楊 長(zhǎng) 青， 肖 向 南

(1.成都金華能電力實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091；2.國(guó)網(wǎng)都江堰市供電公司，四川 都江堰 611830)

1 隧洞混凝土腐蝕特征

鞍子河水電站總裝機(jī)容量為2×6 000 kW，無(wú)壓引水，隧洞總長(zhǎng)7 168 m，城門洞型，襯砌后凈斷面為2.6 m×3.0 m，混凝土襯砌厚度30 cm，強(qiáng)度等級(jí)為C20，于2002年投入運(yùn)行。

在2007年枯水期隧洞年度檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)：隧洞邊墻、頂拱混凝土多處出現(xiàn)腐蝕，強(qiáng)度下降為零。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，在混凝土腐蝕程度較高、特征較為明顯的部位，其表面形成0.1～2.4 m2面積的云朵狀或不規(guī)則狀的無(wú)膠凝強(qiáng)度的疏松稀散物質(zhì)?；炷磷冑|(zhì)部位大多出現(xiàn)在隧洞底板以上30 cm的邊墻和頂拱處，邊墻表面多平行墻面膨脹開(kāi)裂。在腐蝕中心部位稍深一點(diǎn)的混凝土則粘結(jié)物強(qiáng)度完全消失，呈泥狀[1]。腐蝕變質(zhì)從表至里的深度大多在1.5～15.0 cm之間，個(gè)別深度超過(guò)30 cm，若將表面的腐蝕部分清除剝離后，內(nèi)部未遭腐蝕部分仍然堅(jiān)硬如初，符合強(qiáng)度要求。

2 混凝土腐蝕原因分析

經(jīng)詢問(wèn)基建期相關(guān)人員，在建設(shè)期1999年10月至2001年10月間，隧洞多處洞段在混凝土澆筑3～18個(gè)月內(nèi)，陸續(xù)發(fā)生混凝土腐蝕變質(zhì)，混凝土表面強(qiáng)度下降為零。在未進(jìn)行全面化驗(yàn)分析環(huán)境水影響等情況下，憑經(jīng)驗(yàn)將腐蝕混凝土置換，于2002年投運(yùn)。經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行，在2007年隧洞年度檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土腐蝕加劇。

為了查明腐蝕原因，找到徹底根治辦法，公司委托有資質(zhì)單位針對(duì)隧洞襯砌混凝土開(kāi)展鉆孔取芯的強(qiáng)度分析、礫石和砂漿硫化物分析、巖石化學(xué)成分分析，并在鉆孔處取滲透水水樣作水質(zhì)簡(jiǎn)分析測(cè)試。盡可能查明襯砌混凝土發(fā)生腐爛變質(zhì)以及變形開(kāi)裂的可能原因。

現(xiàn)場(chǎng)取樣及室內(nèi)試驗(yàn)的工作量見(jiàn)表1。

2.1 混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

鉆孔取芯采用Φ76鉆頭，實(shí)際芯樣平均直徑為67 mm，檢測(cè)得到的30組混凝土芯樣的抗壓強(qiáng)度部分較高，拱頂部位10組芯樣抗壓強(qiáng)度有9組的抗壓強(qiáng)度在20 MPa以上，在5+900這一組在拱頂部位的抗壓強(qiáng)度為14.8 MPa，未達(dá)到設(shè)計(jì)值；左、右邊墻20組芯樣的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)均大于設(shè)計(jì)值15 MPa，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表1 ××電站現(xiàn)場(chǎng)取樣及室內(nèi)試驗(yàn)工作量表

混凝土芯樣的抗壓強(qiáng)度部分較高，可能是因?yàn)榛炷列緲拥墓橇项w粒礫卵石較大；且試件在加工取樣時(shí)，往往取試塊的完整部分進(jìn)行試驗(yàn)，從而導(dǎo)致芯樣的抗壓強(qiáng)度偏高。

