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【摘 要】近年来定期现场巡查反映：厂房顶拱一定范围内的渗水点在雨季有增多迹象;在厂房周围地下洞室内普遍见有渗水现象，还见有多处析出物，局部区域排水沟已经失去强度呈现粉化状态。长此下去，区内酸性地下水对地下洞室混凝土结构的耐久性产生不利影响，可能会引起洞室塌方，影响洞室的安全稳定运行。
【关键词】地下洞室;混凝土;耐久性;酸性地下水
Abstract：In recent years，regular on-site inspections have reflected there are signs of increase in the rainy season water seepage points within a certain range of roof arches;In the underground caverns around the factory building，there is a common phenomenon of water seepage.There are also many effluents.The local drainage ditch has lost its strength and appears to be powdered.In the long run，the acidic groundwater in the area has a negative impact on the durability of concrete structure in the underground cavern，which may cause cavern collapse and affect the safe and stable operation of the cavern.
Key words：Underground cavern;Concrete;Durability;Acid groundwater
0 引言
江苏宜兴抽水蓄能电站总的运行工况良好，但也出现酸性地下水的腐蚀问题。据区内渗流监测资料，厂房围岩局部渗压值近年来呈现了上升的趋势。地下厂房区围岩的工程特性近年来在酸性水作用下呈现了一定的“弱化”。长此下去，区内酸性地下水对地下洞室区域的混凝土结构耐久性方面产生一定的不利作用，必须引起重视。
截止到目前，回弹法、钻芯法、拔出法、压痕法及超声法等[1]是混凝土损伤方面普遍应用的检测识别普技术方法。但是应用范围有限。XRF、XRD、SEM等测试方法是最近一段时期得到有效应用的方法，主要在矿物相、化学成分等方面对腐蚀性状进行诊断和分析[2，3]。
1 酸性地下水作用下混凝土腐蚀的基本特征
1.1地下洞室混凝土样
根據现场探察，认为在酸性渗漏水作用下地下厂房区不同部位混凝土已经受到了一定程度的腐蚀，并具有如下分布特征：
（1）厂房顶拱部位出现的新老渗水点位及周围区域，其表面混凝土呈现灰白色，是受到酸性腐蚀的较为典型的外观颜色;敲击发现此处混凝土的强度已经弱化。可见，厂房顶拱渗水点位混凝土已受腐蚀。
（2）在地下厂房其它洞室出现的渗水点位，混凝土表面颜色大多比较深，无明显的受到酸性腐蚀的外观颜色。个别部位表层混凝土结构已发生明显的开裂，外观上看很可能是硫酸盐类侵蚀作用所致。
在现场探察的基础上，共采集了6个具有代表性的混凝土样，其中4个样取自混凝土已受到腐蚀的部位，而另2个样则取自混凝土未受到或仅受到轻微腐蚀的部位。
1.2混凝土样的测试分析
1.2.1化学成分检测
检测结果显示不同样品间在其基本组成方面，有一定的含量变化，此在一定程度上反映了所在部位混凝土受到的腐蚀类型及其程度方面的差异性。
显著腐蚀（I类）与未受到或轻微腐蚀（II类）混凝土样品在基本组成（均值）的对比发现：
