出了腐蝕性評價方法(以下簡稱“規(guī)范法”)[2]。然而，僅按照規(guī)范法簡單查表判定得到的結(jié)果，經(jīng)常與本地區(qū)工程結(jié)構(gòu)的腐蝕情況和防腐蝕經(jīng)驗出入很大。

以往的文獻重點關(guān)注地下水腐蝕機理、腐蝕試驗、腐蝕性評價及少量腐蝕調(diào)查研究。例如王鎧等研究了地下水腐蝕機理及對腐蝕類型進行分類，提出了綜合評價方法[1]；陳綱對不同腐蝕介質(zhì)濃度下混凝土質(zhì)量、強度的變化規(guī)律進行了試驗研究[3]；王鎧調(diào)查研究了我國低堿度軟水分布、腐蝕特征概況及腐蝕性評價[4]；胡明玉等對江西省混凝土水庫大壩溶出性侵蝕進行了調(diào)查研究[5]；顧寶和等提出應(yīng)理性評價水對建筑材料的腐蝕性[6]。從以上研究可以看出，對于淺層軟水腐蝕性研究較少，其中區(qū)域性研究更是鮮有報道。因此，查明溫州地區(qū)淺層軟水化學(xué)特征，準(zhǔn)確進行腐蝕性評價，開展區(qū)域性研究具有實際意義。

1 淺層軟水化學(xué)特征

由于地下水具有垂直分層特征，淺層與深層地下水水化學(xué)特征大為不同[7]，且一般工程建設(shè)均在淺層地下水埋深范圍內(nèi)，故本文研究對象僅為淺層地下軟水。收集溫州地區(qū)淺層地下水219個水樣化學(xué)分析成果，根據(jù)西部中低山區(qū)(海拔>500 m)、中部低山丘陵盆地區(qū)(海拔50～500 m)、東部平原灘涂區(qū)(海拔<50 m)、沿海島嶼區(qū)(海拔<200 m)4個地貌分區(qū)，分別統(tǒng)計軟水水樣占總水樣數(shù)的百分比(表1)，發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)淺層軟水分布特征如下：①淺層軟水在全區(qū)范圍內(nèi)分布較廣泛，各地貌區(qū)均有分布，但占比情況有顯著差異，占比范圍16.7%～79.2%；②按地貌分區(qū)排序，淺層軟水占比情況為：西部中低山區(qū)>中部低山丘陵盆地區(qū)>東部平原灘涂區(qū)>沿海島嶼區(qū)；③西部中低山區(qū)和中部低山丘陵盆地區(qū)的軟水分布比例高，分布廣泛，具有普遍性；④東部平原灘涂區(qū)軟水分布比例偏低，分布分散，無規(guī)律，主要考慮受平原區(qū)內(nèi)河海水潮汐作用和城鎮(zhèn)工業(yè)污染影響；⑤沿海島嶼區(qū)軟水分布比例低，僅零星分布，主要考慮受海洋性氣候及海島地表水系不發(fā)育的水文特征影響(圖1)。

表1 淺層軟水分布特征

圖1 溫州地區(qū)采樣點分布示意圖

2 腐蝕機理和腐蝕環(huán)境

軟水腐蝕為分解類溶出型腐蝕。從已有研究看，對水泥石中鈣離子的遷移動力、微觀溶出機理還不十分清楚[8-10]。但是普遍認(rèn)同的溶出型腐蝕的機理是：水泥石毛細(xì)孔中游離石灰質(zhì)溶出，石灰堿度降低，當(dāng)堿度小于水化產(chǎn)物的極限堿度，其中的水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等水化產(chǎn)物將進一步溶解，形成腐蝕。腐蝕過程中，混凝土中水化產(chǎn)物溶解，使得混凝土結(jié)構(gòu)松散，強度降低。此外，Ca(OH)2在低堿度軟水環(huán)境下溶出到表面，與空氣中CO2反應(yīng)生成CaCO3，在混凝土表面產(chǎn)生析鈣現(xiàn)象(圖2)。

腐蝕性評價不僅要弄清腐蝕機理，還需判斷腐蝕性強弱。腐蝕性強弱直接取決于介質(zhì)濃度，但在自然界中，濃度是可變的，對于軟水溶出型腐蝕尤是如此。軟水化學(xué)活性強，極易在地面徑流或巖、土層中滲流過程中礦化。因此，必須著重考慮腐蝕環(huán)境,腐蝕環(huán)境可分為外環(huán)境和內(nèi)環(huán)境。外環(huán)境包括水質(zhì)變化、氣候濕度、濕度變化、土層透水性強弱、水頭壓力等，內(nèi)環(huán)境包括混凝土組成、配合比和施工質(zhì)量、養(yǎng)護時間等[7]。在工程建設(shè)前期進行腐蝕性評價時均假設(shè)混凝土水泥品質(zhì)與施工質(zhì)量合格，故只須考慮外環(huán)境影響。

此外，根據(jù)烏牛西岙灰?guī)焐嫌魏椿A(chǔ)混凝土腐蝕調(diào)查，發(fā)現(xiàn)水流沖刷下腐蝕作用更強，可以認(rèn)為水動力條件強弱也會影響腐蝕強度或速率(圖3)。

