El impacto de la lluvia ácida en los edificios [Investigación sobre la durabilidad de los edificios bajo un ambiente severo de lluvia ácida]

2001 Número 11 (Total No. 145) Número 11 en 2001 (TotalNo.145)

Concreto

Suelo

Construcción Nacional ChinaBuildingScienceCorePeriodical

Investigación sobre la durabilidad de los edificios en entornos de lluvia ácida severa

Chen Jianxiong1, Wu Jiancheng1, Chen Hanbin2

(1 Área B del Departamento de Ciencia de Materiales y Tecnología de la Universidad de Chongqing Ingeniería, Chongqing 400045; 2 Escuela de Ingeniería Logística del Ejército Popular de Liberación, Chongqing 400041)

[Resumen] En vista de la grave contaminación por lluvia ácida en el suroeste de China, Chongqing fue tomado como objeto de investigación para determinar el impacto. sobre la durabilidad de los edificios en Chongqing. Realizó una gran cantidad de recopilación de datos e investigaciones de campo sobre factores sexuales. Se descubrió que la lluvia ácida ha tenido diversos grados de impacto en la durabilidad de los edificios en Chongqing. Esta conclusión se ve confirmada aún más por los resultados de los estudios de campo de edificios construidos en diferentes épocas.

[Palabras clave] durabilidad; lluvia ácida; corrosión

[Número de clasificación de la biblioteca china] TU528 33 [Código de identificación del documento] A [Número de artículo] 1002-3550(2001)11- 0044 -04

1 Introducción

La lluvia ácida ha sido ampliamente reconocida en el país y en el extranjero como uno de los factores que tiene un grave impacto en el medio ambiente ecológico. Debido a las limitaciones de las condiciones ambientales geográficas, la estructura industrial y la estructura del consumo de energía, la región suroeste de mi país se ha convertido en el área con la lluvia ácida más severa. Entre ellos, Chongqing en el suroeste de la cuenca de Sichuan y Guiyang en el centro de Guizhou son ejemplos típicos. Como municipio emergente, Chongqing es la ciudad industrial más grande del suroeste de China. Desde la reforma y apertura, la economía se ha desarrollado rápidamente, incluido un rápido crecimiento industrial. Sin embargo, con el desarrollo de la economía, los problemas de contaminación ambiental se han vuelto cada vez más prominentes. En particular, la estructura energética dominada por la quema de carbón crudo con alto contenido de azufre y las condiciones ambientales naturales específicas han causado una grave contaminación del aire, lo que ha provocado una alta acidez de las precipitaciones. Chongqing, la frecuencia de la lluvia ácida es alta y la calidad de las precipitaciones es mala. Este se ha convertido en uno de los factores que no se pueden ignorar y que afectan la durabilidad de los edificios en Chongqing.

Incremento de grados. En 1988 aumentó 15 veces en comparación con 1981. En consecuencia, también aumentan el consumo de combustible y las emisiones contaminantes. Este número ha seguido aumentando desde que Chongqing quedó bajo control directo. El contenido de azufre del carbón en Chongqing es de entre el 3% y el 5%, el contenido de cenizas es de aproximadamente el 25% y el contenido de combustibles volátiles llega al 30%. Con un consumo anual de carbón de más de 15 millones de toneladas, se vierten a la atmósfera más de 800.000 toneladas de dióxido de azufre y más de 200.000 toneladas de hollín [2], algo único entre las ciudades del país. Calculado en base a la conversión del 60% del dióxido de azufre en ácido sulfúrico [3]. El peso molecular del ácido sulfúrico (H2SO4) es 98. Por lo tanto, en la década de 1980, 736.000 toneladas de ácido sulfúrico cayeron en Chongqing y sus alrededores en diversas formas cada año. Un análisis meteorológico relevante [4] señaló que la frecuencia de vientos y brisas tranquilas en Chongqing es superior al 50% durante todo el año y que la estructura atmosférica es muy estable. Por lo tanto, el transporte atmosférico sólo saca 1/3 del SO2 emitido por Chongqing fuera de la ciudad, mientras que 2/3 se deposita en forma seca (gaseosa, particulada) y húmeda (lluvia, niebla, nieve, rocío) en el suelo urbano. 5].

