酸雨对建筑物的影响 [严重酸雨环境下建筑物的耐久性调查]

2001年第11期(总第145期)Number11in2001(TotalNo.145)

混 凝

土

全国建筑科学核心期刊ChinaBuildingScienceCorePeriodical

严重酸雨环境下建筑物的耐久性调查

陈剑雄1, 吴建成1, 陈寒斌2

(1 重庆大学B区材料科学与工程系,重庆 400045; 2 解放军后勤工程学院,重庆 400041)

[摘 要] 针对西南地区严重酸雨污染的情况,以重庆为调查对象,对重庆地区影响建筑物耐久性的因素进行了大量的

资料收集和实地调查。结果发现酸雨已经对重庆地区建筑物的耐久性造成了不同程度的影响。从建造于不同年代的建筑物实地调查的结果进一步证实了这一结论。

[关键词] 耐久性; 酸雨; 腐蚀

[中图分类号] TU528 33 [文献标识码] A [文章编号] 1002-3550(2001)11-0044-04

1 前言

酸雨已经是国内外普遍认同的对生态环境造成严重影响的因素之一。我国的西南地区由于地理环境条件、产业结构和能源消耗结构的制约,已经成为酸雨最为严重的地区。其中又以西南四川盆地的重庆和黔中地区的贵阳为典型。重庆作为新兴的直辖市是西南地区最大的工业城市,改革开放以来,经济高速发展,其中工业增长飞快。但是,伴随着经济的发展,环境污染问题也日益突出,其中,尤其以燃用高硫份原煤为主的能源结构和特定的自然环境条件导致的空气污染十分严重,从而导致重庆地区降水酸度大,酸雨频率高,降水质量差。这已经成为影响重庆地区建筑物耐久性不可忽视的因素之一。

度递增。1988年比1981年增长1 5倍。耗油量和污染物排放量也相应增加。重庆直辖以后这一数量更是有增无减。重庆地区的煤含硫份高达3%~5%,灰份达25%左右,可燃体挥发份达30%。每年燃煤消耗量1500多万吨,就将80多万吨二氧化硫、20多万吨烟尘排入大气环境中[2],这在全国城市中也是绝无仅有的。按照二氧化硫的60%转化为硫酸计算[3]。硫酸(H2SO4)的分子量为98,因此80年代每年重庆市就有73 6万吨的硫酸以各种形式降落到重庆市及周边地区。有关气象分析[4]指出,重庆的静风及微风频率全年大于50%,大气结构十分稳定。因此,大气的输送只将重庆排放的SO2的1/3带出了市境以外,2/3则以干的形式(气态、颗粒态)和湿的形式(雨、雾、雪、露)沉降在市境地面[5]。

重庆的空气污染特点主要表现为空气中高浓度的二氧化硫污染。重庆市环境保护局的监测数据[2]显示,从1981年至1994年,城区空气中二氧化硫年平均值范围在(0 26~0 49)mg/m3,超过国家二级标准(0 06mg/m)3~7倍。其中年平均值在0 30mg/m,超标4倍以上的有12年,具体见图1。向这样高的二氧化硫浓度的城市在全国甚至全世界都是不多的。二

3

3

2 大气污染

2 1 主要空气污染物浓度及变化趋势

据1985~1988年统计[1],重庆地区工业分行业耗煤量占全市煤炭消耗的65%以上。重庆市年耗煤

5000t~10000t的大污染源企业有61家,总耗煤量达到42 61万吨。重庆城区机动车辆数也以14%的速

图1 重庆市环境空气质量变化

[收稿日期] 2001-09-17

氧化硫浓度在一年中的季节变化有一定的规律,其特征通常是冷季(秋,冬)高,暖季(夏,春)低。地域分布特征是城区比郊区高,县镇比农村高,表现了以城市为中心的二氧化硫污染源排放的特征。2 2 重庆与国内外一些城市空气质量的比较

根据国家环保局1988年公布的国内23个城市的

SO2浓度统计和重庆与世界一些城市SO2浓度[6]的比较可以看出,无论在国内还是国外重庆的SO2水平都是比较高的,见图2。而按世界卫生组织(WTO)的标准(SO2为0 06mg/m3)。重庆已成为中国乃至世界酸雨污染的代表地区之一。

