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我國早期建設(shè)的市政混凝土污水輸送管道主要利用混凝土本身的防腐特性，設(shè)計合理的混凝土保護厚度及合理的混凝土抗?jié)B指標，其中大多數(shù)管道沒有采用額外的防腐措施。但從已建的市政混凝土污水輸送管道來看，導(dǎo)致混凝土管道失效或臨近失效的一個重要的原因是管道內(nèi)部混凝土及鋼筋受到了嚴重的腐蝕（見圖 1）。

1.腐蝕機理

污水管道所處的環(huán)境，主要是污水管道內(nèi)部雨水、內(nèi)部污水、外部地下水及外部土壤對管道內(nèi)外的物理、化學(xué)及生物腐蝕，還包括載荷、溫度、爆炸、震動、沖擊、沉降、地震、沖刷等的機械作用。市政混凝土污水輸送管道的腐蝕與其他混凝土建構(gòu)筑物的腐蝕相比有一個顯著的不同是，管道內(nèi)部會受到雨污水及污泥中微生物對混凝土的長期腐蝕作用。

1.1 微生物作用

微生物作用對管道的腐蝕過程是自然界硫循環(huán)的一部分，該過程稱為生物硫酸腐蝕。污水在管道輸送過程中，污水中懸浮物逐漸堆積在管道底部形成污泥。污泥中的 SO42- 被硫酸鹽還原菌還原，生物化學(xué)反應(yīng)生成硫化氫。反應(yīng)中釋放出來的 H2S氣體聚集到管道上部未填充水的空間與混凝土接觸。接著 H2S 又由于硫氧化菌的生物化學(xué)反應(yīng)生成硫酸。在硫酸的長期腐蝕作用下，混凝土內(nèi)部鋼筋由于去鈍化而被破壞。而且硫酸鹽還原菌的存在會造成混凝土內(nèi)部 pH 值的下降，形成惡性循環(huán)。pH 值越低，硫氧化菌的繁衍速度越快，甚至在 pH值為 1 的環(huán)境中還能進行繁殖。圖 2 為腐蝕機理示意圖。

已建市政混凝土污水輸送管道的腐蝕情況，管道內(nèi)壁腐蝕呈以下特點：

（1）管道水氣分界面處及水位變化頻繁處比其他區(qū)域腐蝕更為嚴重。

（2）在相同的環(huán)境下，管道底部通常要比頂部、側(cè)壁腐蝕輕些，這是由于底部常年被污泥覆蓋，所處狀態(tài)相對穩(wěn)定，所以腐蝕發(fā)展較慢[2]。

（3）水質(zhì)變化較大或水質(zhì)較差的管道比水質(zhì)較穩(wěn)定或水質(zhì)較好的管道腐蝕嚴重。

1.2 其他腐蝕作用

與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在其他環(huán)境受到腐蝕的機理一樣，市政混凝土污水輸送管道同樣會受到管道內(nèi)部雨污水、外部地下水及土壤環(huán)境下的硫酸鹽腐蝕、氯離子腐蝕、酸性介質(zhì)腐蝕、碳化作用等。

污水中的硫酸鹽滲透進混凝土的孔隙中，會與混凝土中的某些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。硫酸鹽與混凝土生成的產(chǎn)物遇水生成結(jié)晶，結(jié)晶物質(zhì)會導(dǎo)致體積膨脹，從而在混凝土內(nèi)部形成膨脹應(yīng)力。一旦混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力超過混凝土粗細骨料與膠凝物的粘結(jié)力后就會導(dǎo)致混凝土開裂現(xiàn)象，進而形成由內(nèi)到外的剝蝕。污水中的 SO42- 與混凝土中 Ca（OH）2 形成 CaSO4。另一方面，污水中的SO42- 還會與混凝土中的水化鋁酸鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫鋁酸鈣。硫鋁酸鈣含有 31 個結(jié)晶水，體積膨脹劇烈，約為原水化鋁酸鈣體積的 2.5 倍[3]。隨著硫酸鹽腐蝕作用的進行，混凝土由于膨脹應(yīng)力，內(nèi)部顆粒間孔隙越來越多且間距越來越大，內(nèi)部的滲透性也隨之增大，因此污水中硫酸鹽或其他腐蝕物質(zhì)的入侵混凝土更加容易并且劇烈，從而形成惡性循環(huán)，加快了混凝土及混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕。

污水中的氯離子自由擴散進入混凝土內(nèi)部，運動到鋼筋表面就可以吸附在鋼筋表面上。由于氯離子具有較高的活性，可以與鋼筋的鈍化膜發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)后的鈍化膜逐層脫落，直到最終出現(xiàn)缺口，此處裸露出來的金屬就是一個活化的陽極，其他未脫落的區(qū)域為陰極，形成大陰極 - 小陽極的化學(xué)電池，陽極區(qū)的腐蝕電流很大，腐蝕速度很快，使得鈍化膜缺陷處形成一個腐蝕坑。

污水中的酸性介質(zhì)會造成混凝土內(nèi)部組成成分的堿性喪失，使得砂漿層粉化脫落。其機理是由于酸性介質(zhì)會使混凝土中大量的 Ca（OH）2 被其中和，導(dǎo)致內(nèi)部石灰堿度大幅降低，進一步使得混凝土中水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣的分解。最終酸性介質(zhì)破壞了混凝土中的膠凝體，使得管道力學(xué)性能降低。污水污泥中微生物生成的 H2S 氣體與混凝土中 Ca（OH）2 生成易溶解的硫氫酸鈣會隨管道水流流失，從而使混凝土產(chǎn)生弱酸腐蝕。導(dǎo)致酸性介質(zhì)更容易與鋼筋接觸，鋼筋表面鈍化膜遭到破壞鋼筋生銹，鋼筋生銹后體積膨脹使得混凝土受膨脹應(yīng)力，混凝土進一步開裂剝落。另外污水中的酸性介質(zhì)還會加速分解混凝土中的水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，破壞混凝土的凝膠體，使混凝土的強度降低。

