鄭航桅，潘志權(quán)，楊永民，肖 云，陳小丹，趙可昕

(1.廣東省粵海供水有限公司，廣東 深圳 518021；2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，廣東 廣州 510225；3.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635；4. 華南理工大學(xué)，廣東 廣州 510640)

1 概述

生物侵蝕是導(dǎo)致混凝土面的是致其性能劣化的一個重要因素，生物侵蝕是指由污損生物(包括動物、植物和微生物)生命活動引起或促進的材料性能的劣化和破壞[1-3]。目前，全球已知的污損生物達4 000余種，我國已記錄的附著型污損生物約600種[4-6]，主要包括：水虱、水螅、外肛動物、苔蟲、龍介蟲、海鞘、藤壺、淡水殼菜以及藻類等。據(jù)統(tǒng)計[7-9]，20世紀(jì)70年代德國建筑材料的破壞10%～20%來源于生物侵蝕；美國約80萬km的排污管道遭受不同程度的微生物侵蝕需修復(fù)或更換，我國近5 a每年由生物侵蝕導(dǎo)致的經(jīng)濟損失至少在8 000億元。鑒于其危害嚴(yán)重性，國外早在20世紀(jì)40年代就展開了微生物侵蝕機理的研究，而國內(nèi)對于這一問題的認(rèn)識較晚，目前還處于研究初期，該方面的文獻報道較少。

淡水殼菜大量生長并附著于輸水建筑物混凝土過水面，對輸水工程過水混凝土面的生物侵蝕作用是淡水殼菜、泥沙、藻類、細(xì)菌真菌等構(gòu)成的微生態(tài)體系的復(fù)合作用所致[10-11]。淡水殼菜的蛋白足絲通過氫鍵或配位鍵與底材連接，從而形成4～8 N的抗拔力，足絲侵入混凝土表層內(nèi)部，其分泌物代謝有機酸腐蝕水泥砂漿，加速混凝土內(nèi)壁碳化和粉化[10-12]，使碎石粗骨料露出、脫落，讓鋼筋保護層厚度逐漸變小，從而降低水工建筑物的使用年限，危害性極大。此外，淡水殼菜通常在管壁、縫隙等處多個體稠密群聚簇生，使得有效管徑縮減，糙率增大，輸水能力大大降低，進而增大輸水建筑物的輸水能耗，增大工程運行成本，同時嚴(yán)重影響供水調(diào)度，限制優(yōu)化調(diào)度空間，是輸水工程的重大難題。

淡水殼菜防治有物理防治法、化學(xué)防治法、生物防治法等，根據(jù)某大流量輸水工程所受污損淡水殼菜侵蝕的實際情況，選擇了工程應(yīng)用性強的物理防治法中的高性能涂料防護進行重點深化研究，分別對4種防護涂料進行了現(xiàn)場試驗，選取防護效果最好的涂料開展中試，為該工程淡水殼菜侵蝕的大規(guī)模防治提供依據(jù)，也為其他工程的正確防護提供參考。

2 工程概況

某供水工程自建成以來，一直受淡水殼菜滋生問題的困擾，尤其是在取水口近的配套輸水建筑內(nèi)壁淡水殼菜等污損生物附著最為嚴(yán)重，附著厚度達3～5 cm左右，盡管每年運行管理單位對管涵內(nèi)壁的淡水殼菜進行人工清除(個別涵管每年清理2次)，但通水后淡水殼菜仍周期性地繼續(xù)生長。

本項目以該工程取水口的泵站反虹涵為中試段，反虹涵長為217.993 m(水平為217.402 m)，結(jié)構(gòu)形式為雙孔，涵管單孔斷面為4.0 m×4.2 m(b×h)，進出口設(shè)檢修閘，兩閘室均長為11 m，進口底高程為 0.70 m，出口底高程為0.00 m，穿越河床的水平段長為87.052 m，底部高程為-5.50 m，進口閘斜段坡度為1:8.15 m，長度為47.770 m(水平為47.410 m)；出口閘斜段坡度為1:11.43，長度為61.171 m(水平為60.940 m)，項目區(qū)位示意見圖1。

圖1 項目區(qū)位示意

該泵站反虹涵在伴有淤泥沉積的附著區(qū)，淡水殼菜較易鏟除，附著強度較差；而在泥沙沉積少的區(qū)域，淡水殼菜成團直接嵌入式附著于混凝土表面時，附著強度顯著增大，難以鏟除。經(jīng)高壓水槍清洗后，混凝土基面露出，可明顯觀察到表面呈現(xiàn)凹凸不平、骨料外露的現(xiàn)狀(見圖2a和b)。

a

b

3 防護現(xiàn)場試驗及結(jié)果分析

雖然針對生物腐蝕，國內(nèi)外的防治技術(shù)主要有物理方法、化學(xué)方法、生物方法。然而從輸水建筑的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、功能角度出發(fā)，物理法中防護涂料保護法應(yīng)用最為廣泛。本項目主要使用了SBS、ZH2000B、GX-BIOX和G-II的4種防護涂料。

