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1、水质分析及水化验资料的整理分析水质分析及水化验资料的整理分析第一篇第一篇 水质分析水质分析开展水质分析的目的是判断环境水对大坝混凝土、基岩和灌浆帷幕及水下金属结构的侵蚀作用，为工程施工及维护中对材料和工艺的要求提供依据。一、水质分析一）水样采取水样采取以能反映环境水的变化为原则。一般地，应选择下列地点进行水样采集。1、水库水样在距坝上游面 100m 左右的水库横断面上，选择左、中、右三条垂线，每条垂线一般布置在水库表面以下 0.20.5m 处、水深中间和库底附近等三处取样点。另外，为了监视水库水质污染情况，在工矿企业废水流入水库的地方及水库出水口附近也应设有取样点。2、地下水位孔在两岸坝头绕渗
2、孔各取 23 个孔。3、坝体、坝基排水孔和测压孔除对应水库取样地点的坝段应布置取样点外，还应适当选择钙质等溶出物较多的排水孔及渗漏量较大的排水孔作为取样点。当个别监测孔的水有异常颜色或悬浮可疑物质等异常情况时，应随时取样化验。水质取样可采用取样瓶和一些特别的水样采集工具进行采取。水样采取后，在取样现场首先要做好水样编号和物理性质的描述，即试样的温度、颜色、透明度、气味、味道等，并同时记录当时的气温。2）水质分析的内容水质分析的内容包括 pH 值的测定、碱度的测量、二氧化碳（游离、化合、侵蚀性）的测定、氯离子的测定、总硬度的测定、钙离子的测定、镁离子的测定、硫酸根离子的测定、钾钠离子总量的测量、
3、含盐量的测定及水质综合评定。3）水质分析的原理方法水质分析的原理是借助于化学反应。其方法一般可利用标准试剂和标准溶液测定或借助特制的测定仪器，如 pH 值的测定可采用 pH-25 型酸度计，含盐量的测定可采用 81 型水质纯度仪等。水质分析的测定方法和计算可参阅有关规范。第二篇第二篇 水化验资料的整理分析水化验资料的整理分析混凝土坝坝体长期在库水及渗透水的作用下会因水的侵蚀作用而溶蚀削弱，混凝土坝地基岩石中的石灰岩、白云岩、方解石脉以及水泥灌浆帷幕也会因渗透水的作用发生溶蚀、化学管涌和老化。大坝观测中水化验资料整理分析的目的，就在于了解库水、地下水、渗透水中的水质的变化、分布情况，分析坝体混凝
4、土、坝基帷幕及地基岩石不被溶蚀的程度，从而为采取防蚀措施保证大坝安全耐久使用提供依据。关于水质化验分析的仪器设备、操作方法等可参考有关水化书籍和规程。1、水泥腐蚀原理坝体混凝土是由水泥、骨料（砂、石）和水组成的，坝基水泥防渗帷幕是填在岩石裂隙中的水泥结石。通常，基岩和混凝土中的骨料均不易被水所侵蚀，因此，混凝土和帷幕的受蚀可归为水泥的腐蚀。普通硅酸盐水泥主要由 4 种化合物组成：硅酸三钙（3CaOSiO2） 、硅酸二钙（2CaOSiO2） 、铝酸三钙（3CaOAl2O3） 、铝铁酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3） 。当加水和混凝土时，水泥浆内发生下列变化：1）硅酸三钙水解为水化硅酸二钙和氢
5、氧化钙3CaOSiO2+5H2O=Ca（OH）2+2CaOSiO24H2O（公式 1）2）硅酸二钙水化为水化硅酸二钙2CaOSiO2+4H2O=2CaOSiO24H2O（公式 2）3）铝酸三钙水化为水化铝酸三钙3CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O（公式 3）还有一部分铝酸三钙水化为水化铝酸四钙：3CaOAl2O3+Ca（OH）2+11H2O=4CaOAl2O312H2O（公式4）4）铝铁酸四钙水化为水化铝酸四钙和水化铁酸四钙（公式5）4CaOAl2O3Fe2O3+4Ca（OH）2+11H2O=4CaOAl2O312H2O+4CaOFe2O33H2O由上可知，水泥水硬化时，产
