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1、第卷第期年月特种结构氯盐环境下钢筋混凝土水池等结构的防腐方法吴禾佳（孔祥利刘志刚高健（中国市政工程东北设计研究院长春;尚志市自来水公司)，)摘要修建在沿海一带污水处理厂的建（构筑物）不仅受到污水的腐蚀，还要受到合有氯盐的土壤、地下水的腐蚀.本文借鉴了美国污水处理池在防腐方面的设计方法,介绍了在沿海一带污水池的防腐设计中应注意的问题.关键词】钢筋混凝土水池污水处理腐蚀：￥，；耐久性砂，刀圮坫）：氯盐环境下混凝土工程破坏概述长期以来，人们一直以为混凝土是非常耐久年)也不得不拆除重建.盐冻也对混凝土路面造成伤害，如东北地区的一条高等级公路只经过一个冬天就大面积剥蚀。的材料,直到年代末期，发达国家才逐
2、渐发现以前建成的基础设施工程在一些环境下出现了过早的损坏.美国许多城市的混凝土基础设施工程和港口工程建成后不到、年甚至在更短的时图密西西比河上某桥的垮塌我国铁路隧道用低强度的混凝土作衬砌材料，密实度和抗渗性差，受到地下水与机车废气侵蚀,开裂与渗漏严重;对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明，漏水的占%，其中渗漏严重,并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电，影响正常运行。如京广铁路运输大动脉上某加冰台,建于年，因未采取有效的钢筋锈蚀防护措施，遭受工业用盐余年的腐蚀后，于年月被拆除重建；湖北省某大桥也是由于腐蚀问题，仅仅使用了年就拆除重建了。这样的例子有很多。间内就出现劣化,据年美国土木工程学会的
3、一份材料估计，其需要有万亿美元来处理美国国内基础设施工程存在的问题，仅修理与更换公路桥梁的混凝土桥面板一项就需亿美元。另有资料指出，美国因除冰盐引起钢筋锈蚀需限载通行的公路桥梁已占这一环境下桥梁的。图所示为（年月日，美国明尼苏达州密西西比河上一座桥梁垮塌的情况。前几年，我国遭受盐冻侵蚀地区的公路桥梁在耐久性设计方面仍没有明确要求（公路设计方面现在有了，而我国在水池耐久性方面仍没有明确的设计要求），对混凝土保护层和强度的要求仅为与，与加拿大年代的设计水准一致.国内按这种标准设计的一座大桥，建成后仅年，由于盐冻侵蚀，现已不得不部分拆除重建.同样，北京某立交桥也仅仅使用了年，不得不部分拆除重建.长春
4、的某立交桥年建成，同样由于盐冻侵蚀,桥面拦板现在（仅仅使用了】限强图某水池池壁裂缝及腐蚀示意我国的污水处理工程大部分都是最近几年建成的，腐蚀现象还没有大面积表现出来。但是水池的耐久性不足的问题在个别地区已有发现,如某地的污水池,年建成，年月份前后水池池壁出现了多道竖向、斜向裂缝,而且是通缝(图）.我们知道，钢筋锈蚀以后，其体积要膨胀倍。因此，在水池裂缝处将会造成钢筋保护层脱落，进而加快水池的腐蚀.一-万方数据特种结构年第期由于我国最近几年工业发展很快,污染也成加重的趋势。据世界卫生组织的一项调查，世界上个污染最严重的城市当中，中国占了个。因此，我国的环保事业还有很大的发展潜力。图东北某地水池因
