生活污水对砼管道的腐蚀机理研究

第21卷第1期重庆交通学院学报2002年3月Vol.21No.1JOURNALOFCHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITYMar.,2002生活污水对砼管道的腐蚀机理研究周富春(重庆交通学院河海建筑工程系,重庆400074)摘要:首先讨论了砼中与腐蚀有关的特性,然后通过实验和理论分析找出了生活污水中的腐蚀成分,并分析了各类腐蚀的机理,最后获得了五点结论。关键词:生活污水;腐蚀;砼管道中图分类号:X501文献标识码:A文章编号:1001-716X(2002)01-0125-04城市管道排污系统是城市中的重要基础设施,是城市的血脉.它对城市的建设、生产的发展,人们生活水平的提高,保护人民的身体健康以及城市生态环境等都起着非常重要的作用.它的建设涉及面广,投资额大,在规划设计时应该全面考虑,慎重对待每一问题.目前,常用的排污管道是砼管和钢筋砼管,它们具有造价低,制作方便,节约钢材等特点,而且被公认为持久性的材料.砼管和钢筋砼易受到一些介质侵蚀而提前破坏,特别是对排污管道,受到侵蚀的可能性更大,另外一方面,城市排污管道一般要求至少使用50年以上,有些要求更久.这样,在进行城市排污管道的规划设计时,就必须考虑防腐蚀的问题,而要考虑防腐蚀,则必须先弄清楚污水对砼的腐蚀作用的机理.笔者着重讨论砼的一般腐蚀机理,而对钢筋砼腐蚀则在另一篇文章中讨论.1砼的特性研究1.1砼组成成份分析砼是指以水泥为胶凝材料,砂、石为骨料,通过水泥水化凝固成气、液、固三相并存的多孔性非均质性刚体材料.硬化的砼由水泥浆体、界面过渡区和集料三个重要环节组成,如图1所示.砼的性质取决于上述三个环节各自的性质及其相互间关系和整体的均匀性.三个环节都很重要,但其中界面过渡区是将性质完全不同的水泥浆体和集料这两种材料联成一个整体,是最重要的环节.可以说,界面过渡区的性质对砼的性质起决定性的作用,但是界面过渡区的性质受水泥浆体和集料支配,而其中水泥浆体又是起主导作用的.图1混凝土的宏观组成硅酸盐水泥主要矿物组成分为:硅酸三钙(3CaO·SiO2)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3)、铁铝酸四钙(4CaO·Al2O3·Fe2O3)等,其中硅酸钙又占主要.硅酸钙水化产物为微晶体属类凝胶体,称为硅酸钙凝胶,简写成C-S-H,另外还有Ca(OH)2.一般说来,充分水化的水泥浆体组成是:C-S-H约占70%,Ca(OH)2约占20%,钙钒石和单硫酸盐的水化硫酸盐等共约占7%,未水化熟料的残留和其它杂质约占3%.1.2砼结构分析水泥水合硬化时,还出现了另一个结构参量—孔隙,它的大小、分布和含量,对砼的力学性能和耐蚀性有着重要的影响.一般用孔隙率和孔结构(孔径分布、几何形状、空间排列)表示.美国学者MehtaPK按孔径大小将砼的孔大体分成小于4.5nm、4.550nm、50100nm、大于100nm等4级.他认为,只有其中大于100nm(在收稿日期:2001-04-06作者简介:周富春(1972-),男,四川犍为人,讲师,博士生,从事环境灾害教学研究工作.他的文章中介绍的数据是135nm)的孔(毛细孔)才影响砼的强度和渗透性.日本寺村悟和板井悦郎认为,影响砼强度和渗透性的孔径为1050nm的中毛细孔和孔径为50nm100nm的大毛细孔.砼的渗透性与耐蚀性有密切的关系,渗透性很低的砼更能有效的抵抗环境中侵蚀介质的侵入,因而有高耐久性.砼的渗透性随孔隙率的降低而下降,美国著名的水泥化学家PowersTC测定的渗透系数与孔隙率的关系如图2.图2渗透系数与孔隙率的关系1.3砼的裂缝目前几乎所有砼工程都有不同程度的裂缝,只不过裂缝多少,大小不同.砼结构物的裂缝与材料性质、地基基础结构约束状态、施工工艺等多种因素有关.使砼产生裂缝的原因很复杂,如温度变化,干湿变化,结构中应力集中,不均匀沉陷等都会造成砼开裂,还有数种因素交错而产生裂缝.如果不允许出现任何裂缝,对普通砼几乎是不可能的.肉眼可见裂缝范围一般以0.05mm为界(实际最佳视力可见0.02mm).大于等于0.05mm的裂缝称为宏观裂缝.一般工业及民用建筑中,宽度小于0.05mm的裂缝对使用(防水、防腐、承重)都无明显的危害性,但对于长期使用的砼排污管道则要考虑.2生活污水的成分分析城市市政排水管道中的污水主要为生活污水,可能有少部分是工业废水,但需经过处理后方可进入市政排污管道.生活污水是城镇居民的生活活动所产生的污水,主要为生活废料和人们的排泄物所污染.其数量、成分和污染物浓度与居民生活水平、习惯和用水量有关.生活污水的特征是水质相对稳定,其变化具有一定周期性.对腐蚀性具有影响的成分主要有:pH、酸度、碱度、硫化物、硫酸盐、钾、钠、镁、铁以及游离的二氧化碳、溶解氧等.2000年3月10日2点(A样)、