2.2 水質(zhì)簡(jiǎn)分析測(cè)試

取水樣21組，分別取自7個(gè)不同的斷面，每個(gè)斷面各取3組。對(duì)21組水樣分別進(jìn)行了陰離子(CL-、SO42-、HCO3-、CO3-)、陽(yáng)離子(Ca++、Mg++、K++Na+)、CO2、硬度、PH值等項(xiàng)目的測(cè)試。

地下水水質(zhì)分析共完成7個(gè)斷面21組，3+540、3+600、3+680、3+800 4個(gè)斷面的地下水中SO42-含量介于562.43～1931.90 mg/L，具有強(qiáng)腐蝕性；5+616斷面SO42-含量介于234.39～281.46 mg/L，具有弱腐蝕性；5+720及5+788兩個(gè)斷面的地下水無(wú)明顯的腐蝕性。

依據(jù)國(guó)標(biāo)GB50287附錄K“環(huán)境水對(duì)混凝土腐蝕性評(píng)價(jià)”，判斷腐蝕性等級(jí)為強(qiáng)腐蝕性。由于環(huán)境水對(duì)混凝土的長(zhǎng)期作用，SO42-離子形成結(jié)晶體，從而產(chǎn)生膨脹壓力導(dǎo)致混凝土破壞。如生成CaSO4·2H2O時(shí)體積就增大1倍；如生成MgSO4·7H2O時(shí)體積就增大4.3倍。因環(huán)境水強(qiáng)腐蝕性使腐蝕區(qū)混凝土的強(qiáng)度在一年內(nèi)降低≥20%，所以環(huán)境水的SO42-離子嚴(yán)重超標(biāo)是導(dǎo)致混凝土破壞的直接原因。

2.3 圍巖巖石化學(xué)成分測(cè)試

在10個(gè)斷面圍巖取芯樣各1組，對(duì)10組巖石進(jìn)行化學(xué)成分分析。據(jù)分析結(jié)果看出，大部分巖石的化學(xué)成分以CaO為主，且含有一定量的MgO。此化學(xué)成分中的Ca、Mg如與環(huán)境水的SO42-形成結(jié)晶體，會(huì)對(duì)混凝土產(chǎn)生膨脹壓力導(dǎo)致混凝土部分破壞。有兩組巖石芯樣中SO3含量超標(biāo)，也會(huì)使混凝土的強(qiáng)度等受到影響。

2.4 混凝土礫石、砂漿SO3測(cè)試

在10個(gè)斷面的混凝土芯樣中任取其中一塊，分別對(duì)礫石、砂漿進(jìn)行SO3測(cè)試。礫石的SO3有二組大于0.5%(混凝土質(zhì)量要求礫石的SO3應(yīng)<0.5%)。而砂漿的SO3全部大于0.5%，但砂漿中含有一定量的水泥成分，水泥的SO3含量本身就較大，不能說(shuō)明問(wèn)題。礫石、砂漿的SO3有些超標(biāo)，會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生一定的影響。

2.5 混凝土砂漿化學(xué)成分測(cè)試

選有代表性的斷面各取一組混凝土砂漿作化學(xué)成分測(cè)試?？梢钥闯錾皾{中的CaO化學(xué)成分含量較大，也有一定量的MgO。如Ca、Mg與環(huán)境水的SO42-生成結(jié)晶體，導(dǎo)致混凝土膨脹產(chǎn)生破壞。

3 處理措施

3.1 混凝土腐蝕原因

導(dǎo)致電站隧洞混凝土腐蝕變質(zhì)、脹裂的原因是：環(huán)境水的SO42-離子嚴(yán)重超標(biāo)，其強(qiáng)腐蝕性使腐蝕區(qū)混凝土的強(qiáng)度在一年內(nèi)降低≥20%，最后呈泥狀，失去強(qiáng)度；環(huán)境水對(duì)混凝土的長(zhǎng)期作用，SO42-離子形成結(jié)晶體，產(chǎn)生膨脹壓力導(dǎo)致混凝土破壞。所以環(huán)境水是導(dǎo)致混凝土破壞的直接原因。

