杨军田，王伟
（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司石河子分公司，新疆石河子 832000）
摘要：渭干河中下游平原区域环境水主要为地表水和地下水。当环境水中的某些化学成分含量过高时，将会与建筑材料（混凝土、钢筋等）发生化学作用引起材料性质变化，使混凝土结构、混凝土结构中钢筋和钢结构的腐蚀，进而影响建筑物的使用功能和安全性。为防止建筑结构受到环境水的腐蚀，本文在覆盖渭干河中下游细土平原地区，依据现行规范要求，对环境水进行取样测定，分析环境水对混凝土结构、混凝土结构中钢筋及钢结构的腐蚀性，提出了环境水腐蚀预防和处理措施。
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关键词 ：渭干河；环境水；腐蚀性；浅析
1概况
渭干河发源于天山南坡，主要由木扎尔特河、卡普斯浪河、台勒维丘克河、卡拉苏河、克孜尔河等支流汇合而成，属于塔里木河的支流，目前基本无水注入塔里木河。
渭干河中下游平原位于天山南麓，塔里木盆地北部，行政区划下属库车县、新和县和沙雅县。渭干河出山口后呈辐射状展布，形成典型完整的冲洪积扇平原地貌。地势总体由南向北倾斜，表现为北高南低。该区域年降水量约51.6 mm，水面蒸发量高达2 863.4 mm，年平均温度为10.7 ℃，年日照时数为2 888.7 h，光热资源丰富，属典型大陆性暖温带极端干旱气候[1]。
渭干河中下游平原区环境水主要为地表水和地下水，该区环境水分布呈明显的垂直分带性，补给、迳流、排泄亦呈现地带性。北部天山基岩山区的雪融水为该区水系最初补给源，向南经山前冲洪积砾石平原带的迳流，在中下游细土平原区通过蒸腾作用和人工抽取进行排泄。
环境水的腐蚀就是环境水中的某些化学成分含量过高时，与建筑材料（混凝土、钢筋等）发生化学作用从而引起材料本身性质的变化，进而导致建筑材料强度和耐久性发生变化，主要表现为对混凝土结构、混凝土结构中钢筋和钢结构的腐蚀。
2混凝土结构的腐蚀机理
环境水对混凝土结构的腐蚀类型主要有一般酸性型、碳酸型、重碳酸型、镁离子型和硫酸盐型[2]，判定主要依据pH值大小和侵蚀性CO2、HCO3-、Mg2+、SO42-等的含量，腐蚀形式为结晶性腐蚀、分解性腐蚀和结晶分解复合性腐蚀。
结晶性腐蚀机理是环境水中的硫酸盐类与混凝土中的固态游离石灰质或水泥结石起化合作用，产生含水结晶体硫铝酸三钙、石膏，由于结晶体的形成使混凝土体积迅速增大，产生膨胀压力，导致混凝土胀裂破坏，引起混凝土强度降低。
分解性腐蚀机理表现为地下水中的氢离子、侵蚀性二氧化碳和游离碳酸超过一定含量时，导致水泥结石中的碳酸钙水解，形成易溶于水的碳酸氢钙和重碳酸钙，引起混凝土强度降低。地下水的酸度过大，即pH值小于某一数值，那么混凝土中的碳酸氢钙也要分解，特别是当反应生成物为易溶于水的氯化物时，对混凝土的分解腐蚀更强烈，引起混凝土结构强度降低。
结晶分解复合性腐蚀机理表现为地下水中的阳离子（Mg2+ + NH4+）产生分解性腐蚀，阴离子（C1- + SO42-+ N03-）产生结晶性腐蚀，表现为镁离子Mg2+和NH4+会置换水泥水化物Ca（OH）2中的Ca2+，产生的CaCl2易溶于水，置换产生的Mg（OH）2松软无粘结力，使混凝土强度减弱或丧失，引起混凝土结构强度降低。
3混凝土结构中钢筋的腐蚀机理
环境水中水对钢筋混凝土结构中钢筋起腐蚀作用的元素主要为Cl-，其对金属有强烈的腐蚀作用。腐蚀过程表现为Cl-离子随环境水渗入到混凝土内部，在钢筋表面产生化学反应，使混凝土结构中钢筋发生锈蚀，使混凝土开裂、脱落，导致结构破坏。
有关工程实践表明,当混凝土中Cl-含量达到0.3 ～ 0.6 kg/m3时，钢筋便开始发生腐蚀；当Cl-含量达到1.0 kg/m3时，钢筋腐蚀程度可将混凝土层胀裂。Cl-进入混凝土中的速度除与混凝土质量有关外，主要取决于环境中Cl-的浓度。当环境水中同时存在氯化物和硫酸盐时，硫酸盐应折算后与氯离子求和[2-3]。
4钢结构的腐蚀机理
通常钢筋埋入混凝土时，水泥水化反应会自行很快地在钢筋表面起氧化反应，生成钝化氧化膜，该氧化膜能很好的保护钢筋与外界隔离。在水环境介质中，当环境水中氯离子含量过高时，氯离子能破坏这一钝化的氧化膜保护层，使钢结构在水和氧的存在下发生化学反应和电化学反应，发生锈蚀破坏，导致钢结构强度和耐久性降低，发生破坏。
钢结构表面发生化学反应或电化学反应时，钢材表面会被氧化成疏松易剥落的红棕色铁锈Fe（OH）3。化学作用是钢材直接与环境水介质发生氧化反应，形成疏松的氧化物。该层氧化物使钢表面体积增加几倍，以至于它们的生成导致了钢结构的破裂、剥落或分层，使腐蚀介质更容易进入到钢筋表面，加速钢筋的锈蚀破坏。
电化学作用是由于钢材表面吸附一层极薄的水膜，通过水膜在金属表面形成了许多微电池，产生原电池电化反应，阳极上减小了钢筋的横截面积，也就减小了它的荷载能力。