防護現(xiàn)場試驗通過定性統(tǒng)計分析涂覆有不同涂料的樣板表面附著的淡水殼菜的面積比例，現(xiàn)場試驗照片如圖3所示，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計結(jié)果分析可知，GX-BIOX涂料表面淡水殼菜完全沒有附著，ZH2000B、G-II和SBX涂料表面淡水殼菜的附著量多，附著面積比例均超過30%，空白板表面淡水殼菜的附著量超多，附著面積比例均超過40%。GX-BIOX涂料的防生物附著腐蝕效果明顯優(yōu)于其他3種涂料，防生物附著效果分別為：GX-BIOX最佳，其次為ZH2000B，G-II和SBX涂料防護性較差。

a 原砼內(nèi)壁

d G-II

表1不同涂層表面淡水殼菜附著量定性分析統(tǒng)計

4 防治措施中試設(shè)計

基于前期研究成果，選擇試驗塊防護效果優(yōu)越的GX-BIOX 涂料進行中試研究。

反虹涵斷面周長為15.463 m，斷面需涂覆的長度為12.063 m，涵洞過水面面積為16.48 m2，根據(jù)設(shè)計內(nèi)容，工程量統(tǒng)計如下：

① 排空反虹涵積水：217.993×16.48×2=7 185 m3；

② 人工清除干凈混凝土面的淡水殼菜(單涵)：217.993×15.463=3 371m2；

③ 清淤量(單涵)：3371×0.04=135 m3；

④ 涂料涂覆面積：217.993×12.063=2 630m2；

⑤ 布置22組1.1 kW鼓風(fēng)機(每組3臺，一共66臺)，1臺30 kW抽風(fēng)機。

泵站反虹涵外表面防護涂層工程設(shè)計典型斷面如圖3所示，采用GX-BIOX 涂料，涂層的組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 右涵涂覆斷面示意(單位：mm)

圖5 防護涂層大樣示意

涂覆工序設(shè)計如下：① 排空反虹涵積水，人工清除干凈混凝土面的淡水殼菜。② 修復(fù)反虹涵的缺陷，對反虹涵混凝土面做基面處理。檢查混凝土表面有無病害或缺陷，有無有機物、污垢、粉化物等其他粘結(jié)物等，對存在的部位進行認(rèn)真清理，用鋼絲刷、鑿子或高壓水槍打毛混凝土基面。涂裝前的基面應(yīng)達到的基本要求為：基面堅實牢固、平整、干燥、潔凈、無污染物。涂裝工程的基底不應(yīng)有裂縫、起殼、空鼓等缺陷；沒有明顯的突起。③ 檢測基面：噴涂施工前必須嚴(yán)格檢測基面的濕度與PH值，基面含水率不得超過10%，pH值不能超過10；④底漆涂刷遍數(shù)1次，膩子涂刷遍數(shù)1次，中漆刷遍數(shù)1次(標(biāo)準(zhǔn)膜厚50 μm)，面漆涂刷遍數(shù)1次(標(biāo)準(zhǔn)膜厚150 μm)。涂料須輥涂均勻，不得有漏涂現(xiàn)象。

需要指出，進行防護涂料施工前，原則上先基面砼缺陷修復(fù)，其中裂縫和結(jié)構(gòu)縫滲水必須全部徹底處理完成，否則將影響涂料的施工質(zhì)量和耐久性。

受限空間作業(yè)是中試施工的重難點：涵管施工空間有限，大部分施工期間兩端閘門處于關(guān)閉狀態(tài)，涵管內(nèi)通風(fēng)、采光條件差，照明系統(tǒng)需24 h工作。因此，針對受限空間作業(yè)主要危險源，設(shè)計安全措施見表2。

表2 工程中試時受限空間作業(yè)主要危險源及安全措施

5 中試效果分析

泵站反虹涵工程于2020年12月進行中試，施工周期歷時7 d，施工前淡水殼菜清理見圖6，施工過程和施工后的效果見圖7，施工后的效果見圖8，通水運行1 a后的防護效果見圖9。

如圖6～9所見，施工后的反虹涵內(nèi)壁光滑，表面反光。通水運行1 a后，沒有淡水殼菜附著，局部有淤泥污染，防護效果非常好。

6 結(jié)語

1)根據(jù)輸水工程所受污損淡水殼菜侵蝕的實際情況，選擇了4種防護涂料進行了現(xiàn)場試驗，GX-BIOX涂料的防生物附著腐蝕效果顯著，持續(xù)防護時間長，明顯優(yōu)于其他3種涂料，其次為ZH2000B，G-II和SBX涂料防護性較差。

2)選擇了工程的某段泵站出水池反虹涵進行了中試設(shè)計，提出了涂層的組成結(jié)構(gòu)、涂覆工序以及混凝土面的不同的缺陷的修補方法。

3)施工后的反虹涵內(nèi)壁光滑，表面反光。通水運行1 a后，沒有明顯的淡水殼菜附著，局部有淤泥污染，防護效果好。