5、冻害造成的破坏示意由于我国混凝土工程中的钢筋锈蚀和混凝土腐蚀严重，混凝土工程的耐久性设计对当前我国正在进行的大规模污水处理工程的建设具有重要战略意义和相当的紧迫性，如果再不积极采取相应对策并尽快落实具体措施，那么每年投入土建工程建设的庞大资金将会蒙受重大损失，资源也将遭受极大的浪费，建成后的工程将难以发挥长期效益，而在使用过程中频繁的修补乃至事故又必将影响正常的生产.美国城市污水水池结构的防腐方法城市污水水池结构的防腐方法在美国（参见，），对于一般的城市污水水池防腐，主要通过在混凝土中添加级粉煤灰和使用高效减水剂来完成。对于腐蚀性较大的城市污水(如印染、造纸等工业污水）除添加级粉煤灰和使用高效
6、减水剂外，还要添加一定量的硅粉。由于不同的粉煤灰性质不完全相同，所以级粉煤灰的添加量也不可能是个固定值，一般为水泥重量的%一。但对于大体积混凝土,为了减少由于水化热过高而产生的裂缝、抵抗硫酸盐腐蚀或减少由于碱骨料反应而产生的膨胀，也可以使用大掺量的粉煤灰，这些都是被证明了的、行之有效的方法。级粉煤灰的定义，根据的定义：发电厂燃烧无烟煤或烟煤（含沥青）而产生的副产品，根据化学成份分析，舢，的总含量应至少在以上，这种粉煤灰具有更强的水泥硬结作用。在美国还有一种粉煤灰,叫级粉煤灰.它是发电厂燃烧褐煤或次等的烟煤（含沥青)而产生的副产品,根据化学成分分析,舢，的总含量应至少在以上,但的成份为一一万方数
7、据%在我国，对于粉煤灰的划分是通过细度、烧矢量、含水率等物理指标来划分的,分为一、二、三级粉煤灰，不尽科学。只能认为粉煤灰越细其水化作用越强（实际上是，鸽，的含量越大，其水化作用越强)。另外,我国对粉煤灰的收缩率没有规定，美国规定粉煤灰与砂浆形成的试块,其收缩率不得大于，这就充分保证了掺加粉煤灰的混凝土，不会因为掺加粉煤灰而增大混凝土的收缩性。粉煤灰的防腐原理水泥水化过程中会产生，它是溶于水的，因此会被滤出混凝土而在混凝土中形成空隙（很微小)，这样,污水、其它氯化物或硫化物就能进入混凝土中，结果是混凝土被腐蚀.当加入粉煤灰后，粉煤灰将和、水共同作用产生，这样就降低了被滤出的危险。此外，粉煤灰在
8、长期的水化作用下，将改善混凝土的毛细结构，因此,混凝土的渗透性能大大降低,即混凝土的抗渗性大大提高，同时也降低了氯离子侵入的可能性。掺加了粉煤灰的混凝土也能大大降低水、腐蚀性的化学溶液以及氧进入混凝土的速率。掺加了粉煤灰的混凝土能大大降低氯盐对混凝土的侵蚀速度，在混凝土硬结的初期（比如说）氯盐对掺加粉煤灰的混凝土与对不掺粉煤灰的混凝土的侵蚀速度并没有什么不同。但当混凝土硬结一年以后,氯盐对掺加了粉煤灰的混凝土侵蚀速度要比没有掺加粉煤灰的混凝土的侵蚀速度低数倍.对一个年的大坝进行钻芯取样也证明，氯盐对掺加粉煤灰混凝土的侵蚀速率要比没有掺加粉煤灰的混凝土的侵蚀速率低一个数量级。这里需要注意的是，虽
9、然粉煤灰有很多优点，但也有缺点.缺点之一是掺加粉煤灰后混凝土的收缩稍稍加大,但通过减少用水量就可很容易地解决该问题。因此，在选用混凝土外加剂时应尽量选用减水率高的外加剂。如果在混凝土中同时掺加粉煤灰和硅粉，混凝土对抵抗氯离子的能力将显著提高（见）。因为，硅粉增加了混凝土在早期抵抗氯离子的能力，而粉煤灰增加了混凝土在后期抵抗氯离子的能力。微硅粉也叫硅灰,是硅铁或金属硅生产过程中由矿热炉中的高纯石英、焦炭和木屑还原产生吴禾佳等：氯盐环境下钢筋混凝土水池等结构的防腐方法的副产品，主要成分是.硅粉的粒径都小于，平均粒径为左右，是水泥颗粒直径的,所以硅粉能高度分散于混凝土中，填充在水泥颗粒之间而提高密实
