□郭曉萌 □梁祥金 □孫玉賢 □陳秋紅(河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司)

1 工程概述

該排水倒虹吸交叉斷面以上集水面積9.84km2，50a一遇天然洪峰流量24m3/s，200a一遇天然洪峰流量34m3/s。排水倒虹吸工程由進(jìn)口段、管身段及出口段組成，建筑物總長(zhǎng)220m，其中管身水平投影長(zhǎng)105m，2孔，單孔凈尺寸為3.50m×3.50 m（寬×高）。

該排水倒虹吸混凝土工程于2010年5月至2010年10月澆筑完成。目前，該建筑物混凝土受到上游某化工廠所排污水侵蝕，處于非正常工作環(huán)境，混凝土表層凝膠體已發(fā)生流失，骨料顆粒外露。

2 安全評(píng)價(jià)

針對(duì)該排水倒虹吸運(yùn)行中存在的混凝土腐蝕問題，有資質(zhì)的單位對(duì)腐蝕情況進(jìn)行了檢測(cè)并對(duì)其進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)，主要結(jié)論如下：一是該侵蝕類型屬于酸性介質(zhì)下的溶解性侵蝕，無其它侵蝕類型情況發(fā)生；二是目前為止，環(huán)境水對(duì)混凝土的侵蝕只影響到混凝土的表層（深度約4mm），混凝土內(nèi)部以及鋼筋未受到有害離子的侵襲；三是倒虹吸水工建筑物目前處于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)，但不排除隨時(shí)間發(fā)展，侵蝕程度進(jìn)一步強(qiáng)化，導(dǎo)致侵入深度深化，侵蝕速度加劇的可能。

3 工程現(xiàn)狀分析

該排水倒虹吸前期設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)的地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，該區(qū)域地下水受大氣降水和地表徑流補(bǔ)給，pH值為7.50，侵蝕性二氧化碳含量為0mg/L，對(duì)混凝土無腐蝕性。依據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范，該倒虹吸管身段采用的混凝土為C30W6F150，進(jìn)出口段采用的混凝土為C20W6F150，混凝土保護(hù)層厚度為40mm。

排水倒虹吸現(xiàn)狀受到臨近工業(yè)污水的影響，處于非正常工作環(huán)境，根據(jù)相關(guān)檢測(cè)單位的安全評(píng)價(jià)，目前環(huán)境水的pH值為3.67，依據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范，當(dāng)環(huán)境水具有侵蝕性時(shí)，要求采用抗侵蝕性水泥及采取特殊的防護(hù)措施，同時(shí)，倒虹吸所處的環(huán)境類別為四類，據(jù)此確定該建筑物的鋼筋混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)為C30，混凝土保護(hù)層最小厚度為45mm。另外，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50476-2008，該建筑物所處環(huán)境為≥蝕環(huán)境，環(huán)境作用等級(jí)為V-E，設(shè)計(jì)使用年限為100a，要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C55、最大水灰比0.36、最小保護(hù)層厚度為45 mm；對(duì)處于化學(xué)侵蝕環(huán)境中的混凝土，同時(shí)應(yīng)采用抗侵蝕性水泥、摻用優(yōu)質(zhì)活性摻合料等措施。

綜合以上分析，針對(duì)該排水倒虹吸目前所處的運(yùn)行環(huán)境，依據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求，并參照《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50476-2008)，混凝土質(zhì)量至少應(yīng)達(dá)到“強(qiáng)度等級(jí)C30，混凝土保護(hù)層最小厚度45mm，采用抗侵蝕性水泥、摻用優(yōu)質(zhì)活性摻合料等措施及對(duì)混凝土表面進(jìn)行防腐處理”。鑒于該建筑物已經(jīng)施工完畢，混凝土實(shí)體質(zhì)量已無法改變，僅能采取以下措施延緩混凝土腐蝕：①采取措施使其混凝土保護(hù)層厚度達(dá)到45mm；②涂抹防腐涂料延緩混凝土腐蝕速度。

4 處理方案比選

針對(duì)本工程，從侵蝕類型以及侵蝕現(xiàn)狀出發(fā)，擬對(duì)混凝土表面進(jìn)行有機(jī)材料涂刷。對(duì)以下兩個(gè)方案進(jìn)行比選。

4.1 噴涂聚脲

噴涂聚脲是由異氰酸酯組分（簡(jiǎn)稱A組分）與氨基化合物組分（簡(jiǎn)稱B組分）反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。其優(yōu)點(diǎn)為：①固化速度快；②對(duì)溫度和濕度不敏感，不易發(fā)泡，故對(duì)施工的環(huán)境條件要求較低；③涂層對(duì)溫度的穩(wěn)定性好；④具有拉伸強(qiáng)度高，延伸率大、粘結(jié)力強(qiáng)、耐沖擊、防水、防腐、耐磨耗和耐老化性能較好等特點(diǎn)；⑤對(duì)混凝土、鋼、鋁、木材等多種基材均具有良好的粘結(jié)性能。

但其存在如下缺點(diǎn)：①對(duì)基面的浸潤(rùn)能力較差，容易影響與基面的附著力，且層間的結(jié)合也不理想，涂層的內(nèi)應(yīng)力大；②芳香族聚脲的耐紫外線、耐老化性能不理想；③脂肪族聚脲的耐紫外線、耐老化性能雖然比芳香族聚脲優(yōu)越得多，但造價(jià)也要高2～3倍；④施工較復(fù)雜，不易操作，施工設(shè)備費(fèi)用較高；⑤聚脲在噴涂施工過程中，由于異氰酸酯基（-NCO）和液態(tài)胺等的存在，仍屬有毒、有味和刺激性強(qiáng)烈的物質(zhì)。為此在進(jìn)行噴涂聚脲施工時(shí)，施工人員必須佩戴防毒口罩、防護(hù)眼鏡、膠皮手套，穿防護(hù)服和防護(hù)鞋等，且應(yīng)站在上風(fēng)口作業(yè)。