（1）两类混凝土样品在其基本组成方面存在明显差异：I类中，CaO、SO3、Fe2O3的含量均值分别为29.75%、11.07%、9.14%;而II类中、三组氧化物含量的均值依次为43.60%、1.09%、1.63%。可见，与未受到腐蚀的混凝土介质相比，其中Fe和S两种元素的含量是趋于明显增加;而有Ca元素的含量则趋于明显减小。
（2）I类混凝土样品之间存在明显不同的现场原位特征，但基本组成的含量差异不大。硫和铁元素的含量变化相对大一些，而钙元素的含量变化比较小。由此认为，尽管这一大类中的两亚类样品在外观上存在明显的差异，但仍均为区内酸性渗漏水的腐蚀作用所致。
1.2.2 细观结构及其组成测试
对不同部位的混凝土结构采用了EDX进行微区元素测试及电镜扫描SEM对细观结构进行了分析。发现II类混凝土样品其基本组成主要为形成水泥石的水化硅酸钙，多呈长纤维状分布，结合微区元素测试结果，可见正常的一类混凝土样的基本组成比较复杂，以Ca、Si、Al三种元素为主。
受到显著腐蚀的I类混凝土样品的SEM以及相应的EDX谱。此类样品具有以下特征：
（1）显示了明显不同于II类样品的晶形，表明此类混凝土已经受到了相对明显的腐蚀。有的呈絮状;而有的则呈短柱状，柱面平整。
（2）具有不同于II类样品的复杂组成，其中部分为受到腐蚀后形成的新物质。
总体上，此类已受到腐蚀的混凝土样中，SO3化合物的含量普遍有所增加，其增幅与相应部位混凝土受到的腐蚀程度成正比。
2 酸性地下水对混凝土腐蚀的成因分析
通过上述的分析可见：酸性渗漏水已对洞室内区域局部混凝土产生了腐蚀，岩体中零星分布的黄铁矿类硫化物发生的氧化作用导致了渗漏水的酸化。黄铁矿的氧化过程包含三个不同的过程：微生物的氧化过程、纯化学过程和电化学过程，通过分析可知，黄铁矿的氧化形成了硫酸，从而形成了对于混凝土的耐久性非常不利的酸性环境。 酸以pH值作为指标，具有分解性侵蚀作用的典型物质。强酸既能与游离石灰发生中和作用，也可以与水化产物中结合石灰发生作用，并且反应能够完全进行。由于水化产物分解后产生的Al（OH）3（铝胶），遇到强酸时发生反应形成易溶的铝酸盐。因此引起了混凝土孔隙结构的胶凝体的破坏，导致其力学性能发生弱化[4]。
岩体中黄铁矿类硫化物的氧化反应，既能导致水质的酸化，也能使水溶液中富含SO42-，对普通混凝土结构的硫酸盐类产生侵蚀作用（SO42->250mg/L）。根据已有的研究，在受到此类介质侵蚀破坏的混凝土结构中，可形成针柱状晶体。其矿物为钙矾石，由水泥中的C3A（3CaO.Al2O3）水化产物与硫酸盐反应生成。由于其体积的增大，产生很大的膨胀应力，从而导致混凝土的结构发生开裂而破坏。
通过现场探测和取样发现，地下厂房洞室区域混凝土在酸性水腐蚀的作用下具有以下显著特点：1）在干燥状态下呈灰白色，当仅触及表层时，会向外翻卷掉皮，而当腐蚀厚度较大时，呈现鼓胀形;2）在干湿交替状态下，一定阶段发生糜烂型鼓胀腐蚀，而呈豆腐渣状。
3 结论
通过现场调查、测量、探察、取样以及分析等多种手段和方法，对宜兴抽水蓄能电站地下厂房区域洞室內混凝土的综合分析，得到以下结论：
（1）在酸性渗漏水作用下洞室内不同部位混凝土已经受到了不同程度的腐蚀，依据腐蚀程度可以分为两类：II类为没有发生（或极轻微）腐蚀：I类为已发生中等腐蚀，严重影响了混凝土的耐久性，对地下洞室的安全稳定运行造成一定的安全隐患。
（2）对于近年来出现的局部混凝土已经开裂的部位，建议采用抗硫酸盐水泥类材料进行修复;对于重要部位在未来运行阶段若出现明显的新增渗水点，应及时采用沥青层或环氧树脂类材料加以覆盖，或选用低钙硅比的硅酸盐水泥进行修复，以阻止或滞缓相应部位岩体中黄铁矿类硫化物的氧化，同时也应在相邻部位采用适当的方式做好渗漏水的疏～排工作。
参考文献：
[1] 吴新璇.混凝土无损检测技术手册[M].北京：人民交通出版社，2003.
[2] 马保国，高小建，何忠茂，等.混凝土在SO42-和CO32-共同存在下的腐蚀破坏[J].硅酸盐学报，2004，32（10）：1219-1224
[3] 邢志水，邓敏，陈宇峰，等.黄河上游某水电站硫酸盐侵蚀破坏分析[J].混凝土，2012，（276）：41-44.
