摘 要: 西北盐渍土地区的钢筋混凝土排水管道普遍存在腐蚀现象, 影响城市排水系统的正常运行, 甚至造成路面塌陷。以安西县钢筋混凝土排水管腐蚀为例, 研究了盐渍土地区钢筋混凝土排水管道的腐蚀原因, 初步探讨了钢筋混凝土腐蚀机理。
关键词: 排水管道; 钢筋混凝土管道; 管道腐蚀; 盐渍土
中图分类号: TU 991. 36 文献标识码: A 文章编号: 16722643X (2008) 0120019203
城市排水管道多为钢筋混凝土管道, 承担着收集、输送城市居民生活污水和工业企业污废水的任务, 为城市排污发挥了重要作用, 在城市环境保护中处于举足轻重的地位。但是, 近年来许多地区发现排水管道普遍存在腐蚀现象, 这种现象在盐渍土地区尤为严重。盐渍土是指易溶盐含量大于且具有吸湿、松胀等特性的土[ 1 ]。排水管道的腐蚀, 影响到城市排水系统的运行, 使得污水外溢造成环境污染, 给居民的生活带来诸多不便; 引起路面塌陷事件, 影响到道路的正常状态, 同时也造成了严重的经济损失。为了使钢筋混凝土排水管腐蚀问题得以解决, 防止因管道腐蚀而引起的路面塌陷等道路问题, 保证城市污水顺利排放, 减少由此而引起的经济损失, 需要查清腐蚀原因和机理, 才能提出合理的解决措施。本文以安西县钢筋混凝土排水管道的腐蚀为例, 研究了西北地区盐渍土地区排水管道腐蚀的原因和机理。
1 调查和实验
1. 1 现场勘测现状
安西县位于甘肃省河西走廊最西端, 其区域内土壤含盐量很高, 排水管道腐蚀现象普遍。现场调查表明, 安西盐碱地地段的岩土条件大致如下: 0～ 1. 0m , 盐渍土, 地表为灰白色盐壳, 其下为褐黄色, 稍湿, 疏松状态, 粉细砂含量高; 1. 0～ 4. 0 m , 粉质粘土, 浅灰色或褐色, 硬塑～ 可塑, 水平层理明显, 混红粘土团块, 有机质含量高; 4. 0m 以下, 角砾。土壤盐分类型主要以硫酸盐、氯化物为主, pH 为8. 2～8. 8。地下水埋深2～ 3 m , 年变化幅度约2 m。
在打开检查井检查时发现, 除排水管道总排出口约50～ 60 m 管道腐蚀情况较轻微外, 其余各井管道端部腐蚀较严重。管道顶部未被腐蚀部分的残留厚度仅有3～ 10 mm 左右。其腐蚀部位位于管道断面上半部的非过流部分, 腐蚀状态由流水面向上逐渐加剧, 以管道顶部最为严重, 已有蚀穿管道, 引起路面塌陷事件。
1. 2 实验方法
本实验采用气相色谱法进行分析测试。
1. 2. 1 取样 实验分别取排水管道中散发的气体和已被腐蚀管道的部分固体作为样品。气体取样器由采气管、真空泵、干燥器、软管、进气口、集气瓶组成。采集污水管道中的气体样品时, 先将集气瓶抽真空五分钟, 把进气口固定在钢筋上, 放入检查井中,抽气约20 分钟, 密封采气管并进行标识。
1. 2. 2 主要仪器 CP - 3800 型气相色谱仪;Satu rn 2000 GC/M S 型气相色谱与质谱联用仪。
1. 3 实验结果
应用气相色谱质谱联用仪质谱确定气体的种类, 同时应用气相色谱F ID、TCD 检测器辅助验证。
1. 3. 1 样品气体的成份分析 气体成分分析谱图见图1、图2。
从图1、图2 中可以看出来: 氮气在空气中含量最大, 因此氮气在谱图中峰值最高, 反映的信号强度最大; 氧气在空气中也占有相当的比例, 因此氧气在谱图中峰值很高; 生活污水中有机物含量非常高, 有机物反应发酵后产生相当数量的沼气, 故H2、CO、CH4 在谱图中的峰值也较高, 基本与氧气所占比例相同; 含硫气体主要来源于动物蛋白的腐烂分解及洗涤用品中的表面活性剂带入, 如十二烷基苯磺酸钠等; 含氮气体主要来自于土壤, 如化肥的使用; 而其余气体的含量均不多。
1. 3. 2 与腐蚀有关气体质谱监测分析 在样品气体中, 腐蚀管道的气体主要有H2S、SO 2、CO 等气体。
这些气体的质谱分析图(标准图谱与实验结果对比图) 见图3、图4、图5。其中上部为N IST 谱库国际标准图谱, 下部为实验结果对比图。
1. 3. 3 有机气体含量分析 有机气体含量检测结果见图6、图7。
从谱图分析可看到: 排水管道所散发的气体中,有机气体成份复杂, 但各种气体成份含量都不高。