10、度,同时硅粉具有很高的活性，能更快更全面的与水泥水化产生的氧氢化合物反应。沿海一带氯盐环境下混凝土结构的防腐方法几种钢筋防护方法的比较在氯盐环境下，防止混凝土中的钢筋锈蚀的方法有以下几种：（）硅灰；（）环氧涂层钢筋；（)硅灰钢筋阻锈剂.鉴于“盐害”是影响桥梁结构耐久性的主要环境因素，美国混凝土学会（）战略部与几个单位联合研制出应用软件，对氯盐环境中常用的各种防护措施进行选用,预测寿命与成本的关系。图是对桥梁姜：进行分析的结果.可以看出，粪:在盐环境中的常规镁混凝土（不采取防护措施），虽然初建使用寿命（年）费是低一点，但大图几种防护措施结果约年便开始第一次修复工程，年内要修复次，修复费约为初建费
11、的倍（这与美国桥梁的实际情况相符合）；而采用加钢筋阻锈剂同时掺硅灰的方法,年内不用修复，初建费略有增加，年的总费用较之不采取防护措施者至少节约！这也正是近年来美国大力推行在密实混凝土的基础上加钢筋阻锈剂的原因所在。对于方法：仅掺加硅灰来提高混凝土密实度的方法可减低钢筋锈蚀，但它不能非常有效地阻止氯离子的强力侵蚀，其最终防护费用最高。对于方法：环氧涂层钢筋防腐能力较佳，但施工苛刻度太高，在运输、绑扎、振捣、焊接的过程中,易于产生局部破损而形成小范围阳极,导致结点锈蚀，这种结点锈蚀由于锈蚀部位集中，阴、阳极比例过大,因此锈蚀速度比普通钢筋的锈蚀快很多，所以比较危险.同时由于环氧涂层钢筋握裹力降低还
12、要增加锚固长度。其最终防护费用较高.对于方法：硅灰钢筋阻锈剂,是最有效、也是最经济的防止钢筋锈蚀的方法。万方数据钢筋阻锈剂的种类目前我国市场上主要有两大类阻锈剂：（）亚硝酸钙类阻锈剂;（)改性氨基醇类阻锈剂.亚硝酸钙类阻锈剂是阳极保护剂，其原理是将阳极完全覆盖，但如果施用量过小则会造成阳极区未被完全覆盖而剩余阳极易于产生快速的结点锈蚀，当其添加量过大时又会使混凝土反应速度过快，易于产生裂缝，由于亚硝酸钙类阻锈剂与不同的水泥和不同的外加剂会有不同程度的反应,因此很难应用恰当用量的缓凝剂来调整反应速度，即使进行试配也会因为实验用量与大体积混凝土散热速度差异巨大而难以把握,此类阻锈剂还影响混凝土的坍
13、落度.改性氨基醇类阻锈剂是一种新型的钢筋阻锈剂，可高效地进行阻锈，同时可很好地回避亚硝酸钙类阻锈剂在阻锈方法上的缺限。该阻锈剂为添加型水剂，基于改性氨基醇复合技术，使用时只需将其用水与水泥混合一起加入混凝土中搅拌即可。该阻锈剂的阻锈原理如下。其阻锈原理与钢筋锈蚀的原理类似，该阻锈剂分子象氯离子或氧气一样以离子态或气态吸附到钢筋表面，由于钢筋的电场较强，因此这些阻锈剂分子是朝向钢筋方向吸附的，到达钢筋表面后即与钢筋反应形成类似铁锈的化学膜，但这一化学膜是相当钝化的，不会象铁锈一样容易溶于水而流失，又由于其氧化性强于氯离子和氧气,因此它可以将氯离子、氧从钢筋表面置换出来，同时阻止氯离子或氧气腐蚀钢
14、筋。根据调研情况得知:我国许多重点工程，如浙江金塘跨海大桥（）、北京年奥运会工程等大都采用了改性氨基醇类阻锈剂（如一钢筋阻锈剂）.国内沿海污水池结构的防腐方法目前，国内污水池结构防腐常用的方法主要为如下几种.柔性防腐：在水池内、外表面（如地下水有腐蚀性时）进行柔性防腐。主要防腐材料有：聚氨脂类、环氧类、环氧煤沥青类、水性聚脂复合型类、聚脲类等。刚性防腐：在水池内、外表面（如地下水有腐蚀性时）涂刷或喷涂渗透结晶型防腐涂料等.对混凝土自身进行防腐：在混凝土中添加钢纤维、聚丙烯纤维、杜拉纤维、硅粉、钢筋阻锈剂等。由于我国目前给排水结构设计规范还没有对一特种结构年第期水池防腐进行专门的规定，因此结构设