表2 淺層軟水腐蝕介質(zhì)含量特征

圖2 混凝土表面腐蝕析鈣

圖3 烏牛西岙灰?guī)焐嫌魏锤g析鈣

3 腐蝕性評價

3.1 規(guī)范法腐蝕性評價

收集219個水樣測試成果，按規(guī)范法進行腐蝕性評價(表3)。

表3 按地層滲透性軟水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價(摘錄國家規(guī)范表12.2)

按地層滲透性，對于直接臨水或強透水層評價結(jié)果顯示，總體上本地區(qū)淺層軟水水樣大部分均具有弱腐蝕性-中腐蝕性，只有少部分具有微腐蝕性。不同的地貌分區(qū)具體腐蝕性評價結(jié)果如下：西部中低山區(qū)和東部平原灘涂區(qū)淺層軟水具有微-中腐蝕性，其中弱腐蝕性-中腐蝕性仍占顯著優(yōu)勢；中部低山丘陵盆地區(qū)和沿海島嶼區(qū)淺層軟水均具有弱-中腐蝕性(圖4～7)。

圖4 西部中低山區(qū)(n=61)與礦化度散點圖

圖5 中部低山丘陵盆地區(qū)(n=32)與礦化度散點圖

圖6 東部平原灘涂區(qū)(n=26)與礦化度散點圖

圖7 沿海島嶼區(qū)(n=2)與礦化度散點圖

3.2 腐蝕性驗證調(diào)查

對以上采取到淺層軟水的取樣點附近工程構(gòu)筑物進行腐蝕性驗證調(diào)查，共計調(diào)查29處混凝土構(gòu)筑物，其中西部中低山區(qū)15處，中部低山丘陵盆地區(qū)8處，東部平原灘涂區(qū)4處，沿海島嶼區(qū)2處。本次調(diào)查工程構(gòu)筑物多為直接臨水，主要采用現(xiàn)場觀察方法，僅少量工程構(gòu)筑物進行了淺表開挖觀察。腐蝕性驗證調(diào)查簡況見表4。

調(diào)查結(jié)果分析顯示：①西部中低山區(qū)工程構(gòu)筑物約占5/15處存在不同程度溶出型腐蝕，腐蝕程度弱，其中以水壩腐蝕更為嚴(yán)重，可能跟水壩修建年份早有關(guān)；②中部低山丘陵盆地區(qū)工程構(gòu)筑物約占3/8處存在不同程度溶出型腐蝕，腐蝕程度弱，其中以水壩腐蝕為主；③東部平原灘涂區(qū)約占1/4處存在溶出型腐蝕，析鈣嚴(yán)重，有鐘乳狀白色析出物，另有兩處腐蝕特征具結(jié)晶腐蝕特征，腐蝕程度弱；④沿海島嶼區(qū)約占1/2處存在溶出型腐蝕，稍有白色析出物，另有1處腐蝕特征具結(jié)晶腐蝕特征，腐蝕程度弱。

3.3 本地區(qū)腐蝕性評價

首先根據(jù)腐蝕性驗證調(diào)查結(jié)果，獲得區(qū)內(nèi)各地貌分區(qū)工程構(gòu)筑物弱腐蝕占比(不存在中腐蝕性)。自西向東，各分區(qū)內(nèi)工程構(gòu)筑物約占5/15=33.3%、3/8=37.5%、1/4=25%、1/2=50%處存在不同程度溶出型弱腐蝕。

各地貌分區(qū)具體修正結(jié)果如下：

表4 腐蝕性驗證調(diào)查簡況

圖8 西部中低山區(qū)(n=61)腐蝕性含量修正界限值

圖9 中部低山丘陵盆地區(qū)(n=32)腐蝕性含量修正界限值

按表5腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)，對原收集219個水樣測試成果進行重新綜合評價?？芍镜貐^(qū)淺層軟水水樣大部分均具有微腐蝕性，只有少部分具有弱腐蝕性，不存在中腐蝕性。其中西部中低山區(qū)和中部低山丘陵盆地區(qū)淺層軟水具弱腐蝕性占比34.4%～37.5%，廣泛分布；東部平原灘涂區(qū)弱腐蝕性占比23.1%，主要分布在山前沖積平原，海積平原及灘涂區(qū)不存在淺層軟水腐蝕；沿海島嶼區(qū)弱腐蝕性占比50%，主要分布在海島內(nèi)山嶺地帶。

圖10 東部平原灘涂區(qū)(n=26)腐蝕性含量修正界限值

圖11 沿海島嶼區(qū)(n=2)腐蝕性含量修正界限值

表5 按地層滲透性淺層軟水對混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕性評價(溫州)

4 結(jié)論

(2) 將規(guī)范法腐蝕性評價得到的理論結(jié)論，與驗證調(diào)查得出的實際工程腐蝕現(xiàn)狀進行對比，發(fā)現(xiàn)二者一致性較差，且理論結(jié)論偏保守。

(4) 按表5腐蝕性評價標(biāo)準(zhǔn)，對原收集219個水樣測試成果進行重新綜合評價可知，本地區(qū)淺層軟水水樣大部分均具有微腐蝕性，只有少部分具有弱腐蝕性，不存在中腐蝕性。

(5) 當(dāng)然，本文調(diào)查研究方法仍具有明顯局限性，如驗證調(diào)查是在假設(shè)混凝土水泥品質(zhì)與施工質(zhì)量合格前提下進行，且仍有待更深一步研究。