混凝土构筑物污水腐蚀演变模拟暴露试验平台构建方法与流程

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律模拟暴露试验平台的构件方法。

背景技术：

1、随着城市化的不断推进，城市污水产生量和处理量不断增大，对污水厂混凝土构筑物的耐久性提出了越来越高的要求。污水环境下的混凝土构筑物长期受到化学物质、微生物、干湿交替、流水冲刷等因素的侵蚀作用，在服役一定年限后，通常会发生粉化、剥落、开裂、钢筋外露、表面呈蜂窝麻面状等破坏，有些构筑物由于破坏严重甚至引起坍塌事故。城市污水处理设施独特环境(恶臭、封闭、高浓度有害气体)造成其“小问题难以发现、发现时即可能是大事故”的特征，因此，有必要弄清楚污水环境下混凝土构筑物的腐蚀情况。

2、有的学者通过对正在运行的污水混凝土构筑物进行局部钻芯取样的方式来了解混凝土构筑物的腐蚀情况，由于这种方法是直接从正在运行的混凝土设施中取样，在一定程度上会破坏混凝土设施的结构稳定，从而对该区域的构筑物结构安全性造成影响，而且并不是所有的污水腐蚀环境都能满足钻芯取样的要求。另有学者通过研究污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律来提高人们对污水厂混凝土构筑物腐蚀情况的认识。目前主要以实验室研究为主，首先将一定比例的h2so4、hcl、h2no3等酸性物质混合后配制成酸腐蚀溶液，然后在实验室制备混凝土试件并放入配制的酸腐蚀溶液中进行腐蚀试验，测试不同腐蚀时间的混凝土腐蚀情况，以此得到污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律。但是在实验室模拟的酸腐蚀溶液与污水厂实际污水环境相差甚远，污水厂实际污水环境极为复杂，其混凝土构筑物长年受到化学物质、微生物、干湿交替、污水流速等多因素的耦合侵蚀作用，而实验室模拟污水环境只能对化学物质及微生物进行较好的模拟，处于动态的干湿交替和污水流速控制极为困难，这使得在实验室很难真实地模拟混凝土构筑物所处的污水环境，从而导致利用实验室模拟试验的方式所得到的数据和结果指导性较差。因此，有必要建立一种基于真实污水环境下的混凝土构筑物腐蚀演变规律试验平台，以此获得更加科学、真实、有效的试验数据，为污水处理设施的服役状态检测评估、维修及寿命预测提供基础数据支撑和指导，然而目前业内尚未形成相关技术措施。

技术实现思路

1、本发明针对污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律传统研究方法存在难以模拟真实污水环境，数据结果代表性较差的问题，提供一种污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律模拟暴露试验平台的构建方法，首次实现基于真实污水环境下的混凝土构筑物腐蚀演变规律研究，所得试验数据科学、真实、有效、具有代表性，为污水处理设施的服役状态检测评估、维修及寿命预测提供有力数据支撑。

2、其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

3、一种污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律模拟暴露试验平台，其特点为，包括如下步骤：

4、(1)选择污水厂h2s浓度高、污水流速大、构筑物顶部封闭(这里的顶部封闭是指污水混凝土构筑物带有顶盖)且污水面与顶部有足够空间(这里的足够空间是指有一定的空间能够满足放置试验暴露平台)的区域作为模拟试验暴露平台的搭建位置；

5、(2)根据所选污水厂构筑物区域混凝土的设计图纸，获取混凝土配合比信息；

6、(3)根据所获取的混凝土配合比信息，分别成型素混凝土试件和小型带钢筋的混凝土试件，将混凝土试件在标准养护条件下养护至28天；

7、(4)选取部分素混凝土试件涂覆不同种类的防腐涂层，涂层种类应包含市面上常用的污水厂防腐涂层；

8、(5)将制备的试件放入不锈钢材质的吊篮装置中，利用膨胀螺丝将吊篮装置吊挂于所确定的污水厂构筑物区域侧壁，吊篮应位于污水水位浮动区，进行暴露腐蚀试验，试验周期≥10年；

9、(6)按设定时间间隔(例如不大于每隔1年1次)取出吊篮中的试件，拍摄试件图像并测试其性能，直至试验周期结束；

10、其中，

11、对于带涂层的混凝土试件，观察试件涂层的粉化脱落情况并拍摄图像，测试试件涂层的附着力，测试完成后该组试件废弃；

12、对于素混凝土试件，观察试件表面腐蚀情况并拍摄图像，利用x-ct测试试件的腐蚀深度，测试完成后将试件放回吊篮，继续进行暴露腐蚀；

13、对于小型带钢筋的混凝土试件，观察试件表面腐蚀情况并拍摄图像，测试完成后将试件放回吊篮，继续进行暴露腐蚀；

14、(7)试验周期结束后，根据污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律模拟暴露试验平台的试验数据，形成污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律数据库，对于既有污水厂混凝土构筑物，可以利用数据库进行评估预测混凝土构筑物的腐蚀状态，对于新建污水厂混凝土构筑物，可以利用数据库进行涂层方案选型；

