襯砌工程中混凝土板短時間內(nèi)發(fā)生破壞的原因分析

馮德傳 方 麗

(1.莒南縣澇坡水利服務(wù)中心，山東 莒南 276600;2.莒南縣嶺泉水利服務(wù)中心，山東 莒南 276600)

山東地區(qū)屬于我國弱硫酸鹽地區(qū)，土壤和水中的硫酸鹽濃度比較低，在明渠進(jìn)行預(yù)制板(簡稱“混凝土板”)襯砌的設(shè)計和配制混凝土過程中一般不會考慮土壤和水中的硫酸鹽對混凝土本身的侵蝕影響。但是在雞龍河綜合治理項目中，部分重力流明渠渠道襯砌工程出現(xiàn)了混凝土板經(jīng)過一個冬季就發(fā)生快速破壞的現(xiàn)象。在魯西南地區(qū)進(jìn)行明渠襯砌施工中，發(fā)生水工混凝土板短時間出現(xiàn)如此嚴(yán)重的破壞現(xiàn)象非常少見，需要對破壞情況進(jìn)行系統(tǒng)的研究分析，查找出原因，以便采取相應(yīng)的有效措施，確保工程質(zhì)量。問題發(fā)生后，首先對渠道輸送水體進(jìn)行多點(diǎn)取樣送專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢驗檢測，檢測報告排除了水質(zhì)對混凝土板的腐蝕影響，因此需要從混凝土板的原材料質(zhì)量、施工工藝、周圍環(huán)境等施工因素再進(jìn)行一一排查。

雞龍河發(fā)源于臨沂市澇坡鎮(zhèn)雞山南麓，匯入沭河，全長37.9km，流域面積307.5km2。近年來，臨沂市下大力氣對雞龍河流域進(jìn)行綜合治理[1]。根據(jù)規(guī)劃，臨沂市投資2.1億元把雞龍河打造成“一河兩翼”城市核心區(qū)域，助力構(gòu)建以生態(tài)為基礎(chǔ)，以水為主題，以防洪、旅游觀光為內(nèi)涵，集旅游、觀光、休閑于一體的大型生態(tài)濕地。在雞龍河綜合治理項目中需要對部分渠道采用六邊形混凝土預(yù)制板和現(xiàn)澆混凝土進(jìn)行襯砌處理，其渠道襯砌施工斷面見圖1。

圖1 重力流明渠渠道襯砌施工斷面圖(高程單位：m；尺寸單位：mm)

該襯砌渠道屬于無壓力的重力流蓋板明渠，在工程建設(shè)進(jìn)程中，個別標(biāo)段襯砌完成，在經(jīng)歷第一個冬季后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)部分混凝土預(yù)制板出現(xiàn)龜裂、脫皮，甚至崩解破碎，其強(qiáng)度完全喪失；現(xiàn)澆混凝土齒墻開裂崩解，強(qiáng)度完全喪失，并伴有白色溶出物；分水閘混凝土根部和生產(chǎn)橋橋墩根部均發(fā)生脫皮、剝蝕破壞。下游現(xiàn)澆混凝土襯砌也在水位變幅區(qū)發(fā)生嚴(yán)重的脫皮現(xiàn)象，戧臺上鋪設(shè)的花磚也有破碎崩解，強(qiáng)度喪失的情況。

1 原材料質(zhì)量問題分析

該混凝土板抗?jié)B抗凍等級分別為P8和F200，渠道使用的混凝土板設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為C30，分水閘混凝土設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為C25，所用水泥、中砂、石子、粉煤灰、外加劑等原材料均具有相應(yīng)的合格證，并經(jīng)第三方檢測部門取樣送檢也都滿足質(zhì)量要求。

2 混凝土預(yù)制板與現(xiàn)澆混凝土質(zhì)量分析

混凝土的耐久性主要受混凝土預(yù)制板的生產(chǎn)質(zhì)量以及現(xiàn)澆混凝土襯砌施工質(zhì)量這兩方面的直接影響。因此，需要從混凝土的生產(chǎn)和施工環(huán)節(jié)、自身強(qiáng)度等級、抗凍等級等方面進(jìn)行檢查檢測，看其是否滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求。在混凝土板出現(xiàn)損壞標(biāo)段和相應(yīng)的預(yù)制廠各隨機(jī)抽取1塊和2塊混凝土預(yù)制板，用回彈法檢測其抗壓強(qiáng)度，并將其切割成6cm×6cm×15cm長方體條塊，一起在試驗室內(nèi)進(jìn)行混凝土的抗凍融試驗。其檢測結(jié)果見表1。

