曲靖市東星耀水泥制品有限公司

混凝土排水管的腐蝕問題，也就是管內(nèi)流體的腐蝕作用對(duì)混凝土及鋼筋造成的損壞。那么，先簡(jiǎn)單說一下混凝土管面臨的服役環(huán)境：

市政排水管網(wǎng)輸送的一般是城市生活污水，雖然市政規(guī)劃設(shè)計(jì)中很早就實(shí)施雨污分流的設(shè)計(jì)，但往往在建設(shè)和使用過程中落實(shí)不夠徹底，導(dǎo)致一些雨水管網(wǎng)內(nèi)存在雨污混流的問題，實(shí)際上雨水管也成了污水管；還有一些工業(yè)污水管線腐蝕性更強(qiáng)，也沒有使用專門的防腐蝕管材。另外，各種污水在管網(wǎng)中的絕大多數(shù)服役時(shí)段為非滿流狀態(tài)流動(dòng)。

生活污水和工業(yè)廢水，成分比較復(fù)雜，往往含有大量的酸、堿、鹽，pH 值變化范圍大，有機(jī)物和微生物含量高，夾雜著泥砂等固體顆粒物。同時(shí)，水處理過程中加入的微生物和氯氣等也會(huì)對(duì)設(shè)備或構(gòu)筑物產(chǎn)生腐蝕，各種腐蝕因子中，硫酸根離子是主要的腐蝕因素。

其腐蝕模型為：在厭氧條件下，污水中含硫有機(jī)物被分解，釋放出硫化氫氣體（H2S）；H2S氣體進(jìn)入上部未充水的空間，與管壁相接觸，在管壁表面吸附的微生物膜作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成硫酸根離子。硫酸根離子在不同濃度條件下會(huì)與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)，生成物分別有鈣礬石和石膏。這兩種生成物在富水環(huán)境中均會(huì)發(fā)生巨大的體積膨脹，導(dǎo)致混凝土管壁逐漸開裂、剝落并不斷加深，直至鋼筋外露、銹蝕，終結(jié)構(gòu)破壞。

另外，硫酸鹽腐蝕的生成物還具有使混凝土中性化的特點(diǎn)，使混凝土失去強(qiáng)度和對(duì)鋼筋的鈍化作用。有研究認(rèn)為，在10年時(shí)間內(nèi)，污水管道中的硫酸鹽腐蝕能夠完全穿透管壁厚度為45mm的普通混凝土管壁，并使腐蝕影響范圍內(nèi)的混凝土和鋼筋失去結(jié)構(gòu)效用。

雖然混凝土污水管道的硫酸鹽腐蝕現(xiàn)象早已被學(xué)界認(rèn)識(shí)并關(guān)注，但將耐腐蝕設(shè)計(jì)理念貫徹到混凝土管道設(shè)計(jì)中切并未得到有效執(zhí)行?，F(xiàn)有的混凝土管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)均沒有系統(tǒng)性的體現(xiàn)混凝土污水管道耐腐蝕性、耐久性的相關(guān)要求。

各類標(biāo)準(zhǔn)中幾乎都是結(jié)構(gòu)計(jì)算和常規(guī)的質(zhì)量控制規(guī)定之類的內(nèi)容。歷年來的混凝土管道工藝、設(shè)備的升級(jí)換代和技術(shù)進(jìn)步，中心思想也幾乎都是為了滿足現(xiàn)有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求和提高生產(chǎn)效率。近三十年來，中國(guó)快速城市化帶來的市政排水管網(wǎng)市場(chǎng)的高速發(fā)展，催生了數(shù)量龐大的排水管生產(chǎn)廠家，使用的工藝從離心、旋輥到立式振搗，繼而又芯模振動(dòng)、徑向擠壓，規(guī)模從小型作坊到上市巨頭，但排水管產(chǎn)品的質(zhì)量水平差異無非就是荷載能不能達(dá)標(biāo)和外觀哪個(gè)更好看而已，并無根本差異。

但是，街道上隨處可見的非開挖修復(fù)專用車已經(jīng)告訴大家：繼續(xù)在同質(zhì)化小道上互擠價(jià)格的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)模式已經(jīng)在讓混凝土管被質(zhì)疑和邊緣化，其它材性的管材已經(jīng)在為混凝土管的自我否定而歡呼并火上澆油。