图2 1988年国内23个城市环境空气二氧化硫浓度

3 酸沉降

重庆的酸雨主要是与前面所述的大气SO2污染有直接关系。降雨的酸度和主要污染离子浓度变化和地区分布也与大气中的SO2的分布和污染有关。重庆是我国较早开展酸雨监测的城市之一。在纯净的空气中由于大气中的CO2溶于雨水中,使得降雨的pH值为5 65左右。当大气中含有酸性氧化物如二氧化硫、氮氧化物等时,降雨的pH值就会小于5 6。据重庆环保局的监测数据表明[7],从1981年到1994年,重

庆降水(含雨、雪)的pH年度雨量加权平均值范围为

4 09~4 70。酸雨发生频率在70%以上。1999年重庆主城区降水pH值范围在3 64~7 84之间,年平均值为4 88,酸雨年平均值为4 55,酸雨频率为38 1%,详见图3。2000年第一季度的降水pH值范围在3 75~7 60之间,季均值为4 46,酸雨季平均值为4 17,酸雨频率为34 7%。在重庆的降水中污染组分阴离子以硫酸根为主,其浓度占所测阴离子的75%以上,因此形成了以硫酸为主的酸雨侵蚀的特点,这一点与国外的情况有所不同,具体见图4和图5的对比。

十多年来,重庆的酸雨年变化趋势并不明显,但是空间变化却令人担忧。据调查, 六五!期间,pH值4 5以下的酸雨覆盖面积约1000km2,到 七五!及以

后,pH4 5以下的酸雨覆盖面积已扩展到全市约20000km2的范围了。酸雨蔓延的速度是非常惊人的。

4 酸雨对混凝土砂浆的腐蚀

根据Cembureau(欧洲水泥统计与技术协会)的建议,对于含侵蚀性物质的水和土壤对混凝土的化学侵蚀程度的评价中,pH值在6 5~5 5的为弱侵蚀;pH值在5 5~4 5的为中等侵蚀;pH值在4 5~4 0的为强侵蚀;pH值

由于水泥水化产物主要为碱性的硅酸盐、铝酸盐及相当数量的游离CaO,酸性介质首先与石灰发生中和反应,急剧降低混凝土介质碱度。水泥石一部分侵蚀产物被溶解了,另一部分则留在原反应处,

其反应式

[8]

如下:

Ca(OH)2+H2SO4∀CaSO4 2H2O

mCaOnSiO2 aq+mH2SO4+H2O∀mCaSO4 aq+nSi(OH)2

针对近年来酸沉降对非金属建筑材料和文物古迹的明显影响,原重庆建筑大学的蔡永泰1988年在实验室用接近于自然降雨酸度的模拟加速腐蚀试验对不同配比的砂浆进行了对比试验。研究了模拟酸雨对砂浆受腐蚀后外观、质量、体积的变化的影响。试验结果发现砂浆外观明显受酸雨的影响,一般随侵蚀时间的增长,其外观发生逐渐由灰色变深∀变黄∀变白的梯度变化。腐蚀产物发生层状的脱落。随着酸雨酸度的加大,

混凝土和砂浆的中性化深度也不断增加。

[9]

照片1 杨家坪正街电杆受腐蚀情况

照片2 朝天门码头旧缆车混凝土基础表面受腐蚀情况

这一结果与在重庆市实地调查中现场观测到的受酸雨腐蚀的建筑物外观是一致的。调查的范围主要集中在重庆主城区,针对建造于不同时期的建筑物进行了大量的调查和统计。结果发现建造年代较早的建筑物表面都可以看出不同程度的受到酸雨腐蚀的迹象。尤其是五十年代生产的一批电杆受腐蚀较严重。对于杨家坪正街公路两旁建造于1956年左右的电杆调查统计如表2所示。由杨家坪正街的照片1可以看出,表层混凝土由于长期受到冲刷和侵蚀已经变的疏松,同时在荷载的作用下表层混凝土已经剥落,使得钢筋露出表面。在酸雨的侵蚀下加速了钢筋的锈蚀。照片2所示为建造于五十年代的朝天门码头旧缆车的混凝土基础表面受酸雨侵蚀的情况。由于受到各种因素的影响,该缆车已经停止使用。从调查的结果表明,缆车主体结构的破坏明显受到环境因素的影响。缆车的钢轨表面已经由于锈蚀而层状剥落,横梁底部的混凝土也已经大量脱落,钢筋锈蚀严重。从照片2可以明显的看出,随着H+和混凝土中胶凝材料的不断反应以及雨水的冲刷,混凝土表面部分的胶凝材料已经被冲走,粗集料完全曝露于混凝土表面,类似于水刷石结构。经过仔细观察,用石灰石做粗集料的混凝土,不仅