3.2 處理措施

(1)對(duì)腐蝕混凝土洞段，選用高抗硫抗腐蝕水泥[2](P.HSR32.5)重新澆鋼筋混凝土，并進(jìn)行回填和固結(jié)灌漿。

(2)對(duì)受損暫未發(fā)現(xiàn)明顯變形的區(qū)段或已產(chǎn)生縱向裂縫的洞段采用高抗硫水泥進(jìn)行固結(jié)灌漿，并利用灌漿孔設(shè)置錨桿(一半采用普通錨桿，直徑Ф22，長(zhǎng)度2.5 m；一半采用直進(jìn)式中空注漿錨桿，直徑Ф25，長(zhǎng)度2.5 m)。

(3)對(duì)混凝土的細(xì)小裂縫選用具有親水性的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)灌漿處理。對(duì)1～5 mm的裂縫，由于裂縫寬度較小，采用化灌封堵，5～25 mm裂縫擬采用環(huán)氧水泥砂漿嵌縫的方式封堵裂縫。

(4)對(duì)底板、側(cè)墻、受損嚴(yán)重的部位采用高抗硫水泥拌制混凝土進(jìn)行置換處理，拱圈部分在非過(guò)水?dāng)嗝婵刹捎眉雍裰ёo(hù)的辦法，置換時(shí)采用鋼筋混凝土。

對(duì)隧洞混凝土腐蝕變質(zhì)較明顯邊墻頂拱洞段，以及開(kāi)裂變形較大邊墻頂拱段采用置換、固結(jié)灌漿、化學(xué)灌漿處理后，經(jīng)過(guò)10年的安全運(yùn)行，未再出現(xiàn)混凝土腐蝕變質(zhì)等情況。實(shí)踐證明，采用高抗硫水泥能夠有效治理環(huán)境水等導(dǎo)致混凝土腐蝕。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)混凝土芯樣強(qiáng)度分析、礫石和砂漿硫化物分析、巖石化學(xué)成分分析，并在鉆孔處取滲透水水樣作水質(zhì)簡(jiǎn)分析測(cè)試，查明隧洞混凝土發(fā)生腐爛變質(zhì)原因?yàn)榄h(huán)境水中的SO42-離子嚴(yán)重超標(biāo)，其強(qiáng)腐蝕性使腐蝕區(qū)混凝土的強(qiáng)度在一年內(nèi)降低超過(guò)20%，最后呈泥狀，失去強(qiáng)度；變形開(kāi)裂的原因?yàn)镾O42-離子形成結(jié)晶體，生成二水石膏等，產(chǎn)生膨脹壓力導(dǎo)致混凝土破壞。故環(huán)境水中SO42-離子是混凝土腐蝕的根本原因。經(jīng)實(shí)踐證明，通過(guò)科學(xué)的方法全面分析混凝土腐蝕變質(zhì)、變形開(kāi)裂的可能原因，再對(duì)癥采用抗環(huán)境水侵蝕的高抗硫水泥，進(jìn)行腐蝕混凝土置換，鼓脹開(kāi)裂段固結(jié)灌漿及微小裂縫的化學(xué)灌漿等處理方法，能夠有效治理環(huán)境水硫酸根離子超標(biāo)等導(dǎo)致混凝土腐蝕問(wèn)題。

因電站處于運(yùn)營(yíng)階段，為盡量減少電量損失，僅對(duì)隧洞混凝土腐蝕變質(zhì)較明顯邊墻頂拱洞段，以及開(kāi)裂變形較大邊墻頂拱段進(jìn)行處理。處理后每年枯水期對(duì)整個(gè)隧洞進(jìn)行年度檢查，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)處理的洞段未出現(xiàn)混凝土腐蝕變質(zhì)等情況，效果良好，可供同類工程參考。