摘 要: 西北鹽漬土地區(qū)的鋼筋混凝土排水管道普遍存在腐蝕現(xiàn)象, 影響城市排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行, 甚至造成路面塌陷。以安西縣鋼筋混凝土排水管腐蝕為例, 研究了鹽漬土地區(qū)鋼筋混凝土排水管道的腐蝕原因, 初步探討了鋼筋混凝土腐蝕機(jī)理。
關(guān)鍵詞: 排水管道; 鋼筋混凝土管道; 管道腐蝕; 鹽漬土
中圖分類號(hào): TU 991. 36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 16722643X (2008) 0120019203
城市排水管道多為鋼筋混凝土管道, 承擔(dān)著收集、輸送城市居民生活污水和工業(yè)企業(yè)污廢水的任務(wù), 為城市排污發(fā)揮了重要作用, 在城市環(huán)境保護(hù)中處于舉足輕重的地位。但是, 近年來(lái)許多地區(qū)發(fā)現(xiàn)排水管道普遍存在腐蝕現(xiàn)象, 這種現(xiàn)象在鹽漬土地區(qū)尤為嚴(yán)重。鹽漬土是指易溶鹽含量大于且具有吸濕、松脹等特性的土[ 1 ]。排水管道的腐蝕, 影響到城市排水系統(tǒng)的運(yùn)行, 使得污水外溢造成環(huán)境污染, 給居民的生活帶來(lái)諸多不便; 引起路面塌陷事件, 影響到道路的正常狀態(tài), 同時(shí)也造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為了使鋼筋混凝土排水管腐蝕問(wèn)題得以解決, 防止因管道腐蝕而引起的路面塌陷等道路問(wèn)題, 保證城市污水順利排放, 減少由此而引起的經(jīng)濟(jì)損失, 需要查清腐蝕原因和機(jī)理, 才能提出合理的解決措施。本文以安西縣鋼筋混凝土排水管道的腐蝕為例, 研究了西北地區(qū)鹽漬土地區(qū)排水管道腐蝕的原因和機(jī)理。
1 調(diào)查和實(shí)驗(yàn)
1. 1 現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)現(xiàn)狀
安西縣位于甘肅省河西走廊最西端, 其區(qū)域內(nèi)土壤含鹽量很高, 排水管道腐蝕現(xiàn)象普遍。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明, 安西鹽堿地地段的巖土條件大致如下: 0～ 1. 0m , 鹽漬土, 地表為灰白色鹽殼, 其下為褐黃色, 稍濕, 疏松狀態(tài), 粉細(xì)砂含量高; 1. 0～ 4. 0 m , 粉質(zhì)粘土, 淺灰色或褐色, 硬塑～ 可塑, 水平層理明顯, 混紅粘土團(tuán)塊, 有機(jī)質(zhì)含量高; 4. 0m 以下, 角礫。土壤鹽分類型主要以硫酸鹽、氯化物為主, pH 為8. 2～8. 8。地下水埋深2～ 3 m , 年變化幅度約2 m。
在打開(kāi)檢查井檢查時(shí)發(fā)現(xiàn), 除排水管道總排出口約50～ 60 m 管道腐蝕情況較輕微外, 其余各井管道端部腐蝕較嚴(yán)重。管道頂部未被腐蝕部分的殘留厚度僅有3～ 10 mm 左右。其腐蝕部位位于管道斷面上半部的非過(guò)流部分, 腐蝕狀態(tài)由流水面向上逐漸加劇, 以管道頂部最為嚴(yán)重, 已有蝕穿管道, 引起路面塌陷事件。
1. 2 實(shí)驗(yàn)方法
本實(shí)驗(yàn)采用氣相色譜法進(jìn)行分析測(cè)試。
1. 2. 1 取樣 實(shí)驗(yàn)分別取排水管道中散發(fā)的氣體和已被腐蝕管道的部分固體作為樣品。氣體取樣器由采氣管、真空泵、干燥器、軟管、進(jìn)氣口、集氣瓶組成。采集污水管道中的氣體樣品時(shí), 先將集氣瓶抽真空五分鐘, 把進(jìn)氣口固定在鋼筋上, 放入檢查井中,抽氣約20 分鐘, 密封采氣管并進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
