地鐵混凝土耐久性影響因素的研究現(xiàn)狀

趙進(jìn)

摘?要：在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展中，城市地鐵建設(shè)已經(jīng)取得了很大成就，在城市交通建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了積極作用。但在一些地鐵工程中，出現(xiàn)了滲水、漏水和坍塌等質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重影響了地鐵的運(yùn)營使用，并對(duì)人們的出行安全形成了重大威脅。這些問題的出現(xiàn)與地鐵工程施工中使用的混凝土性能有很大關(guān)系，在混凝土耐久性較差的情況下，就會(huì)引發(fā)地鐵工程的裂縫和老化等問題。本文主要分析探究地鐵混凝土耐久性影響因素，了解這些因素對(duì)混凝土耐久性的影響，對(duì)當(dāng)前研究進(jìn)展和之后的研究方向進(jìn)一步掌握。

關(guān)鍵詞：地鐵混凝土;耐久性;影響因素;研究現(xiàn)狀;研究方向

1?地鐵混凝土耐久性影響因素分析

混凝土耐久性，指的是在規(guī)定使用年限內(nèi)，在各種環(huán)境條件下不需進(jìn)行額外的加固和二級(jí)保護(hù)處理，確保其得以正常使用，并可正常承受外界壓力，具備一定的安全性。地鐵工程是國家建設(shè)項(xiàng)目，其建設(shè)規(guī)模大、投資巨大、施工周期長(zhǎng)、質(zhì)量要求高，因此地鐵混凝土需滿足其施工受力要求，且要保證耐久性，確保工程使用壽命和質(zhì)量安全。具體會(huì)對(duì)其耐久性產(chǎn)生影響的因素如下：

1.1?凍融因素

一些地區(qū)的地鐵混凝土，在水和寒冷作用下，受凍融影響其耐久性會(huì)被破壞。低溫狀態(tài)下水容易凝固，與液態(tài)狀態(tài)相比，固態(tài)體積會(huì)增大而產(chǎn)生膨脹應(yīng)力。這種應(yīng)力在超出混凝土的抗拉強(qiáng)度后，會(huì)損壞到混凝土，雖然后期可以解凍，但其殘余的膨脹也會(huì)破壞混凝土。

1.2?材料選擇

如果混凝土原材料的質(zhì)量較差，或者其配合比設(shè)計(jì)不合理，也會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)開裂、滲漏問題。具體情況有，水泥安定性不足、砂石中含泥量過大、應(yīng)用了反應(yīng)性骨料、水泥水化熱過高等?；炷磷陨聿痪鶆蛞矔?huì)引發(fā)其變形問題，其中使用了過多的砂漿，則會(huì)引發(fā)較大收縮，其水化硬化的過程中，局部部位會(huì)產(chǎn)生約束效應(yīng)，該應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度的情況下，則會(huì)引發(fā)宏觀裂縫。

1.3?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，包含了結(jié)構(gòu)選型、荷載計(jì)算以及基坑圍護(hù)、內(nèi)襯和結(jié)構(gòu)樓板等設(shè)計(jì)工作。其中結(jié)構(gòu)選型，通常會(huì)選擇淺埋式矩形箱式結(jié)構(gòu)、深埋式圓形隧道式結(jié)構(gòu)等，其它設(shè)計(jì)項(xiàng)目需要對(duì)各種荷載進(jìn)行估算，并設(shè)計(jì)好各項(xiàng)構(gòu)件的強(qiáng)度和抗裂。在選型不合理、荷載估算準(zhǔn)確性低的情況下，會(huì)出現(xiàn)混凝土等級(jí)選擇、配筋設(shè)計(jì)等錯(cuò)誤，導(dǎo)致混凝土抗裂性能達(dá)不到相關(guān)要求，最終出現(xiàn)滲漏問題。

1.4?環(huán)境因素影響

首先是碳化因素，在混凝土的長(zhǎng)期暴露中，會(huì)受到空氣中碳化因素影響，水泥石中堿性物質(zhì)與二氧化碳反應(yīng)出現(xiàn)組織和性能等變化，會(huì)將混凝土的性能破壞。在經(jīng)碳化后，混凝土的堿性降低，并會(huì)破壞鋼筋表面鈍化膜，進(jìn)而引發(fā)腐蝕損壞。并且其引發(fā)的收縮現(xiàn)象，也會(huì)破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生;其次是化學(xué)性質(zhì)侵蝕，主要有硫酸鹽和酸性物質(zhì)的破壞，前者反應(yīng)產(chǎn)生的新物質(zhì)會(huì)使混凝土膨脹，進(jìn)而出現(xiàn)脹裂問題。后者則會(huì)侵蝕水泥中化合物，氫氧化鈣與其它物質(zhì)反應(yīng)而生成可溶性鈣鹽，會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，導(dǎo)致其產(chǎn)生崩解現(xiàn)象。

