（湖南恒德檢測(cè)有限公司，湖南衡陽(yáng)421000）

0 引言

1 垃圾填埋場(chǎng)構(gòu)筑物耐久性研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外已有許多在垃圾填埋場(chǎng)上及其附近新建混凝土結(jié)構(gòu)的案例[3]，對(duì)廢舊垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行“再生”挖掘也成為生態(tài)修復(fù)的重要手段[4]，但其研究主要集中在垃圾填埋場(chǎng)中垃圾土物理力學(xué)參數(shù)的確定、垃圾土沉降變形規(guī)律以及垃圾滲濾液對(duì)建筑物基礎(chǔ)施工的影響等，關(guān)于垃圾滲濾液對(duì)混凝土構(gòu)筑物耐久性的研究還相對(duì)較少。施建勇等通過在有機(jī)質(zhì)含量不同的垃圾土中摻入不同含量的水泥研究了有機(jī)質(zhì)含量、水泥含量對(duì)水泥垃圾土的強(qiáng)度特性的影響，指出垃圾土中的有機(jī)質(zhì)對(duì)水泥垃圾土既有加筋作用，同時(shí)也減弱了水泥垃圾土的強(qiáng)度。楊明亮等對(duì)金口垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)垃圾土的壓縮特性、承載特性以及抗剪強(qiáng)度等進(jìn)行了研究，指出垃圾土具有高壓縮、不均勻沉降等特性，并對(duì)垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)大型建筑物的地基安全性進(jìn)行了驗(yàn)證?？铝盏韧ㄟ^理論研究和數(shù)值計(jì)算，對(duì)建設(shè)在某垃圾填埋場(chǎng)上的鐵路樁基耐久性進(jìn)行了研究。李玉雯通過試驗(yàn)研究了垃圾滲濾液對(duì)混凝土力學(xué)強(qiáng)度的影響，并對(duì)垃圾滲濾液在鉆孔灌注樁成樁過程中所起的作用進(jìn)行了研究。鐘曉華等對(duì)在垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)施工的施工工藝進(jìn)行了分析，提出了針對(duì)垃圾填埋場(chǎng)的施工工藝，有效保障了灌注樁的施工質(zhì)量。姚海林等對(duì)鉆孔灌注樁施工過程中垃圾滲濾液對(duì)地下水的影響進(jìn)行了研究，建立了施工過程中地下水污染物濃度模型，并結(jié)合具體工程實(shí)例預(yù)測(cè)了地下水中的污染物濃度。

2 混凝土滲透特性研究現(xiàn)狀

混凝土滲透特性越好，侵蝕環(huán)境中的侵蝕性離子、水等越不容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，混凝土耐久性也就越好，因此滲透特性是混凝土耐久性研究的重要內(nèi)容，也是評(píng)價(jià)混凝土耐久性的重要指標(biāo)[5]。混凝土滲透性試驗(yàn)主要采用氣滲法、水滲法以及電測(cè)法等[6]。水滲法是利用水溶液作為滲透介質(zhì)，通過在混凝土一側(cè)施加一定水壓的水溶液，并測(cè)量經(jīng)滲透一定時(shí)間后的滲水量或滲水高度來計(jì)算混凝土滲透性。由于采用水溶液作為滲透介質(zhì)，該方法會(huì)導(dǎo)致水泥的繼續(xù)水化以及造成侵蝕產(chǎn)物的遷移，從而對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響，且不適用于現(xiàn)代高強(qiáng)、高性能、低滲透混凝土。電測(cè)法是通過在試樣兩端施加一定的電壓并測(cè)量通過試樣的電量或離子濃度進(jìn)而計(jì)算試樣滲透率，其測(cè)量周期較短，操作簡(jiǎn)單，是目前評(píng)價(jià)混凝土滲透率的主要方法，但施加的電壓可能會(huì)影響混凝土孔溶液中的化學(xué)成分，進(jìn)而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。氣滲法是以氮?dú)饣驓鍤獾榷栊詺怏w作為滲透介質(zhì)，具有測(cè)量精度高的特點(diǎn)，對(duì)微裂紋尤其是裂紋貫通時(shí)的混凝土滲透性評(píng)價(jià)具有不可替代的作用，是未來研究混凝土滲透特性的重要手段[7]。下面從上述三方面綜述國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展及發(fā)展動(dòng)態(tài)。