表1 強(qiáng)度及凍融檢測結(jié)果表

分析混凝土預(yù)制板原材料、施工工藝及現(xiàn)澆混凝土的檢測結(jié)果可知，預(yù)制板的抗壓強(qiáng)度和抗凍等級都達(dá)到了設(shè)計要求，試塊經(jīng)凍融150個循環(huán)后，外觀無任何變壞，雖然時間短，但是可以排除一個冬季對混凝土產(chǎn)生凍融破壞的可能。

3 混凝土環(huán)境介質(zhì)分析

3.1 混凝土侵害物成分確定

通過對破壞混凝土板觀察發(fā)現(xiàn)混凝土板的骨料顆粒周圍偶爾能夠看到一些孔隙和裂縫，而且在這些孔隙和裂縫周圍均存在灰白色的溶出物，將白色的溶出物送實驗室利用RM-1000型激光共聚焦拉曼光譜儀進(jìn)行檢測，并對混凝土破碎殘體成分進(jìn)行分析，來確定產(chǎn)生了腐蝕破壞的混凝土含有何種腐蝕性介質(zhì)。在混凝土現(xiàn)澆齒墻、六邊形混凝土預(yù)制板殘體各取一個樣本，進(jìn)行室內(nèi)分析試驗。其試驗結(jié)果見表2、表3。

表2 混凝土現(xiàn)澆齒墻破碎體檢測結(jié)果

表3 六邊形混凝土預(yù)制板檢測結(jié)果對比

3.2 破壞因素確定

周圍環(huán)境中對混凝土襯砌可能產(chǎn)生腐蝕破壞的環(huán)境介質(zhì)無非兩種：土壤和地下水。因此，需要對出現(xiàn)混凝土破壞的渠段內(nèi)的土壤和地下水進(jìn)行取樣，送專業(yè)檢測公司進(jìn)行混凝土腐蝕性的物質(zhì)和含量的試驗檢測，通過試驗檢測確定地下水和土壤對混凝土的腐蝕性等級。檢測結(jié)果見表4、表5。

表4 土樣檢測結(jié)果(烘干消解后檢驗)

表5 水樣檢測結(jié)果

4 結(jié) 論

水位變幅區(qū)腐蝕較為明顯主要是受到干濕交替循環(huán)的影響，因存在毛細(xì)現(xiàn)象，當(dāng)混凝土被浸濕后，侵蝕性介質(zhì)隨著水進(jìn)入混凝土內(nèi)部，當(dāng)干燥后，又反向轉(zhuǎn)移到混凝土表面，如此反復(fù)循環(huán)，再加上環(huán)境溫差影響，必然加速加重腐蝕過程，所以在水位變幅區(qū)上下約30cm范圍腐蝕破壞最為嚴(yán)重。

水化反應(yīng)良好的混凝土pH值一般在12.5以上，理論上一般混凝土處于pH值小于12.5的環(huán)境中，都可能因為堿度降低導(dǎo)致凝膠性水化產(chǎn)物失去穩(wěn)定性，因而造成腐蝕破壞。而上述渠道中水的pH值在6.1左右，更加快加重了腐蝕破壞的速度和程度。

5 建 議

為防止再次出現(xiàn)類似的混凝土短時間內(nèi)發(fā)生侵蝕問題，建議采取以下工程措施：

a.調(diào)整水灰比，增加抗?jié)B性。抗?jié)B性直接決定了混凝土的腐蝕破壞程度，而水膠比影響混凝土的抗?jié)B性，混凝土中存在的毛細(xì)孔對腐蝕的速率有較大影響，水灰比越大，混凝土的毛細(xì)孔率越大，侵蝕性介質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部的概率越大，混凝土越容易受到腐蝕。因此，調(diào)整水灰比不超過0.4，以減少地下水對混凝土的滲透腐蝕。

c.使用高效減水劑，可使普通混凝土抵抗一定濃度的硫酸鹽腐蝕。高效減水劑和粉煤灰通過與水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生二次水化反應(yīng)，消耗了易受硫酸鹽侵蝕的氫氧化鈣，并生成化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定的C-S-H，從而提高了混凝土抗硫酸鹽侵蝕的能力。