市政污水管渠和污水处理构筑物混凝土结构防腐问题 3页

晶给水排水工程WaterSupply&DrainageEngineedng市政污水管渠和污水处理构筑物混凝土结构防腐问题郭清平(北京市市政专业设计院股份公司，北京100037)摘要：从我国市政污水管渠和污水处理构筑物结构腐蚀的现状及案例、特点、机理、应对措施等方面进行探讨，希望弓起同行对市政污水管渠和污水处理构筑物腐蚀问题的重视，对实际的设计工作有所裨益。关键词：污水管渠；污水处理构筑物；混凝土腐蚀；结构耐久性中图分类号：TU992．24文献标志码：B文章编号：1009—7767(2016)03—0110—03Anti-corrosionProblemofConcreteStructuretoMunicipalPipeDuctandMunicipalSewageTreatmentStructuresGuoQingping我国污水处理行业的发展起步较晚，早期建设的市政污水管渠和污水处理构筑物大多不做防腐处理，一般认为采用合理的混凝土保护层厚度和混凝土抗渗指标即能满足防腐要求，这种做法一直沿用逐渐形成了惯性思维乃至习惯做法。这使得市政污水管渠和污水处理构筑物存在较严重的结构腐蚀问题。并且已经严重影响到结构本身的耐久性，亟待引起各方的高度重视，并应及时采取妥善应对措施。1市政污水管渠和污水处理构筑物结构腐蚀的现状及案例通过对一些使用了约10～30年的污水处理构筑物、管道、方沟、检查井等的现场检测、调查发现，使用一定年限的污水管渠及污水处理构筑物均存在较为严重的腐蚀问题。污水处理厂内前处理构筑物腐蚀最严重，比如污水提升泵站、格栅间、沉砂池、生物曝气池等，许多部位的钢筋已被锈蚀的面目全非，出现大面积疏松、多孑L现象，大部分构筑物必须进行检修、加固后才能使用，还有一些构筑物必须新建．远远达不到设计使用年限(50年)的要求。1．1市政污水管渠结构腐蚀案例2011年，在对北京房山某盖板护城河加固时．提前对护城河方沟现状进行了检测，该方沟尺寸为3200mmx2000mm，全长l775m，为雨污合流方沟。经调查，该护城河两侧为竖直砖墙，顶部加混凝土盖板，板顶覆土110辛荭投木2016No．3(May)V01．34厚度13～47cm，具体修建年份不详，盖板修建时间预计不超过20年。检测过程中发现方沟内部湿度较大，有毒有害气体含量较高。检测结论为：护城河盖板混凝土强度过低，实测混凝土抗压强度不足C15；混凝土碳化深度为22．0～26．0mm．已经接近钢筋保护层厚度，基本丧失了阻锈作用，内部钢筋锈胀又导致混凝土保护层剥落、松散、掉渣，使钢筋失去了}昆凝土的握裹力；局部外露的钢筋锈蚀严重，缩颈面积较大，由于护城河内环境差，外露的钢筋处于加速锈蚀状态：部分盖板间填料脱落、盖板处于单板受力状态。侧墙砌筑砂浆强度较高，砖墙砌筑质量较好，但抹面砂浆腐蚀、粉化、脱落较多。荷载试验结果表明，该护城河方沟在城一A级荷载作用下。盖板处于临界使用状态，部分参数已超过规范要求。该护城河方沟盖板存在较多安全隐患且结构耐久性难以保证。在轴重小于14t时，侧墙可以继续使用。综合荷载试验结果、材料强度现状和耐久性影响，建议更换全部盖板。由于方沟加固的同时要正常使用，工期紧，方沟在使用过程中内部水位较高(雨污合流)，断面大，故未对底板进行检测。从外观上看，底板未见破损。最终确定加固方案为：将原有钢筋混凝土盖板全部更换为新的钢筋混凝土盖板。在条件允许的情况下待侧墙内壁表面清理干净后抹一层聚合物水泥砂浆，厚15mm，确保护城河满足城一A级道路荷载的要求。\n1．2市政污水处理构筑物结构腐蚀案例1．2．1案例1国内近期进行的污水处理工程现场调查表明：由于混凝土遭受微生物及化学物质腐蚀．20世纪80年代中期投入运行的污水处理厂已遭到严重的腐蚀破坏I”。例如，某污水处理厂集水间的混凝土遭受微生物及化学物质腐蚀后，板底层钢筋完全被腐蚀掉了。1．2．2案例2某污水处理厂的现浇钢筋混凝土曝气池建于20世纪90年代末，设计混凝土强度等级相当于C25，水灰比0．5，竣工资料显示混凝土施工质量良好。