勘察工程中地下水腐蚀性研究

勘察工程中地下水腐蚀性研究
摘要：查明地下水的埋藏条件，提供地下水位及其变化幅度，判定水和土对建筑材料的腐蚀性，是工程勘察的重要一环。

地下水的腐蚀性对工程基础的耐久性产生重要影响，本文结合工程项目案例，对地下水的分布和腐蚀性进行研究。

1.引言
耐久性是建设工程的重要性能指标，而环境因素是影响结构耐久性的核心因素，其中水土腐蚀是环境因素重点关注内容。

建筑基础作为隐蔽工程，长期与地下水、场地土接触，但建筑基础混凝土、钢筋、钢结构的腐蚀现象往往不易被发现，加上调查起来又比较困难，因此在勘察阶段，对水土的腐蚀性进行调查显得尤为重要。

本文结合自己从事的勘察工程项目，总结研究工程勘察中的地下水分布情况和腐蚀性评价。

2.地下水分布情况
本文所涉工程均分布在佛山市，佛山市地处广东省中部、珠江三角洲腹地，中心位置位于东经113°06'，北纬23°02'，属南亚热带季风性湿润气候，气候温和，雨量充沛。

佛山市有珠江水系中的西江、北江及其支流贯穿全境，属典型的三角洲河网地区。

本文调查统计的工程项目涉及佛山的五个区的五个项目。

在勘探深度范围内，五个工程项目中除了禅城区的某路提升改造工程地下水主要有两层以外，其他区的项目地下水主要有三层，场地地下水类型主要有人工填土的上层滞水、淤泥质土及粉质黏土中或者细砂层的孔隙水以及基岩中裂隙水（承压水）。

上层滞水赋存于人工素填土层中，含水量的多少受大气降水及地下水位的影响大，涌水量较小；淤泥质土及粉质黏土孔隙水较少，属相对隔水层；而基岩裂隙水主要赋存于张裂隙中，钻探漏浆不严重，表明其贯通性有限，含水量一般。

综合评价这些场地地下水富水性不丰富。

地下水主要靠大气降雨、地下迳流补给，靠蒸发、渗透及地下迳流排泄。

地下水动态变化与大气降雨有密切关系，变化的季节性周期、高峰与雨季、高峰是一致的，丰水季节水位上升，枯水
季节水位下降，但因地下水埋藏条件不同，水位反映的快、慢也不同。

每年6～9 月为高水位期，10 月份以后水位缓慢下降，1 月份水位最低，水位年变化幅度
约1.00~2.00m，表一为五个工程项目调查时间和水位埋深情况。

表一项目调查时间和水位埋深情况
3.地下水腐蚀性分析
工程勘察中关于地下水的调查，除了地下水的分布以外，地下水的腐蚀性评
价显得尤为重要。

地下水中对腐蚀性贡献较多的典型离子为硫酸根离子，镁离子
和氯离子。

3.1地下水腐蚀作用下基础的损坏过程
3.1.1硫酸盐对混凝土结构的腐蚀机理
(1)硫酸盐侵蚀机理
硫酸盐广泛分布在地下水中，地下水中硫酸盐的浓度从每升几毫克到每升几
千毫克不等。

混凝土硫酸盐侵蚀，是指水化硅酸盐水泥浆体中的矿物与来自环境
中的硫酸盐离子之间的物理-化学作用引起混凝土破坏[1]，该分为五种类型，分
别是硫酸盐结晶型侵蚀、钙矶石结晶型侵蚀、石膏结晶型侵蚀、碳硫硅钙石结晶
型侵蚀、硫酸镁双侵蚀型。