管道中的二氧化碳通過孔隙進入到混凝土內(nèi)部與氫氧化鈣等堿性物質(zhì)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土堿性下降。新澆筑的混凝土內(nèi)部是呈堿性的，堿性環(huán)境能夠保護混凝土不受損壞。而且鋼筋混凝土中鋼筋在堿性環(huán)境內(nèi)和少量氧氣下，由于初始的電化學(xué)作用，會迅速生成一層致密的鈍化膜，保護鋼筋不受到腐蝕。但如果混凝土發(fā)生碳化，堿性下降，PH 值降低，會讓鈍化膜的溶解速度大于生成速度，造成鈍化膜的破壞。鋼筋的鈍化膜一旦受到破壞，鋼筋極易被銹蝕。

2.混凝土管道內(nèi)防腐層

市政混凝土污水輸送管道中混凝土表面涂層和防腐面層防護的原理是降低污水腐蝕離子的滲透速率，達到隔絕或減輕污水腐蝕物質(zhì)對混凝土的作用。某些內(nèi)防腐層還可以減少微生物附著和抑制微生物的繁殖，減少微生物的腐蝕作用。根據(jù)混凝土管道內(nèi)防腐層的材料，混凝土管道內(nèi)防腐層可以分為三大類：有機涂料類、防腐砂漿類及防腐內(nèi)襯類。

2.1 有機涂料類

根據(jù)不用的有機材料，有機涂料類包括環(huán)氧涂料、聚氨酯涂料、聚脲彈性體涂料、丙烯酸乳膠漆、氟樹脂涂料、有機硅樹脂涂料、玻璃鱗片涂料等，其中應(yīng)用在市政混凝土污水輸送管道防腐材料最常見是聚氨酯涂料。

聚氨酯涂料應(yīng)用在市政混凝土污水輸送管道中具有以下優(yōu)點：聚氨酯涂料具有低透水性和低透氣性，以及優(yōu)異的耐腐蝕性；通過調(diào)節(jié)混合比例，可以將涂層制成剛性涂層或柔性涂層；還可與各種樹脂混合或改性制備各種聚氨酯防腐涂料；可以在低溫潮濕的環(huán)境下固化。其具有良好的機械性能，良好的水解穩(wěn)定性，抗生物污損性和耐溫性。

2.2 防腐砂漿類

在水泥砂漿中加入聚合物乳液改性砂漿之后，改善了水泥漿體之間的界面結(jié)合性能，兩者之間的粘結(jié)性能得到大幅度的提高。眾所周知，水泥漿體與粗細骨料之間的界面是砂漿中的薄弱環(huán)節(jié)，一旦砂漿內(nèi)部受到應(yīng)力作用，極容易在該薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生裂紋。如果在砂漿中摻入聚合物改性，則水泥砂漿在凝結(jié)過程中，聚合物就會在水泥漿體與細骨料之間干燥成膜，使兩者之間的結(jié)合更加密實。加強水泥漿體與細骨料的結(jié)合得到的直接表現(xiàn)為：提高了水泥砂漿抗拉強度，改善了延伸性，從而減少了干縮裂縫的形成。無機防腐砂漿是以無機防腐膠凝材料為主的預(yù)干混砂漿材料，工地現(xiàn)場加水混合后，通過機械泵送、噴涂到待保護結(jié)構(gòu)表面（見圖 3）。一方面防腐砂漿可以減少污水腐蝕物質(zhì)與混凝土的直接接觸，從而提高管道的防腐性能得到提高。另一方面鋁酸鹽水泥具有抑制硫化菌生長的作用，截斷硫酸產(chǎn)生來源。

防腐砂漿類防腐的優(yōu)點是基層處理簡單，施工方便；有足夠的施工厚度，容易保證施工質(zhì)量；并且防腐砂漿環(huán)保、無毒無味、施工環(huán)境安全健康。但是防腐砂漿延伸率較低，接口需要特殊處理；而且無機防腐砂漿表面粗糙，水頭損失較大且容易堆積污泥。

3.結(jié) 論

（1）市政混凝土污水輸送管道的腐蝕與其他混凝土建構(gòu)筑物的腐蝕相比有一個顯著的不同是，污水輸送管道內(nèi)部腐蝕主要因素是受到雨污水及污泥中的微生物在長期下對混凝土的腐蝕作用。

（2）從管道腐蝕的微生物作用、硫酸鹽腐蝕、氯離子腐蝕、酸性介質(zhì)腐蝕、碳化作用等腐蝕過程中可以看出，一旦管道腐蝕形成，都會形成惡性循環(huán)，使得腐蝕循環(huán)過程越來越快，越來越嚴重。在實際中，這幾種腐蝕是同時存在的，腐蝕物質(zhì)疊加腐蝕的機理還需進一步研究。

（3）混凝土表面涂層和防腐面層防護的原理是降低污水腐蝕離子的滲透速率，達到隔絕或減輕污水腐蝕物質(zhì)對混凝土的作用，提高形成腐蝕惡性循環(huán)的閾值。

內(nèi)容來源：城市道橋與防洪

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