15、计人员大多参考工业建筑防腐蚀设计规范)）进行水池结构的防腐设计。该规范在污水池防腐方面也仅仅规定了最低的混凝土标号和混凝土的抗渗标号等,更详细的规定基本没有，所以出现了目前各种各样的水池防腐方法。某工程的防腐设计某沿海城市的污水处理厂位于海边,距海岸线左右。该场地原来为晒盐场，场地工程地质情况如表所示。表场地土及其承载力特征值地基承载力特征值气土物理指标查表标准贯入综合层岩土确定含水孔隙液性特征击数承载力承载力编名称量比指数值标准值特征值号特征值丘击淤泥质冲填土粉质粘土粉质粘夹粉砂儿淤泥质粉质粘土夹粉砂粉质粘土央粉砂粉细砂粉质粘土细砂一。勘察场地范围内见有地下水，勘察期间稳定水位埋深为，平均水
16、位埋深。地下水类型为第四系孔隙潜水，补给来源主要为大气降水，水位具有季节性变化，其幅度为左右。地下水对混凝土结构的腐蚀性评价地下水中，暖一含量，孑含量，总矿化度；侵蚀性含量;含量。结论：在该环境下，地下水对混凝土结构为强腐蚀。地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀性评价地下水中,一含量一嚆一。结论：干湿交替的情况下,地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋有强腐蚀性，在长期浸水时为弱腐蚀.地下水对钢结构的腐蚀性评价地下水中,，一十蕊一含量；最大冻土深度：。结论:地下水对钢结构有中等腐蚀.可以看出，该场地的土壤及地下水对混凝土及钢筋都具有较强的腐蚀性，而且大部分水池为一一万方数据地下和半地下水池.如何进行有效
17、的防腐设计是该工程的关键。该工程污水池结构的防腐设计思路通过参考美国污水池结构的防腐方法，我国海工、公路混凝土结构防腐蚀设计方面的一些方法，并参考混凝土结构耐久性设计与施工指南,在该工程（沿海一带)的污水池结构防腐设计中考虑如下：（)选用普通硅酸盐水泥（冀东等）；（)除选用优质的砂、石料外，还要严格控制砂、石中的含泥量；(）选用萘系高效复合减水防水剂，要求其减水率大于以上，抗冻融（武冠外加剂）；（）选用一级粉煤灰，其掺量为水泥量的%左右,应通过试验确定最终掺量；（)选用优质的硅灰,其掺量为水泥量的（挪威埃肯硅粉)；(）选用改性氨基醇类阻锈剂，其掺量为每立方混凝土（瑞士西卡阻锈剂）；（）在垫层上
18、、池体外壁与土壤接触的部分涂刷水性聚脂复合型防腐涂料（鲁蒙）。结语为了发挥国家投资的效益,避免由于池体耐久性差给国家造成不必要的损失，建议对于建在沿海一带的污水处理厂进行必要的防腐设计。同样,对于腐蚀性较强的印染、造纸等工业污水的水池结构也建议进行适当的防腐考虑。鉴于粉煤灰和硅灰在混凝土结构抗腐蚀方面的特性，建议在以后的污水工程结构设计说明中明确混凝土中应掺加适当量的粉煤灰和硅灰，在以后的给水工程结构设计说明中明确混凝土中应掺加适当量的粉煤灰。呼吁尽快出台适合我国国情的水池（污水池及给水工程的水池）防腐方法。参考文献，:？，,(诅蚀,:陈肇元混凝土结构耐久性设计与施工指南中国建筑工业出版社,国