水泥浆体受酸雨的腐蚀,而且部分石灰石也已经受到酸雨的影响。因为朝天门码头旧的有轨缆车都修建的比较早,当时混凝土的水灰比较大,以及施工质量等都是造成酸雨对混凝土的腐蚀和结构破坏的因素。

表1 电杆侵蚀情况统计表

侵蚀程度

轻微侵蚀数量24

百分比/%

20

中等侵蚀数量60

百分比/%

50

严重侵蚀数量36

百分比/%

30

注:轻微侵蚀###表面颜色变黄,粗集料外露;中等侵蚀###粗集料外露,小面积钢筋外露;严重侵蚀###大面积钢筋外露,锈蚀严重

5 结论

从大量的实地调查结果显示,酸雨已经对重庆地区的建筑物耐久性产生了较为严重的影响。酸雨已经成为重庆地区重点工程的耐久性设计不容忽视的因素之一。长期以来,我国在各种建筑物和基础设施工程的设计中,对其耐久性和使用寿命未能给予足够的重视。从而导致了因耐久性不足而带来的大量经济损失、资源浪费和种种社会问题。因此,建议对于全国各地的重点工程,都应该结合当地的实际情况进行必要的耐久性影响因素的调查。

[参考文献]

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[2]周百兴,徐渝.重庆的酸雨问题及其对策[J].重庆环境科

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[6]世界资源研究所(美),王之佳,等.世界资源报告(1988~

1989)[R].北京:中国科学出版社,1990.

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分在重庆地区的分布规律[J].重庆环境科学,1993,15(5):

25-29.

[8]周燕,邸小坛,等.CEB混凝土结构耐久性设计指南[M].第

二版,1989.63-64.[9]蔡永泰.酸雨对建筑砂浆耐久性的影响[D].重庆建筑大学

硕士研究生毕业论文,1988,6:29-35.

[作者简介] 陈剑雄(1963-),从事混凝土耐久性方面的研究。[单位地址] 重庆大学B区材料科学与工程系(400045)[联系电话] 023-68707274;E-Mail:Jacob.wu@263.net

Surveyofthedurabilityofbuildinginsevereacidraincircumstance

CHENJian xiong, WUJian cheng, CHENHan Bin

(MaterialScienceandTechnologyDepartmentofChongQingUniversity,Chongqing400045,China) Abstract: Forthesevereacidrainpollutioninthesouthwestarea,takeChongQingforexample,thesurveyreportpresentssomedataandresultsthatassociatedwiththebuildingdurabilityfactorinchongqingarea.Theresultsshowthatmanybuildingsinchongqingareahavedeterioratedinsomedegreebecauseoftheacidrain.Theconclusionisprovedbythesurveyinsiteofbuildingsbuiltinvaryperiods. Keywords: durability; acidrain; erosion

我国水泥企业今年10月产、销、存、价情况

本月汇总水泥企业106家(比去年同期增加16家),生产水泥1046 58万吨,比去年同月增长13 10%,累计生产水泥9321 91万吨,比去年同期增长12 2%。本月销售水泥1054 54万吨,比去年同月

下降3 2%,累计销售水泥9399 18万吨,比去年同期增长15 9%。本月水泥销售率为100 76%,比上月下降4 16个百分点,累计销售率100 83%,比去年同期增长2 77个百分点。月末水泥库存327 14万吨。(同期比不含新增企业)

。

水泥产量比上年同月有所上升,且销大于产。销大于产的企业占上报企业的46%,其分布为华北3家、东北5家、华东16家、中南13家、西南5家、西北7家,42 5级、32 5级、道路、矿渣和低碱特种水泥是今后基础设施建设的主导产品。

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