2.1 水滲法

水滲法是我國(guó)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中推薦的測(cè)量混凝土滲透性的方法，其原理主要是在混凝土上游施加一定水壓的水溶液，通過測(cè)量經(jīng)滲透一定時(shí)間后的滲水量或滲水高度計(jì)算混凝土滲透性。方永浩等對(duì)混凝土試樣在持續(xù)壓荷載下的滲透特性進(jìn)行測(cè)量，研究了混凝土在單軸壓縮荷載下的滲透率演化特性，指出當(dāng)荷載低于極限荷載60%時(shí)滲透系數(shù)隨荷載增加而減小，當(dāng)荷載達(dá)到極限荷載70%時(shí)滲透系數(shù)急劇增大。薛維培等在方永浩的基礎(chǔ)上為試樣施加了圍壓作用，研究了應(yīng)力-滲流耦合作用下混凝土滲透率、力學(xué)特性演化規(guī)律，指出滲透壓對(duì)試樣有一定損傷效應(yīng)，能降低混凝土力學(xué)強(qiáng)度，并建立了滲透率隨應(yīng)力-應(yīng)變曲線的演化關(guān)系。Li等利用數(shù)值模擬和室內(nèi)試驗(yàn)，探究了骨料含量和界面過渡區(qū)對(duì)混凝土滲透率的影響，研究指出骨料含量和界面過渡區(qū)是影響混凝土滲透率的主要因素。Halamickova等研究了水灰比、含砂率對(duì)滲透率的影響，并測(cè)量了孔徑分布，進(jìn)而建立了滲透率與臨界孔徑的關(guān)系。

2.2 電測(cè)法

電測(cè)法根據(jù)測(cè)量方法的不同，又分為電通量法、電導(dǎo)率法和氯離子擴(kuò)散系數(shù)法等。電通量法是通過在試樣兩端施加一定的電壓并測(cè)量通過試樣的電量進(jìn)而計(jì)算試樣滲透率，其中使用最多的是ASTMC1202 電通量法。侯旭良等對(duì)比了ASTMC1202電通量法與氣滲法測(cè)量效果，指出兩種測(cè)量方法具有很好的相關(guān)性，但氣滲法精度較高，適合測(cè)量水膠比較小的水泥砂漿滲透率。但與此同時(shí)，SHI等學(xué)者也指出電通量與氯離子滲透特性之間并沒有直接聯(lián)系，且所加電壓太高，可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)外加劑等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響也十分巨大。蔣林華等對(duì)上述三種測(cè)量氯離子滲透特性的方法進(jìn)行了對(duì)比，指出三種方法不具備普遍適用性，需要針對(duì)具體試驗(yàn)情況合理選擇試驗(yàn)方法。吳麗君等利用氯離子擴(kuò)散系數(shù)法測(cè)量了不同水灰比混凝土試樣的氯離子擴(kuò)散系數(shù)，指出氯離子滲透擴(kuò)散能力隨混凝土水灰比減小而減小。