19、家标准工业建筑防腐蚀设计规范析混凝土，(）：社.设计.年第期。韩静云等污水处理系统中混凝土结构的腐蚀现状调查及分洪乃丰钢筋混凝土桥梁防护与钢筋阻锈剂公路,（）洪乃丰基础设施腐蚀防护和耐久性问与答化学工业出版余志钢钢筋混凝结构锈蚀防护技术研究与应用铁道标准氯盐环境下钢筋混凝土水池等结构的防腐方法作者：作者单位:刊名：英文刊名:年，卷（期:被引用次数：吴禾佳，孔祥利，刘志刚，高健吴禾佳，孔祥利,刘志刚（中国市政工程东北设计研究院，长春，1311021，高健（尚志市自来水公司，150600特种结构SPECIAL STRUCTURES2009,26（10次参考文献(9条1。Use of Fly Ash
20、 in Concrete,Reported by ACI Committee 2322.Bryce Simons。Fly Ash Cement Replacement or Mineral Admixture?20073。SIKA FERROGARDR 901903 CORROSION INHIBITORS:EVALUATION OFTEST PROGRAMME4。陈肇元 混凝土结构耐久性没计与施工指南 20045。GB500461995.工业建筑防腐蚀设计规范6.韩静云 污水处理系统中混凝土结构的腐蚀现状涸查及分析 2000（117。洪乃丰 钢筋混凝土桥梁防护与钢筋阻锈剂期刊论文-公路 20
21、02(048.洪乃丰 基础设施腐蚀防护和耐久性问与答 20039。余志钢 钢筋混凝土结构锈蚀防护技术研究与应用期刊论文铁道标准设计 2005（04相似文献（10 条1.期刊论文 张奕薇.张瑞兴 大型钢筋混凝土水池上浮开裂事故的处理方法 建筑技术 2003，34(4茂名 30 万 t 乙烯工程污水处理场共有 16 个钢筋混凝土水池,其中调节匀质池、一级生化曝气池、二级生化曝气池、放流雨水调峰池为矩形大型水池。这 4个池在施工过程中先后发生了水池底板浮起和池壁开裂的重大事故，本文介绍事故情况和处理方法.2.期刊论文 曾令安 钢筋混凝土水池抗浮加固技术 建筑技术 2001，32(4广东省茂名市某工程
22、污水处理场内有一新建大型钢筋混凝土蓄水池，长 140 m,宽 90 m，容积 9 000 m3，埋入地下 3。7 m。该水池施工完成并经满水试验合格后，在池外回填土并夯实.1995年 6月 9 日当地突降暴雨，后发现该水池 1号池底板及上顶盖混凝土梁出现裂缝并有上拱现象；2号池底板上拱，最大达 612 mm，池内沉降缝开裂，最大缝宽 10 mm，缝内所设橡胶止水带已被拉裂（图 1。3。期刊论文 梁永涛。Liang Yongtao 关于矩形钢筋混凝土水池计算的总结 山西科技 2007(3水池是污水处理工程中常见的用人工材料修建、具有防渗作用的水处理设施.文章结合某污水处理厂储泥池的设计工作，对矩
23、形钢筋混凝土水池的设计计算进行了总结。4。期刊论文 涂健。Tu Jian 浅谈水池设计-林业科技情报 2007,39（3水池是污水处理工程中常见的用人工材料修建、具有防渗作用的水处理设施.结合某污水处理厂储泥池的设计工作,对矩形钢筋混凝土水池的设计计算进行总结。5.期刊论文 王晖。刘超.史志利.Wang Hui.Liu Chao.Shi Zhili 钢筋混凝土水池池壁施工温度场仿真分析-特种结构 2007，24（1根据热学基本原理，结合结构设计需要，以某污水处理厂一座大型钢筋混凝土水池为例，利用 ANSYS 程序对其池壁施工期温度场进行了有限元数值模拟分析，重点分析了由开始浇筑到第 14d拆模
