探析沿海地區(qū)地鐵工程的混凝土耐久性設(shè)計

王環(huán)宇

摘 要：沿海地區(qū)地鐵工程的特點與施工難點是，地下水中的硫酸根離子和氯離子，對工程混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕影響，導致地鐵工程混凝土耐久性的降低。下文中，筆者將結(jié)合個人參與工程實踐的經(jīng)驗，分析沿海地區(qū)地鐵工建設(shè)工程中，影響混凝土耐久性、產(chǎn)生腐蝕影響的因素，總結(jié)提升混凝土耐久性的要點與策略，以供同行業(yè)者借鑒參考。

關(guān)鍵詞：耐久性；腐蝕性；混凝土結(jié)構(gòu)；地鐵建設(shè)工程；沿海地區(qū)

1 前言

沿海城市地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展速度快，對交通運輸?shù)男枨蟾撸涞罔F工程的施工復雜、投資數(shù)額高，地鐵項目需要穿過城市中心，為了確保地鐵工程的施工安全與穩(wěn)定，避免產(chǎn)生工程病害危及市民人身與財產(chǎn)安全，需要加強地鐵工程的混凝土耐久性設(shè)計。由于近年中，地鐵項目建成使用后的質(zhì)量問題頻發(fā)，引起了有關(guān)單位及設(shè)計人員的重視，下文中，筆者將具體分析影響混凝土耐久性的因素，提出增強地鐵混凝土耐久性的設(shè)計策略。

2 影響混凝土耐久性的因素

2.1 環(huán)境因素

沿海地區(qū)地下環(huán)境復雜，地下水中含有大量的氯離子、硫酸根離子等，這些離子嚴重影響混凝土的耐久性，同時由于地下水的滲漏和有害氣體的侵蝕，混凝土本身裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，造成隧道襯砌混凝土和結(jié)構(gòu)混凝土腐蝕、開裂等多種病害，致使地鐵隧道的使用功能衰退，嚴重的甚至會影響安全運營。環(huán)境因素引起混凝土的劣化機理在很多文獻和教科書中都有詳盡的論述，所以本文僅作簡單總結(jié)，不再贅述。

一是，氯離子侵蝕。沿海地區(qū)地下水中氯離子含量普遍較高，氯離子會使混凝土中的鋼筋失去鈍化膜，而使鋼筋產(chǎn)生腐蝕，其銹蝕產(chǎn)物的體積將比原來的體積大2.5倍以上，會使混凝土開裂、剝落，最終將導致建筑結(jié)構(gòu)破壞、失效。氯離子引起鋼筋的腐蝕屬于電化學反應(yīng)，氯離子在反應(yīng)過程中起化學催化劑的作用，促使鋼筋銹蝕的發(fā)生，但氯離子本身并不消耗，這也是氯離子腐蝕的特點。

二是，硫酸鹽侵蝕。硫酸鹽侵蝕分為物理侵蝕和化學侵蝕。物理侵蝕主要是結(jié)晶腐蝕，化學腐蝕主要是硫酸根離子參與化學反應(yīng)?；炷潦芰蛩猁}腐蝕的特征是表面發(fā)白，棱角處出現(xiàn)裂紋甚至有剝落現(xiàn)象，最終，混凝土呈現(xiàn)出一種易碎、松散的結(jié)構(gòu)。

三是，雜散電流。雜散電流對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞是地鐵工程所特有的一種形式。雜散電流主要對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋產(chǎn)生電化學腐蝕。特別是當這些構(gòu)件已經(jīng)發(fā)生腐蝕的情況下，那么雜散電流會加速腐蝕進行，嚴重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

2.2 設(shè)計缺陷

目前，地鐵設(shè)計中沒有專門的關(guān)于混凝土材料耐久性方面的規(guī)范，耐久性設(shè)計的主要依據(jù)是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50010-2010）（2015年版）、《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》（GB/T 50476-2008）、《地鐵設(shè)計規(guī)范》（GB 50157-2013）等，這些規(guī)范中對影響混凝土的主要因素都做了相應(yīng)的規(guī)定。不過，由于國家標準規(guī)范的規(guī)定要保證能夠滿足大部分地區(qū)或工程的需要，所以規(guī)范規(guī)定的范圍都比較寬泛，針對某一具體地區(qū)或工程而言，具體參數(shù)的科學選取要結(jié)合當?shù)睾凸こ瘫旧淼膶嶋H情況具體分析。設(shè)計人員在進行相關(guān)工作時，往往受到專業(yè)技能或經(jīng)驗的限制，難以保證準確的選取。另外，如果某一具體地區(qū)或工程存在特殊性，個別重要參數(shù)可能不包含在標準規(guī)范之中，需要結(jié)合勘察單位提供的數(shù)據(jù)來進行設(shè)計。

2.3 原材料因素

混凝土的原材料主要包括水泥、水、砂、石、外加劑等，為了提高其耐久性，往往還要添加粉煤灰和礦渣粉等礦物摻合料。而對混凝土的耐久性產(chǎn)生較大波動的原材料主要有河砂和粉煤灰等。因為環(huán)保等客觀條件的影響，很多河道都限制甚至禁止采砂，這就造成河砂的來源很不穩(wěn)定，并且每批河砂的性能指標波動也較大。粉煤灰是熱電廠燃煤燃燒的副產(chǎn)品，其品質(zhì)受燃煤的質(zhì)量影響明顯。隨著近些年來基建行業(yè)的飛速發(fā)展，粉煤灰的需求量也是迅速增加，一些不良商家經(jīng)常以次充好，更有甚者用石粉冒充粉煤灰，給工程質(zhì)量帶來隱患。

