襯砌工程中混凝土板短時間內發生破壞的原因分析

馮德傳 方 麗

(1.莒南縣澇坡水利服務中心，山東 莒南 276600;2.莒南縣嶺泉水利服務中心，山東 莒南 276600)

山東地區屬于我國弱硫酸鹽地區，土壤和水中的硫酸鹽濃度比較低，在明渠進行預制板(簡稱“混凝土板”)襯砌的設計和配制混凝土過程中一般不會考慮土壤和水中的硫酸鹽對混凝土本身的侵蝕影響。但是在雞龍河綜合治理項目中，部分重力流明渠渠道襯砌工程出現了混凝土板經過一個冬季就發生快速破壞的現象。在魯西南地區進行明渠襯砌施工中，發生水工混凝土板短時間出現如此嚴重的破壞現象非常少見，需要對破壞情況進行系統的研究分析，查找出原因，以便采取相應的有效措施，確保工程質量。問題發生后，首先對渠道輸送水體進行多點取樣送專業檢測機構進行檢驗檢測，檢測報告排除了水質對混凝土板的腐蝕影響，因此需要從混凝土板的原材料質量、施工工藝、周圍環境等施工因素再進行一一排查。

雞龍河發源于臨沂市澇坡鎮雞山南麓，匯入沭河，全長37.9km，流域面積307.5km2。近年來，臨沂市下大力氣對雞龍河流域進行綜合治理[1]。根據規劃，臨沂市投資2.1億元把雞龍河打造成“一河兩翼”城市核心區域，助力構建以生態為基礎，以水為主題，以防洪、旅游觀光為內涵，集旅游、觀光、休閑于一體的大型生態濕地。在雞龍河綜合治理項目中需要對部分渠道采用六邊形混凝土預制板和現澆混凝土進行襯砌處理，其渠道襯砌施工斷面見圖1。

圖1 重力流明渠渠道襯砌施工斷面圖(高程單位：m；尺寸單位：mm)

該襯砌渠道屬于無壓力的重力流蓋板明渠，在工程建設進程中，個別標段襯砌完成，在經歷第一個冬季后陸續發現部分混凝土預制板出現龜裂、脫皮，甚至崩解破碎，其強度完全喪失；現澆混凝土齒墻開裂崩解，強度完全喪失，并伴有白色溶出物；分水閘混凝土根部和生產橋橋墩根部均發生脫皮、剝蝕破壞。下游現澆混凝土襯砌也在水位變幅區發生嚴重的脫皮現象，戧臺上鋪設的花磚也有破碎崩解，強度喪失的情況。

1 原材料質量問題分析

該混凝土板抗滲抗凍等級分別為P8和F200，渠道使用的混凝土板設計標準為C30，分水閘混凝土設計標準為C25，所用水泥、中砂、石子、粉煤灰、外加劑等原材料均具有相應的合格證，并經第三方檢測部門取樣送檢也都滿足質量要求。

2 混凝土預制板與現澆混凝土質量分析

混凝土的耐久性主要受混凝土預制板的生產質量以及現澆混凝土襯砌施工質量這兩方面的直接影響。因此，需要從混凝土的生產和施工環節、自身強度等級、抗凍等級等方面進行檢查檢測，看其是否滿足設計標準和質量要求。在混凝土板出現損壞標段和相應的預制廠各隨機抽取1塊和2塊混凝土預制板，用回彈法檢測其抗壓強度，并將其切割成6cm×6cm×15cm長方體條塊，一起在試驗室內進行混凝土的抗凍融試驗。其檢測結果見表1。

表1 強度及凍融檢測結果表

分析混凝土預制板原材料、施工工藝及現澆混凝土的檢測結果可知，預制板的抗壓強度和抗凍等級都達到了設計要求，試塊經凍融150個循環后，外觀無任何變壞，雖然時間短，但是可以排除一個冬季對混凝土產生凍融破壞的可能。

3 混凝土環境介質分析

3.1 混凝土侵害物成分確定

通過對破壞混凝土板觀察發現混凝土板的骨料顆粒周圍偶爾能夠看到一些孔隙和裂縫，而且在這些孔隙和裂縫周圍均存在灰白色的溶出物，將白色的溶出物送實驗室利用RM-1000型激光共聚焦拉曼光譜儀進行檢測，并對混凝土破碎殘體成分進行分析，來確定產生了腐蝕破壞的混凝土含有何種腐蝕性介質。在混凝土現澆齒墻、六邊形混凝土預制板殘體各取一個樣本，進行室內分析試驗。其試驗結果見表2、表3。

表2 混凝土現澆齒墻破碎體檢測結果

表3 六邊形混凝土預制板檢測結果對比

3.2 破壞因素確定

周圍環境中對混凝土襯砌可能產生腐蝕破壞的環境介質無非兩種：土壤和地下水。因此，需要對出現混凝土破壞的渠段內的土壤和地下水進行取樣，送專業檢測公司進行混凝土腐蝕性的物質和含量的試驗檢測，通過試驗檢測確定地下水和土壤對混凝土的腐蝕性等級。檢測結果見表4、表5。

表4 土樣檢測結果(烘干消解后檢驗)

表5 水樣檢測結果

4 結 論

水位變幅區腐蝕較為明顯主要是受到干濕交替循環的影響，因存在毛細現象，當混凝土被浸濕后，侵蝕性介質隨著水進入混凝土內部，當干燥后，又反向轉移到混凝土表面，如此反復循環，再加上環境溫差影響，必然加速加重腐蝕過程，所以在水位變幅區上下約30cm范圍腐蝕破壞最為嚴重。

水化反應良好的混凝土pH值一般在12.5以上，理論上一般混凝土處于pH值小于12.5的環境中，都可能因為堿度降低導致凝膠性水化產物失去穩定性，因而造成腐蝕破壞。而上述渠道中水的pH值在6.1左右，更加快加重了腐蝕破壞的速度和程度。

5 建 議

為防止再次出現類似的混凝土短時間內發生侵蝕問題，建議采取以下工程措施：

a.調整水灰比，增加抗滲性。抗滲性直接決定了混凝土的腐蝕破壞程度，而水膠比影響混凝土的抗滲性，混凝土中存在的毛細孔對腐蝕的速率有較大影響，水灰比越大，混凝土的毛細孔率越大，侵蝕性介質進入混凝土內部的概率越大，混凝土越容易受到腐蝕。因此，調整水灰比不超過0.4，以減少地下水對混凝土的滲透腐蝕。

c.使用高效減水劑，可使普通混凝土抵抗一定濃度的硫酸鹽腐蝕。高效減水劑和粉煤灰通過與水泥水化產物氫氧化鈣發生二次水化反應，消耗了易受硫酸鹽侵蝕的氫氧化鈣，并生成化學性質較穩定的C-S-H，從而提高了混凝土抗硫酸鹽侵蝕的能力。