2 管道腐蚀成因分析及机理研究
2. 1 盐渍土的影响
安西县属典型的盐渍土土壤, 土壤的pH 值大都在8. 0～ 9. 0 之间。土壤中的SO 42- 、Cl- 和M g2+ 含量最高可分别达到土壤重量的1. 43 %、0. 82 % 和0.62 %。这种土壤对钢筋混凝土管道的腐蚀危害最大, 无论是在排水管道的制作方面, 还是在排水管道的使用方面都非常不利。其影响表现在两方面:(1) 管道制作的影响。内陆盐土壤中的SO 42- 、Cl- 和M g2+ 等溶入地下水, 管道制作时用此种高含盐量的地下水拌和混凝土, 给钢筋混凝土管道就已经埋下了隐患, 在管道成形硬化过程中便开始产生膨胀和对钢筋的腐蚀。而调研中得知安西县城排水系统所用的钢筋混凝土混凝土管道均由该县就地自制, 而且制管用水是盐渍土土壤的渗集水和地下水。
一般钢筋混凝土制作用水的氯含量不得大于1 000 ppm , 预应力混凝土及桥面板混凝土用水的氯含量不得大于500 ppm , 硫酸盐含量不得大于500ppm。而安西县的排水系统管道的制作用水和混凝土材料氯含量和硫酸盐含量过高, 这势必会影响到排水系统的使用年限[ 2 ]。
(2) 管道铺设后的影响。钢筋混凝土管道铺设在当地盐渍土土壤中, 土壤本身具有极强的腐蚀性,加上降雨渗滤、地下水渗入及管道内污水外渗在管道内外尤其在管道接头处形成了极强的腐蚀环境。
2. 2 管道系统中污水及气体的影响
由于安西县排水系统的流量一般都很小, 污水在管道内的不能及时排出, 停留时间过长, 产生了过多的腐蚀性气体, 其中以H2S 为主。在根据现场开井检查时, 有强烈的臭鸡蛋味的气体溢出, 可见污水中含有较高的H2S。H2S 气体是城市排水系统中最常见的异味气体, 它是在厌氧条件下细菌还原硫而形成的, 反应式见式(1)、式(2)。
SO 42- + 有机物S2- + H2O + CO 2 (1)
S2- + 2H+ H2S (2)
H2S 气体上升到污水表面或溢出到空气层, 与污水表面溶解氧相遇, 在硫化细菌或硫磺细菌的氧化作用下, 生成H2SO 4, 再与管壁的凝结水结合, 造成管壁腐蚀。
硫化氢引起的腐蚀过程如图8 所示。
H2S 释放到管道的空气中后, 腐蚀过程的第二步就是它转移到管顶。管顶由于吸附凝结水而潮湿,
管道空气中的H2S 一旦接触到这些潮湿的表面, 就立即被吸附, 滞留在这层潮湿凝结水层中的H2S 接着就会被硫杆菌属的好氧菌转换成H2SO 4。
H2SO 4可以和混凝土管的水泥发生反应, 如果H2SO 4 的生成足够慢, 那么几乎所有生成的H2SO 4都会同水泥反应, 生成一种浆状物, 松散地固结在管道上, 将管道充满时, 部分浆状物块被剪切下来, 或从管道壁上剥落下来, 管道继续腐蚀, 这个过程会重复进行[ 3 ]。通常在管顶和靠近液面的两侧管壁腐蚀最严重, 见图9。
3 结 语
安西县钢筋混凝土排水管道腐蚀的原因涉及到钢筋混凝土排水管道的制作、管道埋设使用环境、管内输送的污水水质等方面。主要是盐渍土的强腐蚀性和管道内污水产生的气体引起。
(1) 安西县属典型的盐渍土土壤, 这种土壤对钢筋混凝土管道的腐蚀危害最大, 无论是在排水管道的制作方面, 还是在排水管道的使用方面都非常不利。
(2) 安西县排水管道内的水流量很小, 污水在管道内不能及时排出, 停留时间过长, 产生了过多以H2S 为主的腐蚀性气体, H2S 上升到污水表面或溢出到空气层, 在硫化细菌或硫磺细菌的氧化作用下,生成H2SO 4, 再与管壁的凝结水结合, 造成排水管壁腐蚀。
(3) 安西县排水管道内部环境非常适宜硫酸盐菌的生长, 无论是在温度、pH 值、盐度, 还是在碳源、氮源的供给方面, 都非常适宜硫酸盐菌的生长繁殖。也是安西县排水管道受到腐蚀的重要原因。
参考文献:
[1 ] 谷云峰, 王国体, 俞竞伟. 盐渍土的基本特性及其工程治理[J ]. 安徽建筑, 2004, (1) : 84- 86.
[ 2 ] 周培华. 钢筋混凝土结构的腐蚀机理及预防措施[J ]. 云南建筑, 2006, (3) : 33- 36.
[3 ] 张敏. 路桥工程中钢筋混凝土的腐蚀与防护[J ]. 福建建材, 2006, (4) : 46- 47.