15、其中，污水环境下混凝土构筑物包括粗格栅、细格栅、沉砂池、生物反应池、浓缩池、集水井、排泥井和调配井；

16、步骤(1)中，h2s浓度≥10ppm，污水流速≥0.5米/秒。

17、步骤(5)中，吊篮装置由不锈钢盖板、不锈钢吊篮、2根防腐蚀的聚四氟乙烯绳和2根不锈钢链条组成；吊篮内设置不锈钢格栅，混凝土试件放入不锈钢吊篮后，盖上不锈钢盖板，将2根防腐蚀的聚四氟乙烯绳和2根不锈钢链条作为吊绳，构成整个吊篮装置，不锈钢型号为316，具有优异的耐酸腐蚀性能；吊篮装置下方设置安全绳网。

18、步骤(7)中，首先采用水下机器人对既有污水厂混凝土构筑物进行图像拍摄，观察图像的表面腐蚀情况，然后将此图像特征与数据库中的图像特征进行匹配，根据匹配情况可评估出既有污水厂混凝土构筑物当前的腐蚀状态，根据数据库所形成的污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律可预测既有污水厂混凝土构筑物的剩余服役寿命；根据新建污水厂混凝土构筑物的设计使用年限，利用数据库中各种涂层混凝土试件的腐蚀表现情况，选取所需设计使用年限下涂层脱落粉化较少、附着力较大的涂层作为新建污水厂混凝土构筑物的防腐涂层方案。

19、下面对污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律模拟暴露试验平台做进一步说明：

20、由于目前越来越多的污水厂采用封闭式设计，h2s气体无法很好排出，导致构筑物处于高h2s浓度环境下，使得构筑物的腐蚀进一步加快，为了使得污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律研究更具科学性和代表性，必须将模拟试验平台放置在厂区封闭区域，以获得更准确的数据；

21、污水厂混凝土构筑物腐蚀过程一般是先最外层的涂层先受到腐蚀脱落，然后是对混凝土本身进行腐蚀，当钢筋外保护层厚度被腐蚀完全后，钢筋开始出现锈蚀破坏等情况，最终导致污水厂混凝土构筑物整体破坏，因此在试验平台中必须制备带涂层的混凝土试件、素混凝土试件、带钢筋的混凝土试件，来分别研究其腐蚀演变规律。

22、吊篮装置下方设置安全绳网，一方面可以保证吊篮装置意外掉落后能继续进行腐蚀试验，另一方面可以保证吊篮装置意外掉落后不会影响污水厂的正常运转。污水厂混凝土构筑物一般受到化学物质、微生物、干湿交替、流水冲刷等因素的侵蚀作用，腐蚀一般发生在污水与气体交界以及气体部位，位于污水面以下的部位腐蚀程度一般较小，因此需要将模拟暴露试验平台放置在污水水位浮动区，既能受到污水的持续冲刷作用，又能受到化学物质、微生物、干湿交替等腐蚀作用，使模拟暴露试验平台与真实污水环境保持一致。此外，现如今的污水处理设施一般在5～10年内大概率出现开裂、剥落、钢筋锈蚀等破坏，想要得到混凝土构筑物腐蚀演变规律，必须要有长期的检测数据，如果试验周期较短，那么得到的数据将不足以支撑腐蚀演变规律的形成，因此考虑模拟试验平台的试验周期不低于10年。

23、带涂层的混凝土试件经附着力测试后，其表面测试部位的涂层将脱落，从而失去作用，因此需要将测试完成后带涂层的混凝土试件废弃；而素混凝土试件的测试均为无损检测，测试完成后对试件无任何破坏，因此可以将测试后的试件放回吊篮中继续腐蚀。

24、综上所述，本发明具有以下优点和技术效果：

25、(1)本发明提供了一种污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律模拟暴露试验平台，通过将试件放入模拟暴露试验平台中，长期真实的模拟污水腐蚀环境，进而可以获取科学、真实、有效的试验数据。

26、(2)本发明提出的污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律模拟暴露试验平台具有无损检测、操作方便、试验环境真实的优点，既保证现有污水处理设施的安全性，又可定期取出放置的试件进行相关性能测试，试验与实际腐蚀环境下的腐蚀程度保持一致，数据具有代表性，为建立污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律提供强有力的支撑。

27、(3)本发明提出的污水环境下混凝土构筑物腐蚀演变规律模拟暴露试验平台可以了解污水处理设施实际环境下混凝土和涂层的性能劣化规律，为污水处理设施混凝土构筑物的耐久性评定提供宝贵的技术参数，为后续污水厂的改造、新建等工程中的混凝土设施防腐蚀提供一个有效的方案，避免出现由于腐蚀导致的突发性结构安全事故。