6、生氢氧化钙和硅酸钙等的水化物，仅硅酸三钙遭受水解，其余成分均发生水化反应，水解产生的 Ca(OH)2是溶解于水的。水泥结石中无论硅酸钙水化物或铝酸钙水化物都必须保持在一定浓度的氧化钙溶液中才能稳定存在，它们所需的氧化钙极限浓度为：硅酸三钙 3CaOSiO2饱和 Ca(OH)2溶液；水化硅酸二钙 2CaOSiO24H2O溶液中 CaO 浓度1.1g/L；水化硅酸一钙 CaOSiO22H2O溶液中 CaO 浓度0.05g/L；水化铝酸四钙 4CaOAl2O3（1213）H2O溶液中 CaO 浓度1.08g/L；水化铝酸三钙 3CaOAl2O3（618）H2O溶液中 CaO 浓度0.561.08g/
7、L；水化铝酸二钙 2CaOAl2O37H2O溶液中 CaO 浓度 0.360.56g/L；通常，不论是拌合混凝土、水泥砂浆或净水灌浆时用水量如何多，水中总可以达到足够的 CaO 浓度，使反应按（公式 1）（公式 5）进行，使最初产生的水解处于平衡状态，并阻止其进一步水解，但当作用于混凝土的水大量存在且渗过混凝土内部时，情况就不同了，首先是存在于水泥结石中的游石灰（约占水泥重量 15%）溶解和被渗水带出，此时水中 CaO 浓度降低，除公式 1的硅酸三钙继续水解外，当 CaO 浓度降低到 1.1g/L 时，硅酸二钙也要水解，产生水化硅酸一钙：2CaOSiO2+3H2O=Ca（OH）2+CaOSiO
8、22H2O（公式6）当 CaO 浓度降低到 1.08g/L 时，水化铝酸四钙开始水解；CaO 浓度降低到0.561.08g/L 时，水化铝酸三钙又水解：3CaOAl2O3+8H2O=Ca（OH）2+2CaOAl2O37H2O（公式 7）水化铝酸二钙在 CaO 浓度降到 0.360.56g/L 时遭受完全水解，并并生氢氧化铝 Al（OH）3胶冻，当 CaO 浓度降低到 0.05g/L 时，水化硅酸一钙也开始分解，产生硅酸胶冻 SiO2水，胶酸钙的分解，最后将产生 Fe（OH）3。在硬化的水泥结石中，氢氧化钙晶体是具有高强度的主要结构部分，但在渗水的水解作用下，它不断被溶出和流失，同时，水泥结石中
9、的其它化合物也被逐次分解为非结合性的产物硅酸氢氧化铝和氢氧化铁，因此就会导致水泥结石结构的逐渐破坏和强度的相应降低。2、环境水对水泥侵蚀的分类及其特征环境水对水泥的侵蚀一般分为五种类型。1、溶出型侵蚀这种侵蚀原理已如上述，其基本特征是水使水泥结石的粒子溶解、排出，除了渗透水量的大小影响侵蚀程度外，水质中重碳酸钙 Ca（HCO3）2和重碳酸镁 Mg（HCO3）2的含量也很有关系，它们可用重碳酸根 HCO3）2阴离子浓度或暂时硬度（1L 水中有毫克当量的碳酸氢钙与碳酸氢镁就等于 1 度）来表示，水的暂时硬度愈小对水泥结石的侵蚀作用就愈强，而暂时硬度高的水则可不起破坏作用而起有利作用。这是因为碳酸氢
10、钙或碳酸氢镁能与水泥结石中的石灰起作用生成不溶解的碳酸钙所致。Ca（HCO3）2+Ca（OH）2=2CaCO3+2H2O（公式 8）碳酸钙积聚在混凝土空隙内就提高了混凝土的密实度，并且可在混凝土表面生成不透水层，防止或减少水的入浸。水中存在 SO42、Cl、Na+、K+等离子时将增加水对水泥石的溶解度而加速侵蚀作用。2、碳酸型侵蚀天然水中总是存在一些游离二氧化碳 CO2的它可与水泥结石中游离石灰Ca（OH）2起作用，在表面生成碳酸钙Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O（公式 9）这种碳酸钙能与水中的碳酸继续作用，生成可溶的重碳酸钙。CaCO3+CO2+H2O Ca（HCO3）2（公式 9
11、）这个反应是可逆的，只有当 CO2和 Ca（HCO3）2之间的深度达到一定的平衡关系时，这种反应才告停止。天然水中含有的 Ca（HCO3）2必须要有一定量的碳酸才能使它保存在溶液中，这种碳酸称作平衡碳酸，对水泥结石无害，因为它不溶解 CaCO3，但是当水中含有多于平衡量的碳酸时，就会与 CaCO3作用而生成 Ca（HCO3）2，这时，水泥结石表面的保护层 CaCO3被破坏，在水的渗滤下 Ca（OH）2的浓度将降低，因此就引起水化硅酸钙及水化铝酸钙的分解和水泥结石的腐蚀，这种多于平衡量的碳酸叫侵蚀性碳酸，它的含量愈大，则溶液的酸性愈强，水泥结石的受蚀也愈严重。3、酸型侵蚀当水中含有盐酸 HCl、
