什么是地下洞室围岩的腐蚀

地下洞室围岩的腐蚀主要是指岩、土、水、大气中的化学成分和气温变化对洞室混凝土的腐蚀。地下洞室的腐蚀性可对洞室衬砌造成严重破坏,从而影响洞室稳定性。例如,成昆铁路百家岭隧道,由三叠系中、上统石灰岩和白云岩组成的围岩中含硬石膏层(CaSO ),开挖后,水渗入围岩使石膏层水化,膨胀力使原整体道床全部风化开裂,地下水中的SO 2- 高达1000mg/L,致使混凝土被腐蚀得像豆腐渣一样。

1. 腐蚀类型

岩、土、水中混凝土的化学腐蚀类型,主要有结晶类腐蚀、分解类腐蚀和结晶分解复合类腐蚀。在我国,结晶类腐蚀常见的有芒硝型腐蚀、石膏型腐蚀和钙矾型腐蚀;分解类腐蚀常见的有一般酸型腐蚀、碳酸型腐蚀;结晶分解复合类腐蚀常见于冶金、化工工业废水污染地带。此外,物理风化中因气温变化引起的冰劈作用和盐类结晶作用也可对混凝土形成结晶类腐蚀。

2. 腐蚀标准

建筑场地根据气候区、岩土层透水性、干湿交替情况分为三类环境,同一浓度的盐类在不同的环境中对混凝土的腐蚀强度是不同的。各种化学成分在不同环境中对混凝土腐蚀性的评价标准,国际上首推苏联的《建筑结构防腐蚀》设计标准;国内主要有《岩土工程勘察规范(2009年版)》(GB 50021—2001)规定的标准。具体作业时,应取地下水位以下的水样和土样分别做腐蚀成分及含量测定,对测定数据按规范进行等级评价。如各项指标腐蚀等级不一致时,宜取高者为腐蚀等级。

3. 腐蚀严重程度

混凝土被腐蚀后的严重程度可分为四级。

① 无腐蚀:混凝土表面外观完整,模板印痕清晰,在隧道滴水处混凝土表面有碳酸钙结晶薄膜,锤击混凝土表面时,声音清脆,有坚硬感。

② 弱腐蚀:在隧道边墙脚下,或出水的孔洞周围,以及混凝土构筑物的水位波动段,混凝土碳化层已遭破坏,混凝土表层局部地方砂浆剥落,锤击有疏松感。

③ 中等腐蚀:在潮湿及干燥交替段,混凝土表面断断续续出现酥软、掉皮、砂浆松散、骨料外露现象,但内部坚硬,未有变质现象。

④ 强腐蚀:混凝土表面膨胀隆起,大面积自动剥落,有些地方呈豆腐渣状,侵蚀深度达2cm以上,深处混凝土也受到侵蚀而变质。

4. 腐蚀多发地区

腐蚀多发地区主要在下列地质环境中。

① 第三纪、侏罗纪、白垩纪等地层中含有芒硝、石膏、岩盐的含盐红层,三叠纪的海相含膏地层,以及此类岩层地下水浸染的土层,其结晶类腐蚀严重。

② 泥炭土、淤泥土、沼泽土、有机质土及其他地下水中含有较多的游离碳酸、硫化物和亚铁,对混凝土具有分解类腐蚀。

③ 我国广东、广西、福建、海南、台湾部分沿海滩涂地区,有红树林残体的冲积层及其地下水,对混凝土有强酸性腐蚀。

④ 我国长江以南高温多雨的湿热地区,酸性红土、砖红土,以及各地潮湿森林的酸性土,pH一般为4~6,对混凝土有一定的酸性腐蚀。

⑤ 硫化矿及含硫煤矿床地下水及其浸染的土层,对混凝土有强酸性腐蚀。

⑥ 采矿废石场、尾矿场、冶炼厂、化工厂、废渣场、堆煤场、杂填土、垃圾掩埋场,以及其地下水浸染的土层,对混凝土有腐蚀。

长期保持干燥状态的地质环境,土中虽然含盐,但无吸湿及潮解现象时,对混凝土一般无腐蚀性。