5取样和试验
本次工作基本覆盖渭干河中下游细土平原地区，依据现行规范要求，对环境水进行取样。取样样品均采取平行试样。试样和平形样均取1 000 mL，常温保存和放置时间不超过48 h。本次环境水测定在不同地点共采取水样34组，其中，地表水8组，地下水（井水）26组。试验严格按照相关规范要求进行[４，６]。6环境水对混凝土结构的腐蚀判定
地表水中重碳酸型的HCO3-平均含量为2.038 mmol/L，大于1.07 mmol/L；镁离子型的Mg2+平均含量为20.033 mg/L，小于1 000 mg/L；硫酸盐型的SO42-含量为165.750 mg/L，小于250 mg/L；一般性的pH数值为8.53，大于6.5。地下水中重碳酸型的HCO3-平均含量5.430 mmol/L，大于1.07 mmol/L；镁离子型的Mg2+平均含量39.653 mg/L，小于1 000 mg/L；硫酸盐型的SO42-含量261.408 mg/L，小于250 mg/L。
根据试验结果和规范要求，结果为：地表水对中混凝土不存在镁离子型、硫酸盐型和重碳酸型腐蚀；地下水对中混凝土不存在镁离子型、重碳酸型腐蚀和硫酸盐型腐蚀。综合判定环境水对混凝土结构无腐蚀作用。
7环境水对混凝土结构中钢筋的腐蚀判定
根据试验结果和当地工程经验，渭干河中下游细土平原区环境水中同时存在氯化物和硫酸盐。环境水中Cl-的平均含量按照Cl- +SO42- × 0.25计算。地表水中Cl-的平均含量为111.859 mg/L，大于100 mg/L。地下水中Cl-的平均含量为227.703 mg/L，大于100 mg/L。
根据试验结果和规范要求，结果为：地表水对钢筋混凝土结构中钢筋存在弱腐蚀；地下水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为弱腐蚀。综合判定环境水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为中等腐蚀。
8环境水对钢结构的腐蚀判定
根据试验结果和当地工程经验，渭干河中下游细土平原区环境水中同时存在氯化物和硫酸盐。环境水中Cl-的平均含量按照Cl- + SO42-计算。地表水中Cl- + SO42-的平均含量为236.162 mg/L，小于500 mg/L，pH值为8.53；地下水中Cl- + SO42-的平均含量为423.759 mg/L，小于500 mg/L ，pH值为8.189。
根据试验结果和规范要求，结果为：地表水对钢结构存在弱腐蚀，地下水对钢结构存在弱腐蚀。环境水对钢结构的腐蚀性为弱腐蚀。
9环境水腐蚀预防和处理措施建议
工程上为了“确保工程质量，提高经济效益”，防止建筑结构受到环境水的腐蚀。“建设基本程序规定要求对建设工程进行勘察”，对涉及到环境水的建设项目，需要对环境水进行取样、试验和分析，并依据规范和当地工程经验进行腐蚀性和腐蚀程度判定。当分析和判定环境水有腐蚀作用时，采取预防和处理措施[5-6]。
渭干河中下游建设项目中的管道工程和渠系工程，建筑结构主要为水泥混凝土结构、钢筋混凝土结构和钢结构，根据管道工程和渠系工程特点，建议采取以下工程措施：（1）混凝土结构可采用普通水泥。但是为避免发生迁入式腐蚀，建议对工程用砂和砾石的腐蚀性介质含量控制。（2）提高施工技术水平，掌握好混凝土振捣时间和振捣工艺，尽量提高混凝土的密实性，防止环境水的渗入。必要时可在混凝土表面设置防护层，喷洒沥青防水层、不透水的水泥喷浆层及塑料防水层等，减少水的渗透作用，减轻入渗环境水的腐蚀破坏作用，减缓钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀破坏速率。（3）在钢材冶炼时，加入合金元素（如铜、镍、铬等）可提高抗腐蚀能力，形成不锈钢，提高防腐效果显著，但价格昂贵，一般在重点工程中使用。（4）在钢结构表面覆盖一层防止侵蚀作用的非金属（如涂料、塑料等）保护层，对环境水和钢结构进行隔离，是目前钢结构防腐措施中最为经济实用的方法。
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参考文献
[1]胡顺军.渭干河平原绿洲适宜规模[J].中国科学 D缉 地球科学，2006，36（增刊Ⅱ）：51-57.
[2]GB50487—2008，水利水电工程地质勘察规范[S].
[3] 工程地质手册编委会.工程地质手册（第四版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2007.
[4]JGJ/T 87—2012，建筑工程地质勘探与取样技术规程[S].
[5]SL237—1999，土工试验方法标准[S].
[6]GB/T50123—1999，土工试验方法标准[S].
[7]曾建立.弱腐蚀性地下水对基础工程影响和处理探讨[J].福建建筑，2006（2）：34-37.