La contaminación del aire en Chongqing se caracteriza principalmente por altas concentraciones de dióxido de azufre en el aire. Los datos de seguimiento de la Oficina Municipal de Protección Ambiental de Chongqing [2] muestran que de 1981 a 1994, el rango promedio anual de dióxido de azufre en el aire urbano osciló entre (0,26 y 0,49) mg/m3, superando el estándar secundario nacional (0,06 mg/m3). )3~7 veces. Entre ellos, el valor promedio anual es 0,30 mg/m, y hay 12 años en los que el valor promedio anual excede el estándar en más de 4 veces. Consulte la Figura 1 para obtener más detalles. No hay muchas ciudades en el país ni en el mundo con concentraciones tan altas de dióxido de azufre. 2

3

3

2 Contaminación del aire

2 1 Concentraciones y tendencias cambiantes de los principales contaminantes del aire

Según las estadísticas de 1985 a 1988 [1], el consumo de carbón en los subsectores industriales de Chongqing representó más del 65% del consumo de carbón de la ciudad. Hay 61 grandes empresas fuente de contaminación en Chongqing con un consumo anual de carbón de 5.000 a 10.000 toneladas, con un consumo total de carbón de 42,61 millones de toneladas.

El número de vehículos de motor en las zonas urbanas de Chongqing también está aumentando a un ritmo del 14%

Figura 1 Cambios en la calidad del aire ambiente en Chongqing

[Fecha de recepción] 2001-09- 17

La concentración de óxido de azufre cambia estacionalmente a lo largo del año con un patrón determinado, que suele ser alto en la estación fría (otoño e invierno) y bajo en la estación cálida (verano y primavera). Las características de distribución geográfica son que las áreas urbanas son más altas que las áreas suburbanas, y los condados y pueblos son más altos que las áreas rurales, lo que refleja las características de las emisiones de fuentes de contaminación de dióxido de azufre centradas en las ciudades. 2 2 Comparación de la calidad del aire entre Chongqing y algunas ciudades nacionales y extranjeras

Según las estadísticas de concentración de SO2 de 23 ciudades nacionales publicadas por la Administración Estatal de Protección Ambiental en 1988 y la concentración de SO2 entre Chongqing y algunas ciudades En todo el mundo Se puede ver en la comparación de [6] que el nivel de SO2 en Chongqing es relativamente alto tanto en el país como en el extranjero, como se muestra en la Figura 2. Según las normas de la Organización Mundial de la Salud (OMC) (SO2 es 0,06 mg/m3). Chongqing se ha convertido en una de las zonas representativas de la contaminación por lluvia ácida en China e incluso en el mundo.

Figura 2 Concentración de dióxido de azufre en el aire ambiente en 23 ciudades nacionales en 1988

3 Deposición ácida

La lluvia ácida en Chongqing está relacionada principalmente con la contaminación atmosférica de SO2 mencionada relación directa anterior. Los cambios y la distribución regional de la acidez de las precipitaciones y las concentraciones de iones contaminantes importantes también están relacionados con la distribución y contaminación del SO2 en la atmósfera. Chongqing es una de las primeras ciudades de mi país en llevar a cabo un seguimiento de la lluvia ácida. En el aire puro, el CO2 de la atmósfera se disuelve en el agua de lluvia, lo que hace que el valor del pH de la lluvia sea de entre 5 y 65. Cuando la atmósfera contiene óxidos ácidos como dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, etc., el valor del pH de la lluvia será inferior a 5,6. Según datos de seguimiento de la Oficina de Protección Ambiental de Chongqing [7], de 1981 a 1994, el rango de pH promedio ponderado por lluvia anual de la precipitación (incluidas la lluvia y la nieve) en Chongqing fue de 4 09 ~ 4 70 . La frecuencia de la lluvia ácida supera el 70%. En 1999, el valor del pH de la precipitación en la principal zona urbana de Chongqing osciló entre 3,64 y 7,84, con un promedio anual de 4,88, un promedio anual de lluvia ácida de 4,55 y una frecuencia de lluvia ácida de 38,1. %. Ver Figura 3 para más detalles. En el primer trimestre de 2000, el valor del pH de la precipitación varía de 3,75 a 7,60, con un promedio estacional de 4,46, un promedio de lluvia ácida de 4,17 y una frecuencia de lluvia ácida de 34. 7%. Los aniones que componen la contaminación en la precipitación de Chongqing son principalmente sulfato, y su concentración representa más del 75% de los aniones medidos. Por lo tanto, forma las características de la erosión por lluvia ácida dominada por el ácido sulfúrico. Esto es diferente de la situación en el extranjero. comparación de las Figuras 4 y 5.