2?地鐵混凝土耐久性影響因素的研究現(xiàn)狀

2.1?雜散電流影響

地鐵雜散電流指的是在地鐵列車運(yùn)行中，其采用的直流供電牽引方式，在運(yùn)行鐵軌與大地接觸絕緣不佳的情況下，正極流出電流在行走軌流經(jīng)時(shí)，沒有完全流回到負(fù)極而是一部分進(jìn)入大地，這就是雜散電流。這種現(xiàn)象會(huì)腐蝕主體結(jié)構(gòu)鋼筋，隧道水管也會(huì)受此影響而被腐蝕穿孔。

在20世紀(jì)末，有學(xué)者提出迷流腐蝕相比于土壤，其對(duì)地下結(jié)構(gòu)的腐蝕更加嚴(yán)重，并且提出應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，采用可行技術(shù)控制腐蝕。2003年的印度國家冶金實(shí)驗(yàn)室實(shí)地選取地下管道進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)雜散電流會(huì)使得腐蝕加速的現(xiàn)象。之后的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，證實(shí)了在氯環(huán)境下，雜散電流會(huì)使得腐蝕加速。2008年羅伯斯.埃爾德南等人的研究中，指出直流雜散電流相比于鹽腐蝕，會(huì)更容易縮短軌道使用壽命，因此要降低地鐵基礎(chǔ)腐蝕程度，就要做好絕緣措施，同時(shí)要控制好雜散直流電流。

2.2?氯離子影響研究

20世紀(jì)30年代，美國開始出現(xiàn)需要因?yàn)槁入x子侵蝕而必須拆除大橋的情況，印度等地也出現(xiàn)海港中混凝土被腐蝕損壞的問題。20世紀(jì)80年代，混凝土設(shè)施不斷增加，包括我國在內(nèi)的一些國家出現(xiàn)氯離子破壞混凝土的情況。具體其侵蝕原理就是，將游離的氯離子混入鋼筋混凝土中，在其達(dá)到鋼筋表面后，破壞掉鋼筋鈍化膜會(huì)使鋼筋生銹，而破壞鋼筋結(jié)構(gòu)。

學(xué)者于紅發(fā)進(jìn)行了多方面實(shí)驗(yàn)，在損傷力學(xué)原理輔助下，分析探究在凍融環(huán)境、腐蝕環(huán)境下，混凝土不被損傷過程的特點(diǎn)和規(guī)律，建立起了混凝土損傷演化方程，該方程具備一定的普及意義。并進(jìn)一步提出了損傷速度和加速度概念、混凝土結(jié)構(gòu)使用年限的理論方法，在預(yù)防混凝土腐蝕方面起到了重要作用。此外也有學(xué)者將可靠性與損傷理論結(jié)合，提出適用不同邊界和單因素等作用下，更符合實(shí)際情況的混凝土使用壽命預(yù)測(cè)模型。也進(jìn)行了不同環(huán)境下，氯離子對(duì)混凝土的侵蝕方式研究，建立起了相關(guān)預(yù)測(cè)模型，以對(duì)氯離子的侵蝕和腐蝕速度進(jìn)行合理推測(cè)。

3?地鐵混凝土耐久性影響因素的研究方向

當(dāng)前，人們對(duì)地鐵混凝土耐久性影響因素的研究中，揭示了雜散電流和氯離子等對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響，但對(duì)其影響方式缺乏深入研究。在地鐵工程中，混凝土的應(yīng)用十分重要，對(duì)其性能也提出了更高要求，因此在今后研究中需要研究高性能混凝土。而且受地鐵工程環(huán)境影響，高性能鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展會(huì)遇到一些阻礙，需要進(jìn)行以下問題的研究，發(fā)展對(duì)地鐵混凝土耐久性影響的研究。

第一是腐蝕離子、雜散電流耦合，會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，需研究其腐蝕和耦合機(jī)理，掌握在這兩項(xiàng)因素影響下對(duì)混凝土性能影響規(guī)律;第二是以地鐵工程實(shí)際情況為依據(jù)，研究在腐蝕性離子、雜散電流和疲勞因素作用下，疲勞損傷對(duì)整個(gè)腐蝕耦合影響，掌握其損傷變化規(guī)律和力學(xué)性能變化趨勢(shì)等，以及是否可建立起相關(guān)腐蝕疲勞損傷方程;第三是可否優(yōu)化混凝土配方，達(dá)到抵抗混凝土腐蝕的作用。

4?結(jié)語

地鐵運(yùn)行的高效便捷、載客量大等優(yōu)勢(shì)，使其在城市交通建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，要使其實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行，就要深入研究其混凝土耐久性問題，從其影響因素和腐蝕機(jī)理出發(fā)，采取合理措施加強(qiáng)其耐久性。

參考文獻(xiàn)：

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