12、硫酸 H2SO4、硝酸 HNO3等酸类时，它们与水泥结石组成部分反应后生成的产物能被水溶解，因而易被侵蚀溶液的不断流动所冲走，反应生成的一种不具胶结能力的无定形物质 Al（OH）3等，使水泥结石部分结构松散，例如：nCaOmSiO2+ H2 SO4+H2O=nCa SO4+mSi（OH）4+H2OnCaOmAl2O3+ H2 SO4+H2O=nCa SO4+mAl（OH）3+H2O同时，这些酸类还会起侵蚀性碳酸同样的作用，即把水泥结石表面的CaCO3薄膜溶解掉，因而促使 Ca（OH）2从水泥结石中溶出，这一作用比式的腐蚀作用更重要。水中酸的浓度愈大时水泥结石的侵蚀速度愈快。4、镁盐型侵蚀水中的
13、镁盐和水泥结石可发生下列反应Ca（OH）2+MgCl2CaCl2+Mg（OH）2Ca（OH）2+MgSO4Ca SO4+Mg（OH）2此反应使 Ca（OH）2浓度降低，就引起硅酸钙水化物和铝酸钙水化物等主要结构部分水解而破坏。海水中镁离子 Mg2含量较大，约 1.3g/L，河湖上的混凝土坝遇此类侵蚀者很少。5、硫酸型侵蚀水中有硫酸盐存在时，水与水泥结石接触后发生如下反应Ca（OH）2+NaSO4CaSO4+NaOH这种反应生成的硫酸钙 CaSO4（以及水中原有的 CaSO4）在水泥结石内部结晶成水化硫酸钙 CaSO42H2O 或者硫铝酸钙晶体时，结晶膨胀，体积增大，使已硬化的水泥结石产生过大的
14、应力致破坏。当水中有 NaCl 存在时，能对硫酸盐的侵蚀起作用，所以酸型硫酸盐侵蚀时，必须同时考虑 Cl含量的影响。3、环境水化学分析1、天然水的组成雨雪降落到地面时，可溶解大气中部分氧、氮、二氧化碳等气体，并与分散在空气中的尘埃、烟、微生物等接触，带入杂质，渗入地下的水，通过土石裂隙，沿途溶解了各种物质，因此含矿物成分多、硬度较大，但较清澈、少悬浮物。江河水是由水面所降雨雪，地表流入水，地下渗入水组成，含有较多的可溶杂质及悬浮物，有的还受工业污水及生活污水排入的影响，水库水由江河水积聚而成，其成分和水源、水库地质地理条件等有关，一般流动性较江河小，悬浮物易沉降，水质季节变化也较江河为小。通常
15、天然水中含有杂质如表 1，表中还指出了各杂质对工业及人体健康的影响。在天然水中，最主要组成的有Cl、SO42、HCO3、CO32、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、H+等离子，O2、CO2、H2S 等气体，此外还有微量的Pb2+、Zn2+、Cd2+、As3+、Br、I、F、HPO3、SO32、Fe2+、Fe3+、Mn2+、硅酸、氮、甲烷等。汇入水库作用于坝的水还有工业废水，它们往往含有一些天然水中很少而对混凝土有害的物质，主要有石膏水、铵盐、硫酸铜和硫酸锌，升汞、盐酸、硝酸和硫酸、氯、溴、氟、醋酸、酒精、各种硫酸盐和镁盐、硫化氢、二氧化硫、动物脂肪，各种由强酸和镁、锌、铜、铁、铵等构成的盐。2
16、、环境水分析项目为判定环境水对水工混凝土的侵蚀应进行下列项目分析：1）干燥残渣（食盐总量） ，供以检查按各种离子作含量分析；2）暂时硬度（HCO3离子） ；3）游离碳酸含量；4）氢离子含量（PH氢离子指数） ；5）氯离子含量；6）硫酸根离子 SO42含量；7）钙离子含量；8）镁离子含量；9）钾、钠离子含量，按测定阳离子和阴离子的差数来计算；10）硫化氢的含量；11）氧化度。表 1 溶胶如硅酸胶体等 高分子化合物如腐植质胶体等酸式碳酸盐碱度、硬度 碳酸盐碱度、硬度 硫酸盐硬度 氯化物硬度、腐蚀性味酸式碳酸盐碱度 碳酸盐碱度 硫酸盐锅炉内汽水共腾 氟化物致痛 氯化物味 铁盐及锰盐味、硬度、腐蚀金属钠钙镁盐类氧腐蚀 二氧化碳腐蚀、酸度 硫化