1. 2. 2 主要儀器 CP - 3800 型氣相色譜儀;Satu rn 2000 GC/M S 型氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用儀。
1. 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
應(yīng)用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀質(zhì)譜確定氣體的種類, 同時(shí)應(yīng)用氣相色譜F ID、TCD 檢測(cè)器輔助驗(yàn)證。
1. 3. 1 樣品氣體的成份分析 氣體成分分析譜圖見(jiàn)圖1、圖2。
從圖1、圖2 中可以看出來(lái): 氮?dú)庠诳諝庵泻孔畲? 因此氮?dú)庠谧V圖中峰值最高, 反映的信號(hào)強(qiáng)度最大; 氧氣在空氣中也占有相當(dāng)?shù)谋壤? 因此氧氣在譜圖中峰值很高; 生活污水中有機(jī)物含量非常高, 有機(jī)物反應(yīng)發(fā)酵后產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的沼氣, 故H2、CO、CH4 在譜圖中的峰值也較高, 基本與氧氣所占比例相同; 含硫氣體主要來(lái)源于動(dòng)物蛋白的腐爛分解及洗滌用品中的表面活性劑帶入, 如十二烷基苯磺酸鈉等; 含氮?dú)怏w主要來(lái)自于土壤, 如化肥的使用; 而其余氣體的含量均不多。
1. 3. 2 與腐蝕有關(guān)氣體質(zhì)譜監(jiān)測(cè)分析 在樣品氣體中, 腐蝕管道的氣體主要有H2S、SO 2、CO 等氣體。
這些氣體的質(zhì)譜分析圖(標(biāo)準(zhǔn)圖譜與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖) 見(jiàn)圖3、圖4、圖5。其中上部為N IST 譜庫(kù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)圖譜, 下部為實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比圖。
1. 3. 3 有機(jī)氣體含量分析 有機(jī)氣體含量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖6、圖7。
從譜圖分析可看到: 排水管道所散發(fā)的氣體中,有機(jī)氣體成份復(fù)雜, 但各種氣體成份含量都不高。
2 管道腐蝕成因分析及機(jī)理研究
2. 1 鹽漬土的影響
安西縣屬典型的鹽漬土土壤, 土壤的pH 值大都在8. 0～ 9. 0 之間。土壤中的SO 42- 、Cl- 和M g2+ 含量最高可分別達(dá)到土壤重量的1. 43 %、0. 82 % 和0.62 %。這種土壤對(duì)鋼筋混凝土管道的腐蝕危害最大, 無(wú)論是在排水管道的制作方面, 還是在排水管道的使用方面都非常不利。其影響表現(xiàn)在兩方面:(1) 管道制作的影響。內(nèi)陸鹽土壤中的SO 42- 、Cl- 和M g2+ 等溶入地下水, 管道制作時(shí)用此種高含鹽量的地下水拌和混凝土, 給鋼筋混凝土管道就已經(jīng)埋下了隱患, 在管道成形硬化過(guò)程中便開(kāi)始產(chǎn)生膨脹和對(duì)鋼筋的腐蝕。而調(diào)研中得知安西縣城排水系統(tǒng)所用的鋼筋混凝土混凝土管道均由該縣就地自制, 而且制管用水是鹽漬土土壤的滲集水和地下水。
一般鋼筋混凝土制作用水的氯含量不得大于1 000 ppm , 預(yù)應(yīng)力混凝土及橋面板混凝土用水的氯含量不得大于500 ppm , 硫酸鹽含量不得大于500ppm。而安西縣的排水系統(tǒng)管道的制作用水和混凝土材料氯含量和硫酸鹽含量過(guò)高, 這勢(shì)必會(huì)影響到排水系統(tǒng)的使用年限[ 2 ]。