24、前混凝土水化热所产生的温度场效应。旨在为大型钢筋混凝土水池的温控设计及施工提供参考.6。学位论文 王冬花 钢筋混凝土水池优化设计 2009面对全球水资源减少、我国水资源匮乏的形势，大量兴建污水处理站,水池在污水处理中应用广泛；污水处理站中的配水池、污水处理池、排水井，这些都是污水处理站中必要的构筑物，其在污水处理中起着不可或缺的作用。国家在建设污水处理站中,水池的造价直接联系到污水处理厂的运营成本，设计者应对结构布局、材料选择、构件尺寸等研究分析,得到最为合理的方案.建造即经济又合理的水池，减少投资。这也是本文研究的目的所在。本文采用分析比较的方法对进行抗浮设计方案比较，分析各方案的优缺点，以
25、及工程应用中最有利的方案。对水池抗浮设计方案的选择不仅能解决实际的工程中出现的工程事故,而且对以后的钢筋混凝土水池结构设计有借鉴意义。在今后的水池设计中，采取最有利的抗浮设计,不但从结构上满足要求，同时能够节省资源，减少水池造价,得到经济合理的水池设计方案。7。期刊论文 邓亚军 钢筋混凝土水池的施工要点及满水试验-现代商贸工业2008，20（2针对以往钢筋混凝土水池施工所暴露的问题,深圳市某污水处理厂工程 SBR 池在高温施工条件下,通过处理好水池基底、严格控制混凝土温度、降低内外温差、处理好池体变形缝、施工缝和后浇带所采取的一系列施工技术措施及其池体满水试验的方法和结果.8。期刊论文 邱志刚
26、.陈彦.QIU Zhigang.CHEN Yan 污水处理厂水池细部构造解决渗漏问题的对策 中国市政工程 2008（4针对污水处理厂钢筋混凝土水池细部构造渗漏问题,进行了原因分析。指出施工不符合设计及规范要求，是主要原因.提出了工程施工中应采取的预防渗漏的技术措施。最后介绍了对已渗漏部位采用的治理措施.9.期刊论文 杨娜.马肖峰 水池池壁温度裂缝仿真分析 河南建材 2009(6 根据热学基本原理,结合结构设计需要，以某污水处理厂一座大型钢筋混凝土水池为例，利用 ANSYS 程序对其池壁施工期温度场进行了有限元数值模拟 分析,重点分析了由开始浇筑到第 14天拆模前混凝土水化热所产生的温度场效应，
27、旨在为大型钢筋混凝土水池的温控设计及施工提供参考。10.期刊论文 王晖.刘超。史志利。WANG Hui。LIU Chao.SHI Zhi-li 水池池壁施工期温度场仿真分析-低温建筑技术2007（1 根据热学的基本原理，结合结构设计的需要，以某污水处理厂一座大型钢筋混凝土水池为例,利用 ANSYS 程序对其池壁施工期温度场进行了有限元数值 模拟分析，重点分析了由开始浇筑到第 14d拆模前混凝土水化热所产生的温度场效应.旨在为大型钢筋混凝土水池的温控设计及施工提供参考.本文链接：http：/d。wanfangdata。com。cn/Periodical_tzjg200901009.aspx 授权使用:南京理工大学图书馆（wfnjlg，授权号:d2887c65-f7a9-4667b5ef-9ec900bc9e08 下载时间:2011 年 4 月18日