下安水庫水質(zhì)對工程建筑物的影響評價

宋效蘭

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 概況

津水河為象峪河的一級支流，發(fā)源于榆次莊子鄉(xiāng)大塔村，流經(jīng)北郊村東入境，向西偏北流至下寨附近有蒲地河匯入，又向西至格子頭，其間東賈河匯入，復(fù)向西偏北經(jīng)注村西南再入榆次境內(nèi)。河水流量小時，在榆次東陽北社一帶消失；水流大時溢入南席村東洼地，為季節(jié)性沼澤；水流更大時漫溢匯入象峪河，全長36 km，全流域約100 km2。太谷區(qū)下安水庫，建于津水河上，位于太谷區(qū)范村鎮(zhèn)下安村西0.5 km 處，是一座以供水和灌溉為主，防洪為輔的?。ㄒ唬┬退畮臁?/p>

太谷區(qū)水文地質(zhì)條件受地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等影響較強，根據(jù)含水介質(zhì)和地下水水力特征，本區(qū)地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水。地下水補給主要是接受大氣降水及地表水的入滲。地下水類型主要為松散巖類孔隙水，大部分賦存于津水河河床、漫灘和津水河沖洪積扇處松散地層中，含水層為全新統(tǒng)洪沖積卵石混合土及級配不良砂等，其富水性一般較好，地下水埋深較淺，一般0.5～2.1 m，河床及河漫灘地下水位高程854.49—855.64 m。

2 水樣測定

2.1 測試項目及方法

（1）pH 值：采用電位法，用pH 玻璃電極為指示電極，飽和甘汞電極為參比電極，浸入被測液中，測定水樣的pH 值。

（2）Ca2+：采用 EDTA 容量法，pH 在 12～13 條件下，用EDTA 溶液選擇適當(dāng)?shù)闹甘緞┙j(luò)合滴定鈣離子。

（3）Mg2+：采用 EDTA 容量法，進(jìn)行鈣滴定等試液酸化后，在加入pH=10 的氨鹽緩沖溶液條件下，用EDTA 滴定。

（4）Cl-：采用摩爾法，加入指示劑用 AgNO3滴定，直至生成磚紅色的沉淀。

（5）SO42-：采用 EDTA 容量法，在微酸性試液中，加入過量的氯化鋇，在pH=10 的條件下，用EDTA 滴定。

（6）CO32-HCO3-OH-：采用酸滴定法，根據(jù) pH 值的大小，選擇指示劑依次用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。

（7）侵蝕性CO2：采用蓋耶爾法，水樣中需要加入大理石粉，使侵蝕性CO2固定下來。

2.2 水質(zhì)分析試驗數(shù)據(jù)

在壩址區(qū)，取地下水和河水各1 組，采用干凈的聚乙烯瓶裝樣，取樣2 L 左右，測定侵蝕性CO2的水樣，用虹吸法另采集水樣500 ml，放入CaCO3粉末約3 g，放置 5 d，每天震蕩 2～3 次后測試，通過分析，水質(zhì)結(jié)果見表1。

3 腐蝕性機(jī)理及評價

3.1 腐蝕性機(jī)理

3.1.1 分解性侵蝕（酸性侵蝕和碳酸性侵蝕）

酸性侵蝕是指水中的氫離子與水泥中氫氧化鈣反應(yīng)，使混凝土溶解破環(huán)。碳酸性侵蝕，是由于混凝土中的碳酸鈣，在侵蝕性CO2作用下發(fā)生反應(yīng)，生成碳酸氫鈣（易溶鹽）而溶解于水中，從而使混凝土組成分解破壞。

3.1.2 SO42-的腐蝕機(jī)理

硫酸鹽對混凝土具有腐蝕作用，由于硫酸鹽浸入到混凝土內(nèi)部后，與水泥發(fā)生反應(yīng)，形成石膏和硫酸鹽結(jié)晶。這些化合物的體積增大，石膏體積比原先增大1～2 倍，硫酸鋁鹽體積可增大2～5 倍，由于結(jié)晶體的形成使混凝土體積增大，產(chǎn)生膨脹壓力，導(dǎo)致混凝土脹裂破壞。

表1 水質(zhì)分析成果表 單位：mmol/L，mg/l

3.1.3 Mg2+對混凝土的腐蝕機(jī)理

Mg2+會與混凝土中的 Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，生成Mg（OH）2和易溶于水的CaCl2，從而降低混凝土強度。另外，Mg2+離子也可能與混凝土中的水化硅酸鈣生成結(jié)晶體，使混凝土體積膨脹，發(fā)生破壞。

3.1.4 地下水對鋼筋的腐蝕

通常狀態(tài)下混凝土內(nèi)的鋼筋，在水泥水化的高堿性狀況下，鋼筋表會面產(chǎn)生一層致密的鈍化膜，且混凝土中pH 較高，很好地抑制了鋼筋的腐蝕。

當(dāng)出現(xiàn)大量的氯離子浸入混凝土內(nèi)部，到達(dá)鋼筋表面吸附于局部鈍化膜處時，可使該處的pH 迅速降低，鈍化膜破壞，由鈍化狀態(tài)轉(zhuǎn)為活性狀態(tài)，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，加快鋼筋的腐蝕。

3.2 腐蝕性評價

根據(jù)水質(zhì)分析試驗成果，可見水化學(xué)類型分別為SO4-HCO3-Na-Mg 型和 SO4-HCO3-Na-Ca-Mg 型。據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB 50487-2008）附錄L中，環(huán)境水腐蝕性評價判別標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別，對混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋及鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性進(jìn)行評價，評價結(jié)果見表2。

表2 水化學(xué)分析評價表

由表2 可看出，地下水對混凝土無腐蝕性；水中Cl-（含硫酸鹽折算后）含量為113.22 mg/L，介于100～500 mg/L 之間，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋為弱腐蝕性；pH 值分別為 6.80，介于 3～11 之間，（Cl-+SO42-）含量為273.62 mg/L，小于500 mg/L，對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

河水對混凝土弱腐蝕性；水中Cl（-含硫酸鹽折算后）含量分別為158.28 mg/L，介于100～500 mg/L 之間，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋為弱腐蝕性；pH 值分別為6.88，介于 3～11 之間，（Cl-+SO42-）含量為 424.59 mg/L，小于500 mg/L，對鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性。

4 結(jié)語

由于水中的一些離子會與建筑材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改變建筑材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)而危害建筑物的穩(wěn)定性，因此了解地下水中的化學(xué)成分及其與建筑材料的反應(yīng)機(jī)理，對全面了解建筑物的腐蝕性具有很重要的作用。通過對下安水庫工程水質(zhì)分析資料進(jìn)行分析可知，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕，河水對混凝土弱腐蝕，地下水和河水對鋼筋混凝土及鋼筋結(jié)構(gòu)有弱腐蝕，接觸以上水質(zhì)的材料應(yīng)采用一定的防護(hù)措施，尤其硫酸鹽含量較高，在水泥的選擇上最好選擇抗硫酸鹽水泥。