Durante los últimos diez años, la tendencia de cambio anual de la lluvia ácida en Chongqing no ha sido obvia, pero los cambios espaciales son preocupantes. Según las encuestas, durante el período del Sexto Plan Quinquenal, el área de cobertura de la lluvia ácida con un valor de pH inferior a 4 5 fue de aproximadamente 1.000 km2. En el Séptimo Plan Quinquenal y posteriormente, el área de cobertura de la lluvia ácida. Las lluvias con un valor de pH inferior a 4,5 se habían extendido a unos 20.000 km2 en la ciudad. La velocidad a la que se propaga la lluvia ácida es alarmante.

4 Corrosión del mortero de hormigón por lluvia ácida

Según las recomendaciones de Cembureau (Asociación Europea de Estadísticas y Tecnología del Cemento), el grado de corrosión química del hormigón por el agua y el suelo que contiene se determinan sustancias corrosivas en la evaluación, el valor de pH entre 6 5 y 5 5 es corrosión débil; el valor de pH entre 5 5 y 4 5 es erosión moderada; el valor de pH entre 4 5 y 4 0 es corrosión fuerte;

Dado que los productos de hidratación del cemento son principalmente silicatos alcalinos, aluminatos y una cantidad considerable de CaO libre, el medio ácido neutraliza primero la cal, reduciendo drásticamente la alcalinidad del medio del hormigón. Parte del producto de erosión de la piedra de cemento se disuelve y la otra parte permanece en el sitio de reacción original.

Su fórmula de reacción

[8]

es la siguiente siguiente:

Ca(OH)2+H2SO4?CaSO4·2H2O

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

A la vista del impacto de la precipitación ácida sobre los no metales en los últimos años Debido a la influencia obvia de los materiales de construcción y las reliquias culturales, Cai Yongtai, ex miembro de la Universidad Jianzhu de Chongqing, realizó una prueba comparativa en diferentes proporciones de morteros en el laboratorio en 1988 utilizando simulaciones Pruebas de corrosión acelerada cercanas a la acidez de la lluvia natural. Se estudió el efecto de la lluvia ácida simulada sobre los cambios de apariencia, calidad y volumen del mortero tras la corrosión.

Los resultados de las pruebas muestran que la apariencia del mortero se ve obviamente afectada por la lluvia ácida. Generalmente, a medida que aumenta el tiempo de corrosión, su apariencia cambia gradualmente de gris a oscuro, amarillo y blanco. Los productos de corrosión caen en capas. A medida que aumenta la acidez de la lluvia ácida, también aumenta la profundidad de neutralización del hormigón y el mortero.

[9]

Foto 1 Corrosión de los postes eléctricos en la calle principal de Yangjiaping

Foto 2 Corrosión de los cimientos de hormigón del antiguo teleférico en el muelle de Chaotianmen