曝气池进水渠道为半封闭空间，前端通过封闭的混凝土渠道与细格栅相连，渠道内保留一定高度的气相空间：出水渠道为封闭空间【1】。该构筑物建成投入运行10年后。在一次改造中发现进水渠道侧墙混凝土腐蚀很严重。2市政污水管渠及污水处理构筑物结构腐蚀的特点1)水池气、水分界面处或水位变化频繁处比一般区域腐蚀严重，由于水池液位经常变化，故水池池壁强腐蚀区域常呈水平线性分布，同一墙面往往有多条强腐蚀带。而集水问由于流态、汽水变化频繁，往往出现大面积腐蚀，尤以顶板、侧墙腐蚀更为严重。2)在相同的环境下，污水处理构筑物的底板通常要比顶板、侧墙腐蚀轻些，这是由于底板常年被污水覆盖，含氧量低，所处状态相对稳定，所以腐蚀发展较慢。3)加盖水池通常比不加盖水池上部结构腐蚀严重，这是由于加盖水池水汽较重，同时有害气体不容易及时排除，所以加速了腐蚀。加盖水池的盖板常年处于潮湿环境，且与氧气、各种有害气体(比如H2S)常年接触，所以短时问内腐蚀严重。污水管渠通常按非满流设计，水位变化频繁，顶部环境潮湿，并常伴有H2s类气体产生，很容易随时间延长而加剧腐蚀。4)污水水质变化较大或水质较差的水池一般比污水水质较稳定或水质较好的水池腐蚀严重。沿工艺流程污水水质一直变化。同时来水水质随时间也存在一定变化。因此在构筑物防腐处理中应根据不同构筑物的水质及工艺处理情况确定具体的防腐措施。3市政污水管渠及污水处理构筑物结构腐蚀的机理分析污水管渠或污水处理构筑物一旦建成便处在一个以不变应万变的状态中，从此固定地接受来自各方的考验，如水位变化、温度变化、水质变化、酸碱性变化等。由于污水水质较差，结构环境的变化或稳定都容易给水排水工程器WaterSupply&DrainageEngineering形成腐蚀的条件。腐蚀主要包括化学腐蚀和微生物腐蚀，2种腐蚀一般同时存在，并相互促进。在有氧气、H2S、H20(液态或气态)等存在的条件下容易产生腐蚀，H2S主要来自硫酸盐和硫化物，污水中的硫酸盐用S042-表示[2】，其反应式如下：soF差斋一s2。+H+避H2：sf。在污水管渠或污水处理构筑物内释放出的H2s与壁板内的水珠接触，在噬硫细菌的作用下形成H：SO。，反应式如下：H2S+H20+02些堕型LH2s04。H2SO。浓度可高达7％，对混凝土有严重的腐蚀作用。污水中的硫化物主要来源于工业废水(如硫化染料废水、人造纤维废水等)和生活污水。硫化物在污水中的存在形式有硫化氢(H2S)、硫氢化物(HS一)与硫化物(S2。)。此外，GB50069--2002((给水排水工程构筑物结构设计规范》规定市政污水处理构筑物结构裂缝限值为0．2mm，其深度发展情况可能比较复杂，但一般情况下裂缝深度较浅，在保护层范围以内，裂缝的存在可使H：0、0。、H2S等分子或H+进入，它们很容易接触到钢筋并对其产生腐蚀。即便接触不到钢筋，裂缝的存在也大大减弱了钢筋表面混凝土的抗碳化能力，将影响混凝土结构的耐久性。另外，由于污水化学成分和污水内微生物成分的复杂性．可能还存在其他物质或微生物对混凝土结构造成腐蚀，这有待进一步研究和挖掘。4市政污水管渠和污水处理构筑物结构腐蚀的应对措施市政污水管渠和污水处理构筑物腐蚀问题严重影响混凝土结构的耐久性，根据上述分析，可以从以下3个方面应对市政污水管渠和污水处理构筑物结构的腐蚀问题。1)对于市政污水管道、检查井、污水处理构筑物等在设计阶段即考虑防腐措施，其防腐范围应包括污水接触范围和水气接触范围，混凝土防腐做法可参考GB50046—2008《工业建筑防腐蚀设计规范》第6章及附录A选用。比如可选用的耐酸有机树脂涂层主要有环氧树脂、聚酯树脂、脲醛树脂及丙烯酸树脂等，这些树脂应具有耐酸、抗渗、抗裂性能。另外，还可以采用玻璃钢、贴耐酸砖、聚合物水泥砂浆、水泥基渗透结晶2016$．第3_(5一)第34巷辛荭投木111\n昌给水排水工程WaterSupply&DrainageEngineering防水防腐涂料等防腐措施。防腐材料应具有自动闭合裂缝的功能，这对裂缝控制、保障结构耐久性具有积极意义。对于各污水处理构筑物应分清主次．根据可能的腐蚀程度确定防腐方案，一般情况下由前期、中期到后期防腐强度可逐渐减弱．