摘 要:本文主要以水工建筑混凝土腐蝕的問題為基點(diǎn),對水工建筑混凝土腐蝕的類型及成因進(jìn)行簡單分析,并簡要介紹混凝土防腐蝕的常用措施,依此為基礎(chǔ)探討水工建筑物混凝土腐蝕的防護(hù)思路與策略。
關(guān)鍵詞:水工建筑;混凝土;腐蝕;防護(hù)措施
一、水工建筑物混凝土腐蝕的類型及成因分析
整體來看,砂石與水流沖刷、風(fēng)蝕、雨水沖刷等這些因素都是造成水工建筑物混凝土腐蝕的原因,但一般情況下,我們認(rèn)為含有砂石的水流的沖擊是腐蝕問題發(fā)生的最主要原因。因此,從砂石、水流沖刷的角度上來看,水工建筑物混凝土腐蝕病害的常見類型主要有四種,即混凝土磨損、混凝土沖擊、混凝土空蝕和混凝土激流震動(dòng)破壞。
(一)混凝土磨損
混凝土磨損是流經(jīng)混凝土水工建筑物的水流中夾雜各種固體的顆粒,這些顆粒在水工建筑物的結(jié)構(gòu)表面所發(fā)生的滾動(dòng)、滑動(dòng)與跳動(dòng)等摩擦行為將直接造成混凝土的磨損。這種含砂水流的磨損從本質(zhì)上看屬于水砂的二相流問題,當(dāng)水流中的砂粒沖刷水工建筑的混凝土固體壁面的時(shí)候,會(huì)將一部分或者是全部的能量都傳遞至壁面的材料,這部分能量在壁面轉(zhuǎn)化成為混凝土表面的變形能,造成混凝土的磨損。
(二)混凝土空蝕
恒溫狀態(tài)下,液體用靜力或者是動(dòng)力的方式加壓至某一程度便會(huì)出現(xiàn)充滿氣體或者是充滿蒸汽的汽包出現(xiàn),我們將這種現(xiàn)象稱之為空化。若液體流經(jīng)區(qū)域的壓強(qiáng)低于某個(gè)臨界值,液體則會(huì)出現(xiàn)空化的現(xiàn)象,在低壓區(qū)域空化的水流就會(huì)夾帶大量空泡,直至流經(jīng)下游區(qū)域壓強(qiáng)相對較高的區(qū)域時(shí),氣泡會(huì)出現(xiàn)潰滅,并伴隨約為700MPa的較大壓強(qiáng)出現(xiàn)。若氣泡在水工建筑物結(jié)構(gòu)邊壁的表面或者是附近發(fā)生潰滅,則會(huì)對水工建筑物結(jié)構(gòu)邊壁的表面結(jié)構(gòu)形成相對較大的沖擊,進(jìn)而造成對混凝土邊壁的破壞,引發(fā)空蝕病害的出現(xiàn)。
(三)混凝土激流震動(dòng)破壞
作為水利工程的重要組成部分,水工建筑基本都處于一種水流速度相對較快的水環(huán)境中,高速紊動(dòng)強(qiáng)烈的水流,能夠形成作用在水工建筑混凝土結(jié)構(gòu)壁面的紊流脈動(dòng)的較大壓強(qiáng),其合力則構(gòu)成作用在機(jī)構(gòu)壁面的激振力,而這種激振力則有可能造成過流邊界結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。但混凝土結(jié)構(gòu)所具備的抗拉強(qiáng)度一般都比較小,因此在長期的運(yùn)行過程中,激振力則可能造成混凝土結(jié)構(gòu)的疲勞破壞。
二、水工建筑物混凝土腐蝕的常用措施
一般情況下,要有效防范水工建筑物混凝土腐蝕病害的發(fā)生,水工建筑物可從結(jié)構(gòu)造型、材料選擇和施工技術(shù)等幾個(gè)方面進(jìn)行特別處理。
(一)合理設(shè)計(jì)水工建筑物的結(jié)構(gòu)造型
合理地設(shè)計(jì)并選擇水工建筑物的結(jié)構(gòu)和造型對于提升水工建筑物混凝土抗腐蝕能力具有相對重要的意義,畢竟一旦建筑物的整體結(jié)構(gòu)與造型已經(jīng)形成,要通過其他方式來提升建筑物的抗腐蝕能力就相對困難,且費(fèi)用的投入也會(huì)比較多。因此,實(shí)踐中,常用對水工建筑物結(jié)構(gòu)與造型的合理規(guī)劃來提升水工建筑物混凝土的防腐蝕能力。
(二)以材料的科學(xué)選擇提升結(jié)構(gòu)抗腐能力
材料的科學(xué)選擇通常從兩個(gè)方面進(jìn)行關(guān)注,首先是合理選擇抗沖蝕材料,其二則是對材料進(jìn)行摻氣減蝕的抗磨處理。
1.抗沖蝕材料的合理選擇
目前,用與水工建筑物結(jié)構(gòu)表面的抗腐蝕材料多種多樣,一般來說,具備較好抗空蝕性能的材料基本都具備較好的抗磨蝕能力;當(dāng)然,由于材料硬度對其抗磨蝕的性能有一定的影響作用,所以進(jìn)行材料選擇的時(shí)候,相關(guān)人員還必須對材料的硬度加以關(guān)注,保證材料可以具備一定的任性,以便于通過材料的韌性來吸收一部分的沖擊能量,并有效減小因材料疲勞而造成的各種斷裂性的破壞。目前常見的的混凝土類的抗沖蝕材料主要有高標(biāo)號混凝土、微纖維多遠(yuǎn)復(fù)合混凝土、鋼纖維混凝土、聚合物混凝土、HF混凝土以及硅粉混凝土等。
2.材料摻氣減蝕抗磨處理
空氣水流是導(dǎo)致水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)壁面空蝕破壞的重要原因,而利用人工摻氣的方式來改變水流的狀態(tài),進(jìn)而壁面空蝕的現(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外部分水工建筑物的建設(shè)工程中得到了應(yīng)用,并取得了較為顯著的成果。同時(shí),也有研究表明,人工摻氣是有助于提升水工建筑混凝土邊壁材料對各種含砂的高速水流的較強(qiáng)磨蝕侵害進(jìn)行有效抵抗的。因此,材料摻氣的減蝕抗磨處理成為我國水工建筑物混凝土抗腐蝕處理的重要措施。