2.3 氣滲法

水泥基材料氣體滲透特性測(cè)量方法來源于巖石力學(xué)中氣體滲透性測(cè)量方法，該方法在巖石力學(xué)中應(yīng)用較多，在水泥基材料中的應(yīng)用還相對(duì)較少。目前常規(guī)混凝土氣體滲透率的測(cè)量方法主要分為流量法、變壓壓力法等，即通過測(cè)量氣體通過混凝土試樣的流量或試樣兩端的壓力差來計(jì)算混凝土試樣滲透率[8]。Liu 等研究了巖石在三軸壓縮蠕變過程中氣體滲透率的演化規(guī)律，指出施加偏應(yīng)力初期，氣體滲透率隨蠕變的進(jìn)行而有所減小，但當(dāng)試樣破壞時(shí)滲透率有所增大。彭蘇萍等研究了砂巖在全應(yīng)力應(yīng)變過程中的滲透率演化規(guī)律，并建立了應(yīng)力-應(yīng)變與滲透率之間的定量關(guān)系。賀玉龍等研究了圍壓升降對(duì)砂巖和單裂隙花崗巖滲透性的影響，指出兩種巖石的滲透率均隨著有效應(yīng)力的增加而有規(guī)律的減小，但單裂隙花巖滲透率對(duì)有效應(yīng)力的敏感性遠(yuǎn)大于砂巖。宋楊等研究了高溫作用對(duì)混凝土氣體滲透率的影響，試驗(yàn)指出氣體滲透率隨著溫度升高而增加，且在400～500℃時(shí)氣體滲透率增大速率較快。Picandet等通過在混凝土試樣直徑方向施加荷載的方式人為制造裂紋，研究了裂紋寬度與滲透率之間的關(guān)系，并建立了滲透系數(shù)與氣體體積、流速之間的關(guān)系。Abbas等研究了含水率對(duì)氣體滲透率的影響，結(jié)果表明含水率對(duì)混凝土滲透率的影響巨大，能達(dá)到兩個(gè)數(shù)量級(jí)。費(fèi)正岳等分析了混凝土氣體滲透率與碳化深度的關(guān)系，指出氣體滲透率對(duì)碳化深度的控制程度受粉煤灰摻量的影響。

3 現(xiàn)有研究不足及可能的研究方向

綜上所述，混凝土耐久性問題已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的足夠重視，針對(duì)氯鹽侵蝕、硫酸鹽侵蝕、酸侵蝕、凍融循環(huán)、碳化、鋼筋銹蝕、堿骨料反應(yīng)等做了大量的研究，取得了卓有成效的研究成果。然而，對(duì)于構(gòu)筑在垃圾填埋場(chǎng)上及其附近的混凝土建筑物，其服役環(huán)境惡劣，經(jīng)常處于垃圾滲濾液侵蝕性環(huán)境當(dāng)中，混凝土耐久性問題嚴(yán)重，而目前針對(duì)垃圾滲濾液侵蝕條件下的混凝土耐久性研究還相對(duì)較少，存在以下待解決問題：

（1）混凝土滲透性能越好，侵蝕環(huán)境中的侵蝕性離子、水等越容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，混凝土耐久性也就越差。因此，混凝土的滲透性能是評(píng)價(jià)混凝土耐久性的重要指標(biāo)，也是混凝土耐久性研究的重要內(nèi)容，而目前對(duì)經(jīng)垃圾滲濾液侵蝕后的混凝土滲透特性演化規(guī)律的研究還處于空白階段。同時(shí)，垃圾填埋場(chǎng)地下混凝土結(jié)構(gòu)服役環(huán)境較為復(fù)雜，在受到垃圾滲濾液化學(xué)侵蝕的同時(shí)還受到地層及上層建筑傳遞而來的三維應(yīng)力作用。而常規(guī)滲透率測(cè)量方法無法為試樣施加三維應(yīng)力作用，無法測(cè)量出垃圾填埋場(chǎng)地下混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)下的滲透特性。因此，研究混凝土結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)力狀態(tài)及垃圾滲濾液侵蝕條件下的滲透特性演化規(guī)律對(duì)于評(píng)價(jià)垃圾填埋場(chǎng)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性至關(guān)重要。