Este resultado es consistente con la apariencia de edificios corroídos por la lluvia ácida observada durante los estudios de campo en Chongqing. El alcance de la encuesta se concentró principalmente en la principal zona urbana de Chongqing, y se realizaron una gran cantidad de encuestas y estadísticas sobre edificios construidos en diferentes períodos. Se descubrió que en las superficies de los edificios construidos anteriormente se pueden observar signos de corrosión por lluvia ácida en diversos grados. En particular, un lote de postes fabricados en la década de 1950 resultó gravemente corroído. Las estadísticas del estudio de los postes eléctricos construidos alrededor de 1956 a ambos lados de la autopista de la calle principal de Yangjiaping se muestran en la Tabla 2. Se puede ver en la foto 1 de la calle principal de Yangjiaping que la superficie del hormigón se ha aflojado debido a la erosión y la erosión a largo plazo. Al mismo tiempo, la superficie del hormigón se ha despegado bajo la acción de la carga, dejando las barras de acero expuestas. en la superficie. La erosión de la lluvia ácida acelera la corrosión de las barras de acero. La foto 2 muestra la corrosión superficial de los cimientos de hormigón del antiguo teleférico del muelle de Chaotianmen construido en la década de 1950 debido a la lluvia ácida. Debido a diversos factores, el teleférico ha sido descatalogado. Los resultados de la investigación muestran que los daños a la estructura principal del teleférico se deben obviamente a factores ambientales. La superficie de los raíles del teleférico se ha desprendido en capas debido a la corrosión, también se ha desprendido una gran cantidad de hormigón en la parte inferior de las vigas y las barras de acero están muy corroídas. Se puede ver claramente en la Foto 2 que con la reacción continua del H+ y los materiales cementosos en el concreto y la erosión del agua de lluvia, parte del material cementoso en la superficie del concreto ha sido arrastrado y el agregado grueso queda completamente expuesto. La superficie del hormigón, similar al agua. Estructura de piedra cepillada. Después de una cuidadosa observación, no solo la lechada de cemento del hormigón que utiliza piedra caliza como agregado grueso es corroída por la lluvia ácida, sino que también parte de la piedra caliza también se ha visto afectada por la lluvia ácida. Debido a que los antiguos teleféricos en Chaotianmen Wharf se construyeron relativamente temprano, el contenido de cemento en el concreto en ese momento era relativamente grande, así como la calidad de la construcción, todos factores que causaron que la lluvia ácida corroyera el concreto y causara daños estructurales.

Tabla 1 Tabla estadística de condiciones de erosión de los polos

Grado de erosión

Número de erosión menor 24

Porcentaje/%

20

Erosión moderada número 60

Porcentaje/%

50

Erosión severa número 36

Porcentaje/%

30

Nota: Ligera erosión ### el color de la superficie se vuelve amarillo, el agregado grueso está expuesto; erosión moderada ### el agregado grueso está expuesto y una pequeña cantidad; área de barras de acero está expuesta; corrosión severa### Grandes áreas de barras de acero están expuestas y severamente corroídas

5 Conclusión

Una gran cantidad de estudios de campo muestran que la lluvia ácida ha tenido un grave impacto en la durabilidad de los edificios en Chongqing. La lluvia ácida se ha convertido en uno de los factores que no se pueden ignorar en el diseño de durabilidad de proyectos clave en Chongqing. Durante mucho tiempo, nuestro país no ha prestado suficiente atención en el diseño a la durabilidad y vida útil de diversos edificios y proyectos de infraestructura. Esto ha provocado una gran cantidad de pérdidas económicas, desperdicio de recursos y diversos problemas sociales causados ​​por una durabilidad insuficiente. Por lo tanto, se recomienda que para proyectos clave en todo el país, se investiguen los factores necesarios que influyen en la durabilidad en función de las condiciones locales reales.

[Referencias]

[1] Chen Guiyuan. Fuentes de contaminación en Chongqing y su impacto en la lluvia ácida [J Chongqing Environmental Science, 1991, 13(5):2-. 5.

[2] Zhou Baixing, Xu Yu. El problema de la lluvia ácida en Chongqing y sus contramedidas [J]. Chongqing Environmental Science

Science, 1996, 18(2): 1. -4.

[3] Kasai Yoshio. ! Lime? Medio ambiente #Purificación y Preservación [J]. 4] Dai Guoan, et al. Causas meteorológicas y contramedidas de prevención de la contaminación por dióxido de azufre en Chongqing, China y Japón.

Actas del Seminario sobre contramedidas para la prevención y el control de la contaminación del aire [J]. Oficina. Grupo de Investigación Internacional del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón, 1992.137-143.

[5] Xu Yu, et al. Análisis de tendencias de la deposición de azufre atmosférico y ácido del agua de lluvia en Chongqing. Formación e impacto de la lluvia ácida

[R]. Beijing: Red de Información sobre Ciencias Ambientales de la Academia China de Ciencias, 1987.257-267.

[6] Instituto de Recursos Mundiales (EE.UU.) , Wang Zhijia, et al. Informe sobre recursos mundiales (1988~

1989) [R]. Beijing: Science China Publishing House, 1990.

[7] Chen Guiyuan, Xu Fang. , Meng Mei Patrones de distribución de sedimentos ácidos #lluvia, niebla, acidificación del rocío y grupos de contaminación

en el área de Chongqing [J]. Chongqing Environmental Science, 1993, 15(5):