4.2 環(huán)氧防腐涂料

環(huán)氧防腐涂料是以環(huán)氧樹脂作為原料的涂料統(tǒng)稱。其優(yōu)點(diǎn)為：①力學(xué)性能高。環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力，分子結(jié)構(gòu)致密，所以它的力學(xué)性能高于酚醛樹脂和不飽和聚酯等通用型熱固性樹脂；②附著力強(qiáng)。環(huán)氧樹脂固化體系中含有活性極大的環(huán)氧基、羥基以及醚鍵、胺鍵、酯鍵等極性基團(tuán)，賦予環(huán)氧固化物對(duì)金屬、陶瓷、玻璃、混凝士、木材等極性基材以優(yōu)良的附著力；③固化收縮率小。一般為1%～2%。是熱固性樹脂中固化收縮率最小的品種之一(酚醛樹脂為8%～10%；不飽和聚酯樹脂為4%～6%；有機(jī)硅樹脂為4%～8%)。線脹系數(shù)也很小，一般為6×10-5/℃。所以固化后體積變化不大；④工藝性好。環(huán)氧樹脂固化時(shí)基本上不產(chǎn)生低分子揮發(fā)物，所以可低壓成型或接觸壓成型。能與各種固化劑配合制造無溶劑、高固體、粉末涂料及水性涂料等環(huán)保型涂料；⑤優(yōu)良的電絕緣性優(yōu)良。環(huán)氧樹脂是熱固性樹脂中介電性能最好的品種之一；⑥穩(wěn)定性好，抗化學(xué)藥品性優(yōu)良。不含堿、鹽等雜質(zhì)的環(huán)氧樹脂不易變質(zhì)。只要貯存得當(dāng)(密封、不受潮、不遇高溫)，其貯存期為1a。超期后若檢驗(yàn)合格仍可使用。環(huán)氧固化物具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性。其耐堿、酸、鹽等多種介質(zhì)腐蝕的性能優(yōu)于不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂。因此環(huán)氧樹脂大量用作防腐蝕底漆；⑦環(huán)氧固化物的耐熱一般為80～100℃。環(huán)氧樹脂的耐熱性可達(dá)200℃或更高。

但其也存在如下缺點(diǎn)：①耐候性差，環(huán)氧樹脂中一般含有芳香醚鍵，固化物經(jīng)日光照射后易降解斷鏈，所以通常的雙酚A型環(huán)氧樹脂固化物在戶外日曬，易失去光澤，逐漸粉化，因此不宜用作戶外的面漆，在外露的環(huán)境下使用時(shí)，面層應(yīng)采用氯磺化聚乙烯、脂肪族聚氨酯或與其具有相容性的其它耐候性能好的涂料作保護(hù)層，使其形成揚(yáng)長(zhǎng)避短的復(fù)合涂層。②環(huán)氧樹脂低溫固化性能差，一般需在10℃以上固化，在10℃以下則固化緩慢。

5 處理方案選定

鑒于噴涂聚脲存在施工難度大、對(duì)基面的浸潤(rùn)能力差等缺點(diǎn)，擬選用環(huán)氧防腐涂料對(duì)該排水倒虹吸混凝土表面腐蝕進(jìn)行處理，同時(shí)對(duì)于處于外露環(huán)境易受紫外線照射的混凝土表面增加一層氯磺化聚乙烯面漆。

目前排水倒虹吸的混凝土碳化深度大致在4.00mm±0.50mm之間，前期設(shè)計(jì)混凝土保護(hù)層厚度為40mm，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，要求混凝土最小保護(hù)層厚度為45mm，因此，為保證該倒虹吸的耐久性，先在混凝土表面涂抹10mm厚的環(huán)氧砂漿，然后選用環(huán)氧防腐涂料對(duì)倒虹吸管身段進(jìn)行防腐處理，而上下游連接段的側(cè)壁、底板以及倒虹吸管身段兩端各5m范圍內(nèi)處于外露環(huán)境，易受紫外線照射，故該范圍內(nèi)混凝土采用環(huán)氧防腐涂料與氯磺化聚乙烯結(jié)合的復(fù)合涂層。防腐構(gòu)造見表1。

表1 混凝土表面的防腐構(gòu)造表

6 建議

一是由于該排水倒虹吸混凝土實(shí)體質(zhì)量無法改變，雖然對(duì)混凝土表面腐蝕進(jìn)行了處理，但只能延緩腐蝕發(fā)展的速度，不能達(dá)到強(qiáng)酸性環(huán)境水的正常使用條件，建議采取有效措施恢復(fù)該建筑物的原有設(shè)計(jì)水環(huán)境條件，污水應(yīng)處理達(dá)標(biāo)后排放；二是若水環(huán)境條件不能達(dá)到原設(shè)計(jì)條件，考慮到防腐材料的耐久性，需定期（最長(zhǎng)為10a）對(duì)防腐涂層的完好性、混凝土的腐蝕情況以及止水材料的完好性進(jìn)行檢查評(píng)估。