污水环境下混凝土腐蚀研究

污水环境下混凝土腐蚀研究污水环境下混凝土要受多种因素的影响而劣化严重影响结构的耐久性。本文分析了不同结构所受的腐蚀及其腐蚀的机理，为防腐设计和维修提供参考。在现实生活中，许多混凝土结构由于长期受酸碱等化学品、污水、工业废气、紫外线、固体颗粒的流动磨损、冲刷等作用，存在着磨蚀、渗透式涨裂等物理侵蚀，同时也存在着酸碱腐蚀、大气腐蚀、菌藻类微生物腐蚀等多种复杂的腐蚀形态，还要经历一年四季的温差变化，从而过早劣化。污水环境下混凝土劣化因素分析：污水主要有生活污水和工业废水。生活污水中含有大量的洗涤用品、粪便、化妆品、泔水等。工业废水主要来自化工、制药、石化造纸等行业含有大量的腐蚀性和有害性化学物质。这些废水如果不经过处理而直接与混凝土构筑物接触，将会直接对混凝土构筑物产生腐蚀。混凝土属于非均质、多孔性物质表面布满了大量孔隙，腐蚀介质通过孔隙进入混凝土内部，与混凝土发生反应，使其结构松散，并为钢筋腐蚀创造了条件，同时液体流速、温度、干湿交替变化、环境、温差、冻胀等均可加剧混凝土的腐蚀进程。宗上所诉，污水环境下混凝土的劣化因素主要有：物理破坏、化学破坏、微生物腐蚀。下面就对三种劣化因素分别详解。一、物理破坏1、盐结晶胀裂在液面以上的部位（如桥墩在水面以上的部位），由于毛细作用混凝土孔隙中充满了液体，当水位及环境温度变化时，液体中的盐析出，在一定温度和湿度环境下转化为结晶水化物，体积膨胀，破坏混泥土结构。2、冻融破坏混凝土的饱水状态主要与所处的自然环境有关。在大气中使用的混凝土，其含水量未达到该极限值，从而几乎不存在冻融破坏的问题。而处在潮湿环境中的混凝土，其含水量明显增大，最不利的是水位变化区，混凝土的表面含水量通常大于其内部的含水量，且受冻时其表面温度均低于内部温度，因而冻害往往会从表层开始逐渐的深入发展。二、化学破坏1、中性化反应混凝土是碱性物质，与酸发生反应导致其强度降低甚至丧失。最为常见的是碳化反应，空气中的CO2扩散到混凝土的毛细孔中，与水泥水化产生的氢氧化钙、水化硅酸钙、及未水化的硅酸三钙、硅酸二钙相互作用，形成碳酸钙，使混凝土碱度降低，影响其胶结能力，从而使混凝土的强度降低甚至丧失。且碳化过程释放出水化物中的结晶水，使混凝土产生不可逆的收缩，碳化过程若在约束条件下进行，往往引起混凝土表面微裂纹，因而又加剧了混凝土碳化过程。碳化过程使混凝土变脆，延展性变差。2、硫酸盐侵蚀硫酸盐侵蚀破坏是一个复杂的物理化学过程，其实质是外界侵蚀介质中的SO42-进入混凝土的孔隙内部，与水泥石中的Ca(OH)2发生化学反应，生成石膏，由此导致水泥水化物（CSH）分解，生成不溶性且无胶结作用的SiO2胶体，石膏则与混凝土中的C3A的水化物进一步反应生成钙矾石，钙矾石生成时伴随体积膨胀而产生膨胀内应力，当膨胀内应力超过混凝土的抗拉强度时，就会使混凝土的强度严重下降，导致混凝土遭受严重破坏。3、碱骨料反应碱骨料反应指水泥或混凝土中其他成分中的碱与某些活性骨料发生反应，引起混凝土膨胀裂开，甚至破坏。按照反应类型，碱骨料反应可分为三种：碱、硅酸反应，碱、碳酸反应，碱、硅酸盐反应。这三种反应的生成物均可造成混凝土的膨胀和裂开。三、微生物侵蚀微生物侵蚀主要由其生命活动中所产生的腐蚀性物质所造成的。微生物腐蚀分为细菌腐蚀和真菌腐蚀两种，而细菌腐蚀根据其代谢过程又分为好氧菌、厌氧菌、兼性菌三种种。好氧代谢发生在供氧充足的区域，如桥墩、桥台与水面的结合处；厌氧代谢主要发生在贫氧区域，如混凝土构筑物的水下部位。两种代谢过程的产物不同，所以腐蚀机理也不一样。污水中共存有大量含碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素的有机物和无机物。由于微生物的代谢作用，有机物在好氧条件下最终分解为二氧化碳、水、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐等；厌氧条件下则最终分解为甲烷、二氧化、硫化氢等。无机物的微生物代谢主要包括无机氮、硫、磷的转化，好氧条件下最终转化为硫酸、硝酸及其盐、磷酸盐等；厌氧条件下则形成亚硝酸盐、氮气、PH3、硫化氢等物质。此外，有机物的代谢过程还将形成大量的脂肪酸、各种羧酸、氨基酸等中间产物。因此，微生物的代谢使污水成为复杂的介质体系，许多代谢产物都对混凝土具有潜在的腐蚀作用。1、厌氧菌对混凝土的腐蚀调查表明，主要的厌氧菌腐蚀来自于硫酸盐还原菌（SRB）。污水中既有有机硫化物也有无机硫化物，当水流速度较低时，硫酸盐还原菌容易在混凝土构筑物的水下界（如桥墩、桥台的水下部分）面处形成菌落，在贫氧条件下，硫酸盐还原菌能将含硫蛋白质、硫酸盐还原成硫化物，生成H2S，H2S与水反应生成硫酸，从而对混凝土及钢筋结构产生腐蚀。在水位线附近部位，由于水位的升降交替及水流动的作用，被水腐蚀的混凝土会被水带走，而新漏出来的混凝土又会遭到腐蚀，周而复始。2、好氧菌对混凝土的腐蚀污水中存在大量碳氢化合物、蛋白质、纤维素等有机物，它们是微生物的营养源，被微生物分解消化。这些微生物被称为好氧菌，好氧菌的代谢活动会消耗水的溶解氧。常见的好氧菌有：硫杆菌属的排流杆菌、氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌等。这些细菌在代谢过程中排出有机酸、二氧化碳、硫酸根等腐蚀性物质，对混凝土造成腐蚀。另外，微生物生长后期或在高碳氮比环境中，会在表面附着期间产生大量胞外聚合物。这些聚合物也会对混凝土产生腐蚀。如硫杆菌产生的胞外聚合物中带负电荷的羧基和羟基与钙形成络活物，从而造成混凝土基体中钙的浸出，使混凝土劣化。3、真菌对混凝土的腐蚀真菌代谢产生的柠檬酸、草酸、和葡萄糖酸、乙酸、丙酸等酸性物质与混凝土中的钙发生反应，引起混凝土的溶解和破坏。另外，真菌能将菌丝伸入混凝土内部，增加破坏面积和增大混凝土的孔隙率。真菌在很宽泛的条件下都有活性，因此由这些微生物所引起的破坏会非常严重。结论：污水环境下混凝土的劣化是多种因素共同作用的结果。因此在防腐设计时，应充分考虑各种腐蚀成因后对症下药。