[4] B.M.莫斯克文等著.混凝土和钢筋混凝土的腐蚀及其防护方法[M].倪继淼等译.北京：化学工业出版社.
（作者单位：华东宜兴抽水蓄能有限公司）
【关键词】地下洞室;混凝土;耐久性;酸性地下水
Abstract：In recent years，regular on-site inspections have reflected there are signs of increase in the rainy season water seepage points within a certain range of roof arches;In the underground caverns around the factory building，there is a common phenomenon of water seepage.There are also many effluents.The local drainage ditch has lost its strength and appears to be powdered.In the long run，the acidic groundwater in the area has a negative impact on the durability of concrete structure in the underground cavern，which may cause cavern collapse and affect the safe and stable operation of the cavern.
Key words：Underground cavern;Concrete;Durability;Acid groundwater
0 引言
江苏宜兴抽水蓄能电站总的运行工况良好，但也出现酸性地下水的腐蚀问题。据区内渗流监测资料，厂房围岩局部渗压值近年来呈现了上升的趋势。地下厂房区围岩的工程特性近年来在酸性水作用下呈现了一定的“弱化”。长此下去，区内酸性地下水对地下洞室区域的混凝土结构耐久性方面产生一定的不利作用，必须引起重视。
截止到目前，回弹法、钻芯法、拔出法、压痕法及超声法等[1]是混凝土损伤方面普遍应用的检测识别普技术方法。但是应用范围有限。XRF、XRD、SEM等测试方法是最近一段时期得到有效应用的方法，主要在矿物相、化学成分等方面对腐蚀性状进行诊断和分析[2，3]。
1 酸性地下水作用下混凝土腐蚀的基本特征
1.1地下洞室混凝土样
根據现场探察，认为在酸性渗漏水作用下地下厂房区不同部位混凝土已经受到了一定程度的腐蚀，并具有如下分布特征：
（1）厂房顶拱部位出现的新老渗水点位及周围区域，其表面混凝土呈现灰白色，是受到酸性腐蚀的较为典型的外观颜色;敲击发现此处混凝土的强度已经弱化。可见，厂房顶拱渗水点位混凝土已受腐蚀。
（2）在地下厂房其它洞室出现的渗水点位，混凝土表面颜色大多比较深，无明显的受到酸性腐蚀的外观颜色。个别部位表层混凝土结构已发生明显的开裂，外观上看很可能是硫酸盐类侵蚀作用所致。
在现场探察的基础上，共采集了6个具有代表性的混凝土样，其中4个样取自混凝土已受到腐蚀的部位，而另2个样则取自混凝土未受到或仅受到轻微腐蚀的部位。
1.2混凝土样的测试分析
1.2.1化学成分检测
检测结果显示不同样品间在其基本组成方面，有一定的含量变化，此在一定程度上反映了所在部位混凝土受到的腐蚀类型及其程度方面的差异性。
显著腐蚀（I类）与未受到或轻微腐蚀（II类）混凝土样品在基本组成（均值）的对比发现：
（1）两类混凝土样品在其基本组成方面存在明显差异：I类中，CaO、SO3、Fe2O3的含量均值分别为29.75%、11.07%、9.14%;而II类中、三组氧化物含量的均值依次为43.60%、1.09%、1.63%。可见，与未受到腐蚀的混凝土介质相比，其中Fe和S两种元素的含量是趋于明显增加;而有Ca元素的含量则趋于明显减小。