2.4 配合比不當

常規(guī)的混凝土設(shè)計以強度為配合比設(shè)計目標，不考慮混凝土耐久性問題。而高性能混凝土以耐久性為設(shè)計目標，一般的施工單位和混凝土拌合站如果不具備相應(yīng)的人員和專業(yè)的設(shè)備，只能套用常規(guī)的配合比，這樣設(shè)計出的混凝土很難滿足耐久性要求。

2.5 現(xiàn)場施工因素

混凝土的現(xiàn)場施工工藝主要涉及模板處理、澆筑、振搗、養(yǎng)護等，各個工藝應(yīng)根據(jù)新拌混凝土不同的工作性能進行調(diào)整。但是，現(xiàn)場的混凝土工人多是勞務(wù)分包隊伍，未必接受過專業(yè)訓練，且人員流動性較大，操作人員很難對混凝土的質(zhì)量負責。

3 提高地鐵工程混凝土耐久性的設(shè)計策略

3.1 優(yōu)化混凝土耐久性設(shè)計

如前所述，沿海地區(qū)地下環(huán)境造成鋼筋腐蝕的因素較多，設(shè)計單位應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計理念，不以混凝土強度作為唯一設(shè)計指標，應(yīng)充分考慮混凝土耐久性問題。與混凝土耐久性相關(guān)的指標，例如混凝土的氯離子滲透系數(shù)、體積穩(wěn)定性、含氣量等，在確定過程中，要結(jié)合現(xiàn)有的混凝土耐久性規(guī)范，同時還要根據(jù)當?shù)鼐唧w的環(huán)境特征。另外，在確定環(huán)境作用等級時，還應(yīng)考慮不同的施工工藝對混凝土工作性能的要求也不相同。目前很多科研院校做了大量關(guān)于混凝土耐久性方面的科研工作。因此在沿海地區(qū)地鐵工程設(shè)計中，建議設(shè)計單位與相關(guān)科研院校進行合作，把現(xiàn)有的科研成果運用到實際工程中。

3.2 加強混凝土原材料質(zhì)量管控

沿海地區(qū)地鐵工程中，混凝土原材料質(zhì)量是決定其性能的最主要因素。因此，作為有關(guān)單位及管理者應(yīng)當加強對混凝土原材料的質(zhì)量控制，一方面要確保原材料性能穩(wěn)定、質(zhì)量合格，避免混凝土穩(wěn)定性產(chǎn)生劇烈波動。施工管理者應(yīng)當選擇大規(guī)模、有正規(guī)經(jīng)營資質(zhì)的供貨廠商，依據(jù)混凝土配合比設(shè)計的相關(guān)要求，尋找合適的外加劑、粉煤灰、水泥和其他膠凝材料。對粉煤灰、河砂等性能容易變化的材料，需要在進場的時候進行質(zhì)量檢測——分別檢測粉煤灰的需水量比、燒失量、細度等指標，和河砂的含泥量、細度模數(shù)、顆粒級配指標。建筑單位應(yīng)當與混凝土材料供貨商簽訂正式采購合同，對地鐵工程中應(yīng)用原材料的各項指標、混凝土的強度與性能，提出明確具體的要求，同時要加強原材料質(zhì)量監(jiān)管，避免使用、濫用或者偷用海砂。

3.3 科學進行混凝土配比

沿海地區(qū)地鐵工程中的混凝土配合比設(shè)計，應(yīng)當綜合考量原材料性能與選擇、混凝土施工技術(shù)、具體施工位置、周邊環(huán)境等級等因素，并交由資質(zhì)合格的有關(guān)單位進行施工，從而確?；炷恋呐浔荣|(zhì)量。在確定混凝土配合比的時候，需要依據(jù)砂石含水率、增減砂率的數(shù)值與變化，不斷調(diào)整混凝土用水量，以保證混凝土的科學配比，提升工程質(zhì)量。

3.4 做好混凝土質(zhì)量檢測

除了要求建筑單位做好混凝土施工管理之外，還應(yīng)當聘請專業(yè)的第三方質(zhì)量檢測部門，對混凝土施工質(zhì)量進行檢測。同時注重科技創(chuàng)新，將新技術(shù)、新科研成果應(yīng)用在混凝土耐久性設(shè)計與施工過程中，提升混凝土的耐久性能。

4 結(jié)束語

綜上所述，與普通地區(qū)相比，沿海地區(qū)的地鐵工程施工對混凝土耐久性提出了更高的要求及標準，施工單位、建設(shè)單位及設(shè)計單位要相互配合，綜合考慮各項影響混凝土耐久性的因素，并制定出防范、應(yīng)對的辦法，通過優(yōu)化設(shè)計方案、加強混凝土原材料質(zhì)量管控、科學進行混凝土配比、做好混凝土質(zhì)量檢測的工作，確保混凝土的耐久性能，確保地鐵工程質(zhì)量。

參考文獻：

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