酸雨对建筑物的影响

《酸雨对建筑物的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《酸雨对建筑物的影响（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、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

2、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,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。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

3、 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。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 (0 260 4 9 )mg/m3 ,超过国家二级标准 (0 06mg/m)37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。二332 大气污染2 1 主要空气污染物浓度及变化趋势据 19851988 年统计 , 重庆地区工业分行业耗

4、煤量占全市煤炭消 耗的 65%以上。重庆市年耗煤5000t*t 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 浓度的比较可以看出, 无论在国内还是国外重庆的 SO2

5、 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,从 1

6、981 年到 1994 年,庆降水(含雨、雪)的 pH 年度雨量加权平均值范围为4 094 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 3 647 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。2021 年第一季度的降水 pH 值范围在 3 757 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

7、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*km2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 55 5的为弱侵蚀;pH值在5 54 5的为中等侵蚀;pH值在4 54 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

8、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,其反应式如下:Ca(OH)2+H2SO4V CaSO4 2H2OmCaOnSiO2 aq + mH2SO4+H2OH 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H变黄H变白的梯度变化。腐蚀产物发生层状的脱落。随着

9、酸 雨酸度的加大,混凝土和砂浆的中性化深度也不断增加。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

10、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

11、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。