前四种结晶型侵蚀，都是生成结晶，产生的结晶压力
使混凝土开裂，以此产生侵蚀现象。

当地下水中含有镁离子时，还会与混凝土中
的氢氧化钙发生反应，生成松散的氢氧化镁颗粒，会大大降低混凝土的密实度和
强度，进一步加剧腐蚀。

张超[2]研究硫酸根和镁离子对混凝土侵蚀，发现水泥胶
砂试件受硝酸镁溶液的侵蚀，表面均不同程度出现剥落掉皮、毛细孔洞侵蚀增多
变大，棱角处钝化等现象，并在表面析出硝酸盐晶体。

而硫酸根和镁离子能够发
生协同作用，复合腐蚀的破坏作用远远大于二者单独腐蚀的加成。

地下水的硫酸
盐腐蚀也可以分为化学腐蚀和物理腐蚀。

地下水中的硫酸盐对混凝土的化学腐蚀
过程通常很慢，在腐蚀发生开始阶段，混凝土表面会泛白，随后出现开裂和剥落
损伤。

当含水土壤环境中的混凝土结构暴露在流动地下水中，硫酸盐不断补充，
腐蚀产物被带走，使得混凝土结构腐蚀更加严重。

相反，在渗透性极低的粘土中，当表面浅层混凝土受到硫酸盐侵蚀时，由于硫酸盐无法补充，腐蚀反应难以继续
进行。

硫酸盐的物理腐蚀是在化学腐蚀基础上进行的，硫酸盐在地下水土壤环境
中可以进入混凝土内部，在一定条件下，硫酸盐在混凝土毛细血管水溶液中的浓
度会不断积累，当超过饱和浓度时会析出盐晶体并产生很大的压力，从而导致混
凝土开裂破坏。

3.1.2钢筋在氯离子腐蚀作用下的损坏过程
地下水中的氯盐对钢筋的腐蚀是影响混凝土结构耐久性的重要因素之一。

根据混凝土结构所处环境的不同，地下水环境中的氯离子以以下几种方式侵入混凝土:毛细作用，即盐溶液向混凝土内部干燥部分的移动;渗透作用，即盐水在水压作用下向低压方向的运动;扩散作用，即氯离子由于浓度差而从高浓度向低浓度移动。

电化学迁移，即氯离子向更高电位方向的运动。

游离氯离子逐渐渗入混凝土内部，积聚在钢筋表面，当氯离子浓度超过一定阈值时，就会引发钢筋腐蚀。

氯离子对钢筋的腐蚀作用主要体现在以下两个方面[3]:
(1)破坏钝化膜。

当地下水中的氯离子进入混凝土内部到达钢筋表面时，氯离子会吸附在局部钝化膜上时，降低钢筋表面的pH值，破坏钢筋表面的钝化膜[4]。

(2)腐蚀性化学电池的形成。

钢筋表面钝化膜的破坏通常发生在局部，与仍然完好的钝化膜区域产生电位差。

以金属铁为阳极腐蚀，大面积的钝化膜区域为阴极，从而形成化学电池，对钢筋造成腐蚀[5]。

3.2地下水侵蚀影响因素
一般来说，影响混凝土硫酸盐侵蚀的因素可分为内部因素和外部因素。

混凝土本身的性能是影响混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的内在因素，它不仅包括混凝土水泥品种、矿物成分、掺合料的配比，还包括混凝土水灰比、强度、外加剂、密实度等。

影响混凝土抗地下水腐蚀的外部因素有:地下水中离子的浓度和温度、pH 值以及水分蒸发、干湿交替、冻融循环等环境条件。

3.3实例
总结的工程项目地下水水质分析，以上三种离子浓度如表二所示。

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版），综合环境类型、土渗透类型、场地地下水对钢筋混凝土结构腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具腐蚀性统计如下表三所示。

表二地下水典型离子浓度
表三腐蚀性评价
4.结语
地下水腐蚀对于基础的耐久性具有重要影响,勘察阶段对地下水腐蚀性进行
调查显得尤为重要。

地下水中硫酸根离子，镁离子和氯离子浓度是典型的腐蚀性
指标。

根据岩土勘察规范，所涉佛山地区工程项目的地下水腐蚀性归为微腐蚀性。

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