(2) 管道鋪設(shè)后的影響。鋼筋混凝土管道鋪設(shè)在當(dāng)?shù)佧}漬土土壤中, 土壤本身具有極強(qiáng)的腐蝕性,加上降雨滲濾、地下水滲入及管道內(nèi)污水外滲在管道內(nèi)外尤其在管道接頭處形成了極強(qiáng)的腐蝕環(huán)境。
2. 2 管道系統(tǒng)中污水及氣體的影響
由于安西縣排水系統(tǒng)的流量一般都很小, 污水在管道內(nèi)的不能及時(shí)排出, 停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng), 產(chǎn)生了過(guò)多的腐蝕性氣體, 其中以H2S 為主。在根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)井檢查時(shí), 有強(qiáng)烈的臭雞蛋味的氣體溢出, 可見(jiàn)污水中含有較高的H2S。H2S 氣體是城市排水系統(tǒng)中最常見(jiàn)的異味氣體, 它是在厭氧條件下細(xì)菌還原硫而形成的, 反應(yīng)式見(jiàn)式(1)、式(2)。
SO 42- + 有機(jī)物S2- + H2O + CO 2 (1)
S2- + 2H+ H2S (2)
H2S 氣體上升到污水表面或溢出到空氣層, 與污水表面溶解氧相遇, 在硫化細(xì)菌或硫磺細(xì)菌的氧化作用下, 生成H2SO 4, 再與管壁的凝結(jié)水結(jié)合, 造成管壁腐蝕。
硫化氫引起的腐蝕過(guò)程如圖8 所示。
H2S 釋放到管道的空氣中后, 腐蝕過(guò)程的第二步就是它轉(zhuǎn)移到管頂。管頂由于吸附凝結(jié)水而潮濕,
管道空氣中的H2S 一旦接觸到這些潮濕的表面, 就立即被吸附, 滯留在這層潮濕凝結(jié)水層中的H2S 接著就會(huì)被硫桿菌屬的好氧菌轉(zhuǎn)換成H2SO 4。
H2SO 4可以和混凝土管的水泥發(fā)生反應(yīng), 如果H2SO 4 的生成足夠慢, 那么幾乎所有生成的H2SO 4都會(huì)同水泥反應(yīng), 生成一種漿狀物, 松散地固結(jié)在管道上, 將管道充滿時(shí), 部分漿狀物塊被剪切下來(lái), 或從管道壁上剝落下來(lái), 管道繼續(xù)腐蝕, 這個(gè)過(guò)程會(huì)重復(fù)進(jìn)行[ 3 ]。通常在管頂和靠近液面的兩側(cè)管壁腐蝕最嚴(yán)重, 見(jiàn)圖9。
3 結(jié) 語(yǔ)
安西縣鋼筋混凝土排水管道腐蝕的原因涉及到鋼筋混凝土排水管道的制作、管道埋設(shè)使用環(huán)境、管內(nèi)輸送的污水水質(zhì)等方面。主要是鹽漬土的強(qiáng)腐蝕性和管道內(nèi)污水產(chǎn)生的氣體引起。
(1) 安西縣屬典型的鹽漬土土壤, 這種土壤對(duì)鋼筋混凝土管道的腐蝕危害最大, 無(wú)論是在排水管道的制作方面, 還是在排水管道的使用方面都非常不利。
(2) 安西縣排水管道內(nèi)的水流量很小, 污水在管道內(nèi)不能及時(shí)排出, 停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng), 產(chǎn)生了過(guò)多以H2S 為主的腐蝕性氣體, H2S 上升到污水表面或溢出到空氣層, 在硫化細(xì)菌或硫磺細(xì)菌的氧化作用下,生成H2SO 4, 再與管壁的凝結(jié)水結(jié)合, 造成排水管壁腐蝕。
(3) 安西縣排水管道內(nèi)部環(huán)境非常適宜硫酸鹽菌的生長(zhǎng), 無(wú)論是在溫度、pH 值、鹽度, 還是在碳源、氮源的供給方面, 都非常適宜硫酸鹽菌的生長(zhǎng)繁殖。也是安西縣排水管道受到腐蝕的重要原因。
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