（2）I类混凝土样品之间存在明显不同的现场原位特征，但基本组成的含量差异不大。硫和铁元素的含量变化相对大一些，而钙元素的含量变化比较小。由此认为，尽管这一大类中的两亚类样品在外观上存在明显的差异，但仍均为区内酸性渗漏水的腐蚀作用所致。
1.2.2 细观结构及其组成测试
对不同部位的混凝土结构采用了EDX进行微区元素测试及电镜扫描SEM对细观结构进行了分析。发现II类混凝土样品其基本组成主要为形成水泥石的水化硅酸钙，多呈长纤维状分布，结合微区元素测试结果，可见正常的一类混凝土样的基本组成比较复杂，以Ca、Si、Al三种元素为主。
受到显著腐蚀的I类混凝土样品的SEM以及相应的EDX谱。此类样品具有以下特征：
（1）显示了明显不同于II类样品的晶形，表明此类混凝土已经受到了相对明显的腐蚀。有的呈絮状;而有的则呈短柱状，柱面平整。
（2）具有不同于II类样品的复杂组成，其中部分为受到腐蚀后形成的新物质。
总体上，此类已受到腐蚀的混凝土样中，SO3化合物的含量普遍有所增加，其增幅与相应部位混凝土受到的腐蚀程度成正比。
2 酸性地下水对混凝土腐蚀的成因分析
通过上述的分析可见：酸性渗漏水已对洞室内区域局部混凝土产生了腐蚀，岩体中零星分布的黄铁矿类硫化物发生的氧化作用导致了渗漏水的酸化。黄铁矿的氧化过程包含三个不同的过程：微生物的氧化过程、纯化学过程和电化学过程，通过分析可知，黄铁矿的氧化形成了硫酸，从而形成了对于混凝土的耐久性非常不利的酸性环境。 酸以pH值作为指标，具有分解性侵蚀作用的典型物质。强酸既能与游离石灰发生中和作用，也可以与水化产物中结合石灰发生作用，并且反应能够完全进行。由于水化产物分解后产生的Al（OH）3（铝胶），遇到强酸时发生反应形成易溶的铝酸盐。因此引起了混凝土孔隙结构的胶凝体的破坏，导致其力学性能发生弱化[4]。
岩体中黄铁矿类硫化物的氧化反应，既能导致水质的酸化，也能使水溶液中富含SO42-，对普通混凝土结构的硫酸盐类产生侵蚀作用（SO42->250mg/L）。根据已有的研究，在受到此类介质侵蚀破坏的混凝土结构中，可形成针柱状晶体。其矿物为钙矾石，由水泥中的C3A（3CaO.Al2O3）水化产物与硫酸盐反应生成。由于其体积的增大，产生很大的膨胀应力，从而导致混凝土的结构发生开裂而破坏。
通过现场探测和取样发现，地下厂房洞室区域混凝土在酸性水腐蚀的作用下具有以下显著特点：1）在干燥状态下呈灰白色，当仅触及表层时，会向外翻卷掉皮，而当腐蚀厚度较大时，呈现鼓胀形;2）在干湿交替状态下，一定阶段发生糜烂型鼓胀腐蚀，而呈豆腐渣状。
3 结论
通过现场调查、测量、探察、取样以及分析等多种手段和方法，对宜兴抽水蓄能电站地下厂房区域洞室內混凝土的综合分析，得到以下结论：
（1）在酸性渗漏水作用下洞室内不同部位混凝土已经受到了不同程度的腐蚀，依据腐蚀程度可以分为两类：II类为没有发生（或极轻微）腐蚀：I类为已发生中等腐蚀，严重影响了混凝土的耐久性，对地下洞室的安全稳定运行造成一定的安全隐患。
（2）对于近年来出现的局部混凝土已经开裂的部位，建议采用抗硫酸盐水泥类材料进行修复;对于重要部位在未来运行阶段若出现明显的新增渗水点，应及时采用沥青层或环氧树脂类材料加以覆盖，或选用低钙硅比的硅酸盐水泥进行修复，以阻止或滞缓相应部位岩体中黄铁矿类硫化物的氧化，同时也应在相邻部位采用适当的方式做好渗漏水的疏～排工作。
参考文献：
[1] 吴新璇.混凝土无损检测技术手册[M].北京：人民交通出版社，2003.
[2] 马保国，高小建，何忠茂，等.混凝土在SO42-和CO32-共同存在下的腐蚀破坏[J].硅酸盐学报，2004，32（10）：1219-1224
[3] 邢志水，邓敏，陈宇峰，等.黄河上游某水电站硫酸盐侵蚀破坏分析[J].混凝土，2012，（276）：41-44.
[4] B.M.莫斯克文等著.混凝土和钢筋混凝土的腐蚀及其防护方法[M].倪继淼等译.北京：化学工业出版社.
（作者单位：华东宜兴抽水蓄能有限公司）