坝体析出物是坝体渗水与坝体材料之间相互作用的产物。坝体析出物对坝体结构耐久性的影响程度主要取决于混凝土介质中可溶性物质的溶出方式(宋汉周等,2001)。在RCC坝孔隙结构不同的部位,诸如Ca(OH)2 一类水化产物析出的方式是不同的。如在呈相对孤立状分布的毛细孔位及尺寸小于毛细孔的其他细小缝、隙部位,其溶出方式是以扩散渗透作用为主,此对于RCC材料的耐久性会产生“潜移默化”的影响,此仅具有微观的意义;但在具有较好连通性的毛细孔部位,施工不密实造成的不密实孔(d>10-7m)位以及其他缝、隙部位,因渗流相对通畅,水溶液碱度降低,而使上述水化产物的存在形式呈明显的非稳定性,并使其溶出方式以较快的渗漏方式进行,此会导致相应部位RCC结构趋于疏松,如在胶凝材料及其包裹的骨料之间出现离析等。显然,后一种溶出方式对于RCC材料的耐久性将具有宏观上的不利影响。
应该说,RCC坝体(主要指早期建成的)结构含有较多的细小空隙,因而其材料的密实度明显差于常态混凝土坝。曾对某RCC坝体的混凝土芯样试件作了室内条件下的含水率测试以反映上述物理指标,其p~t 过程线见图7.5.9。该图反映:在试验开始时段,试件含水率的变化比较大,如t=6h,p=1.85%,此在数值上相当于占据了试件中次生毛细孔、缝以及彼此间具有较
图7.5.9 混凝土试件的p~t过程线
好连通性的部分原生孔隙的重量含水量(以百分比表示);而在试验的中、后期(t>6h),试件含水率的变化比较小,其增量部分(0.65%)在数值上相当于占据了试件中连通性较差的毛细孔以及若干过渡孔(d=10-8~10-7m)的重量含水量。此从一个侧面反映,该RCC的密实性较差。
此外,为定量地反映该RCC 于相对干燥状态(试验之前)与饱和状态(试验结束之时)时的物理力学性质的变化,对试件分别作了抗压强度试验,其成果见表7.5.8。需要指出的是,在上述浸泡试验期间,水(取自该库水)溶液呈碱性化,即有t=t0,pH=6.36;t=168h,pH=8.20,其变化过程如图7.5.10所示。此为RCC试件中Ca(OH)2 物质的不断析出所致。由此可以得出,正是水的相对剧烈的物理化学双重作用,使RCC于不同状态时的抗压强度的折减系数值大于常态混凝土,而常态混凝土的折减系数一般在10%~15%之间。
表7.5.8 混凝土试件的抗压强度
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RCC坝体棕红色析出物的出现对于相应部位材料的耐久性也具有重要的影响。这是因为坝体材料中水合亚铁酸盐(此类析出物的主要的物质来源)只有在一定浓度的Ca(OH)2 溶液中才是稳定的,如4CaO·Fe2O3·aq 仅在CaO≥1.06g/L 的溶液中呈稳定态(B.M.莫斯克文等,1988)。换言之,当溶液中CaO<1.06g/L时,此类水合盐类物质就会产生分解而析出。这就意味着:在有棕红色析出物出现的相应部位的Ca(OH)2的浓度比较低。同时也意味着,在相应部位Ca(OH)2物质是以较快的渗漏方式而析出。
图7.5.10 混凝土试件的pH值—t过程线
RCC坝体黑色析出物的出现对于相应部位材料的耐久性的影响与上述棕红色析出物之间具有相似的示踪意义。坝体材料中水合硅酸盐(此类析出物的主要的物质来源)也只有在具一定浓度的Ca(OH)2溶液中呈稳定态,而在较低浓度的Ca(OH)2溶液中则呈非稳定态。如CaO·SiO2·aq在Ca(OH)2<0.05g/L的溶液中就会析出。
上述实例研究表明,RCC坝体析出物的性状要复杂于常态混凝土坝体析出物。后者一般仅出现“流白浆”现象,而前者还出现了棕红色以及黑色析出物。不同颜色者具有不同的化学成分,但均系坝址特定的环境下液—固相间物理化学作用的产物。RCC坝体不同颜色的析出物对于坝体材料的耐久性具有不同的影响。需要指出的是,在Ca(OH)2物质以相对集中的渗漏方式析出的部位,有可能伴随着棕红色或黑色析出物的出现,此对于坝体材料的耐久性具有更为不利的影响。
从以上对多个工程实例的分析表明,坝址地下水析出物主要是一定地质环境下液—固相间物理—化学作用的产物,其对于岩体渗透稳定性的影响在相当一段时间内限于微观的。但是,需要指出的是:①化学潜蚀作用的发生与否并不取决于渗透压力的大小,而是取决于地下水质及与之相接触的固相介质的物理—化学性状;②在化学潜蚀作用下,作为主要渗径的岩体结构面中诸如碳酸盐类等可溶性物质的溶失及游离氧化物的析出,可导致充填物颗粒间物理化学连接力的降低乃至介质的“空化扩容”,这将不利于岩体的渗透稳定;③由于这种化学潜蚀作用及其物质已经找到了“出口”,故只要地下水继续从排水孔口或直接从岩体裂隙中溢出,那么这种作用就会继续,而不会呈“自熄灭”过程。从这个意义而言,在一定条件下它可能是发生物理潜蚀的先导,并在一定阶段伴随渗透变形。
因此认为,仍有必要定期开展区内析出物的化验分析,以揭示其演变趋势,及其对于岩体渗透稳定性的影响、对于帷幕体防渗时效的影响以及对于坝体结构耐久性的影响等。
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