（2）混凝土力學(xué)性能越強(qiáng)，混凝土抵抗侵蝕性離子侵蝕作用而不發(fā)生破壞的能力越強(qiáng)，因而混凝土力學(xué)性能不僅是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，也是混凝土耐久性研究的重點(diǎn)。目前針對(duì)混凝土力學(xué)特性的研究多集中在硫酸鹽侵蝕、氯離子侵蝕、酸侵蝕、凍融循環(huán)等，對(duì)經(jīng)垃圾滲濾液侵蝕后得混凝土力學(xué)特性演化規(guī)律的研究還處于空白階段。同時(shí)，常規(guī)力學(xué)試驗(yàn)只能得到混凝土試樣宏觀力學(xué)參數(shù)，如單軸壓縮試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)等。事實(shí)上，混凝土腐蝕是由表及里的過程，分為腐蝕區(qū)和未腐蝕區(qū)，不同侵蝕深度處的力學(xué)性能是不一樣的。因此，在研究垃圾滲濾液侵蝕條件下的混凝土宏觀力學(xué)特性演化規(guī)律的同時(shí)，從細(xì)觀尺度出發(fā)，研究混凝土不同侵蝕深度處的細(xì)觀力學(xué)特性演化規(guī)律對(duì)了解垃圾滲濾液侵蝕條件下混凝土耐久性具有重要意義。

（3）混凝土耐久性問題及其發(fā)生變形破壞的宏觀現(xiàn)象背后隱藏著其微觀機(jī)理，即在微觀尺度上微裂紋的萌生、擴(kuò)展、貫通至破壞的演化過程，從微觀尺度出發(fā)對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)劣化規(guī)律進(jìn)行研究是揭示混凝土劣化機(jī)理的主要手段。目前針對(duì)混凝土微觀結(jié)構(gòu)劣化規(guī)律的研究多集中在硫酸鹽侵蝕、氯離子侵蝕、酸侵蝕、凍融循環(huán)等，對(duì)經(jīng)垃圾滲濾液侵蝕后的混凝土微觀結(jié)構(gòu)劣化規(guī)律的研究還處于空白階段。因此，從微觀尺度出發(fā)研究混凝土微觀結(jié)構(gòu)的劣化規(guī)律具有重要意義，將為揭示垃圾滲濾液侵蝕條件下混凝土滲透特性演化規(guī)律、宏/細(xì)觀力學(xué)特性演化規(guī)律及混凝土劣化機(jī)理提供可靠的依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文采用文獻(xiàn)綜述法對(duì)垃圾滲濾液侵蝕條件下的混凝土耐久性進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：

（1） 垃圾滲濾液對(duì)混凝土的耐久性具有較大的影響，而現(xiàn)有的研究成果較少，難指導(dǎo)現(xiàn)有的工程實(shí)踐。關(guān)于侵蝕性環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究還主要集中在氯鹽、硫酸鹽、酸性介質(zhì)、海水侵蝕以及碳化等方面，少有學(xué)者關(guān)注垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)垃圾滲濾液對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響。

（2） 一些已開展的垃圾填埋場(chǎng)內(nèi)環(huán)境污染對(duì)構(gòu)筑物耐久性、安全性影響的研究也主要集中在垃圾填埋場(chǎng)中垃圾土物理力學(xué)參數(shù)的確定、垃圾土沉降變形規(guī)律以及垃圾滲濾液對(duì)基礎(chǔ)施工的影響等，鮮有學(xué)者考慮垃圾滲濾液對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響。

（3） 對(duì)垃圾滲濾液侵蝕條件下的混凝土耐久性進(jìn)行研究具有重要意義。鑒于此，建議后續(xù)從滲透性能、力學(xué)性能、微觀結(jié)構(gòu)等方面著手，系統(tǒng)研究經(jīng)垃圾滲濾液侵蝕后的混凝土滲透特性、力學(xué)特性和微觀結(jié)構(gòu)演化特征和演化規(guī)律。