混凝土排水管耐久性設(shè)計(jì)的幾個(gè)方面

結(jié)構(gòu)的防腐蝕設(shè)計(jì)，廣義上講應(yīng)該叫做耐久性設(shè)計(jì)，是為了保證結(jié)構(gòu)在特定環(huán)境中和規(guī)定的使用年限內(nèi)能夠進(jìn)行正常使用而進(jìn)行的系統(tǒng)性設(shè)計(jì)工作。其中包括了各種構(gòu)造設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)要求等等。對(duì)于混凝土排水管道來講，就是在輸送污水的環(huán)境條件下，如何讓其能夠在50年或更久的設(shè)計(jì)使用時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)安全并保持使用功能。簡(jiǎn)單的說，至少應(yīng)該包含以下幾方面的設(shè)計(jì)內(nèi)容：

（1）明確排水管所處的環(huán)境作用類別和環(huán)境等級(jí)

如前所述，混凝土管道服役環(huán)境中的主要腐蝕因子為硫酸鹽腐蝕。根據(jù)GB/T50476-2019規(guī)定，對(duì)于污水管道，其與腐蝕介質(zhì)接觸面的環(huán)境類別及作用等級(jí)可按V-E類考慮，作用較輕的可按V-D類考慮；根據(jù)CCES01-2004規(guī)定，污水管道的環(huán)境類別及作用等級(jí)可按V1-E、V1-D考慮，當(dāng)結(jié)構(gòu)浸沒于液面以下時(shí)，可按V1-C考慮。根據(jù)論文《鋼筋混凝土排污管道中硫酸根離子的擴(kuò)散規(guī)律》中的數(shù)據(jù)，在流動(dòng)污水管道中的硫酸根離子濃度一般低于1000mg/L，相當(dāng)于V1-C類作用等級(jí)。綜上所述，建議將混凝土排水管道耐久性設(shè)計(jì)的環(huán)境作用類別及作用等級(jí)低按V-D類（GB/T50476-2019分類）考慮，好按V-E類考慮。

（2）管道混凝土材料的抗硫酸鹽設(shè)計(jì)

參考地下混凝土結(jié)構(gòu)耐腐蝕設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定，如GB50046-2018中對(duì)硫酸鹽腐蝕環(huán)境中的樁基礎(chǔ)的規(guī)定，在中等腐蝕強(qiáng)度下混凝土抗硫酸鹽侵蝕等級(jí)為KS120＞0.8；在強(qiáng)腐蝕條件下應(yīng)為KS120＞0.85。結(jié)合前述的混凝土排水管環(huán)境作用條件的看法，建議混凝土抗硫酸鹽侵蝕等級(jí)為KS120＞0.85或KS150＞0.8。

混凝土抗硫酸鹽設(shè)計(jì)中對(duì)原材料的相關(guān)要求，可以參照GB50476-2019中的相關(guān)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)?；炷恋蛷?qiáng)度等級(jí)建議不低于C45，大水膠比不應(yīng)大于0.4。

（3）管道鋼筋保護(hù)層的選擇

管道鋼筋保護(hù)層厚度應(yīng)基于環(huán)境類別和作用等級(jí)按GB50476-2019的規(guī)定選擇，建議不宜小于30mm（按預(yù)制構(gòu)件考慮）。

（4）結(jié)構(gòu)計(jì)算

管道的結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)基于上述耐久性設(shè)計(jì)中的材料和構(gòu)造要求進(jìn)行，并考慮結(jié)構(gòu)安全等級(jí)和重要性考慮相應(yīng)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)后進(jìn)行計(jì)算。管道在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，建議結(jié)合工程實(shí)際荷載條件和管道荷載等級(jí)進(jìn)行考慮，以達(dá)到既滿足標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)又符合工程實(shí)際要求的效果。

（5）施工和運(yùn)維

管道的安全使用除了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程的有效控制，還需要規(guī)范的施工建設(shè)和合理的運(yùn)維工作。特別是排水管施工過程中普遍存在的不規(guī)范施工問題應(yīng)該通過強(qiáng)化管理實(shí)施糾正，主要存在的問題包括接口對(duì)接質(zhì)量問題、溝槽處理問題、回填質(zhì)量問題、頂進(jìn)糾偏問題等。據(jù)本文前述調(diào)查數(shù)據(jù)中，施工質(zhì)量問題造成的管道損壞也占了相當(dāng)大的比重，是一個(gè)應(yīng)該引起普遍重視的問題。運(yùn)行維護(hù)方面，則主要存在地面荷載超載、污水排放管理、定期檢查清淤等。