根据构筑物具体情况采取“适当措施”。2)改善用于市政污水管渠和污水处理构筑物的混凝土耐腐蚀性能，比如选用耐酸水泥、掺加硅粉或粉煤灰等矿物掺合料及聚合物改性等。GB50069--2002((给水排水工程构筑物结构设计规范》【2】对市政污水管渠和污水处理构筑物结构混凝土的碱含量限值、外加剂要求做出了规定；并规定不得采用氯盐作为防冻、早强的掺合料，当考虑冻融作用时，不得采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥：受侵蚀介质影响的混凝土．应根据侵蚀性质选用。这些规定对于改善结构耐久性也是很有利的，为规范强制性条款。3)结构设计中根据管渠或构筑物特点优先考虑预应力混凝土结构，裂缝控制等级根据环境确定为二级或一级，实现无裂缝混凝土结构，提高结构耐久性。5结论及建议随着我国经济的快速发展，城镇化、工业化进程的逐步推进，市政污水成分变得更加复杂，这使得市政污水管渠和污水处理构筑物结构所处的环境更加恶劣．结构腐蚀更加严重．因此市政污水管渠和污水处理构筑物的防腐问题应引起高度重视。对于新建的污水处理构筑物，应根据具体情况采取相应的防腐处理措施：对于污水管渠及相应检查井应采取适当的防腐措施。保证结构的合理使用年限，作到技术先进、经济合理、安全适用、经久耐用、确保质量。对于正在使用未做防腐处理的污水管渠和污水处理构筑物，应定期检查其腐蚀情况，条件允许的情况下尽可能早做防腐处理。以延长使用寿命．达到设计使用年限。建议将来新版《给水排水工程构筑物结构设计规范》增加防腐蚀相关条文，明确不同污水管渠和污水处理构筑物的防腐做法，确保其耐久性满足设计要求。蕊参考文献：[1]王乃震，舒亚俐．城市生活污水处理厂的混凝土微生物腐蚀与设计对策【J】．特种结构，2014(2)：1-4．[2]2张自杰，林荣忱，金儒霖．排水工程(下)[M】．4版．北京：中国建筑工业出版社，2010：5．收稿日期：2015一ll一16作者简介：郭清平，男，工程师，硕士，主要从事建筑物、构筑物、地下工程结构的研究、设计工作。(上接第109页)外围密管低压封浆、间歇式注浆措施。即：缩小周边孔间距，减小注浆压力控制浆液扩散半径。同时，通过硫酸用量的调整缩短浆液胶凝时间．实现注浆范围周边有效封浆。对于单孑L不同深度及各孔之间。采取间歇式注浆，保障浆液凝结时间与胶结强度。4治水效果与总结北京地铁6号线西延工程西黄村站一廖公庄站区间隧道左线140m、右线312m初支结构渗漏水经过治理，表面无明显渗漏点、无线状渗流水，结构基层密实、稳定，达到后续工序防水层施工基面要求。通过该治水工程的实践，笔者认为：隧道初支结构渗漏水的治理，应结合水质来源、补给量大小、渗漏点分布特征、隧道结构形式、治理目标与要求等情况．综合分析，制定切实可行的技术方案与管理措施，采取必要的试验与检测手段，因地制宜，排堵结合，刚柔相济，综合治理。对于渗漏水集中且水量较大的部位，宜进行径向地层注浆止水。对于渗漏水不集中，但水量较大的情况。应采取点状引排、水沟(槽)导流、集中回渗的方式。112辛荭故木2016No．3(May)V01．34对于渗漏面较广，但水量较小的情形，可采取防水砂浆抹面【4】进行止水处理。渗漏水的治理，应坚持动态管理的原则【5】，即：根据渗漏水现状制定工程方案．根据实施效果修正技术方案，根据试验参数调整施工工艺，根据治水目标研究解决现场问题。骊参考文献：[1】王与德，谈存英．二重管双液注浆技术叨．地基基础工程，2000(4)：l—11．[2】李瑞，张可能，莫进丰．砂卵石地层定导向钻进渗透注浆预加固技术研究[J]．广东建材，2010(3)：25—26．[3】胡顺华．南京地铁隧道渗漏水治理方法[J】．山西建筑，2010，36(28)：312—313．【4】米刚．地铁区问隧道渗漏水的整治技术[J】．山西建筑，2007，33(17)：333—334．【5]黄和平．深圳地铁5号线坂杨区间暗挖隧道渗漏水治理明．中国高新技术企业(中旬刊)，2011(3)：6l一62．收稿日期：2015—12—30作者简介：王晓峰，男，工程师，学士，主要从事轨道交通工程施工技术管理工作一