混凝土耐久性设计地铁工程论文

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一工程水文地质中腐蚀介质的影响

大量的钢筋混凝土结构由于各种各样的原因而提前失效，腐蚀介质的侵入是重要原因。天津滨海地区的水、土中一般含有较高的氯离子、硫酸根离子和镁离子，对钢筋混凝土结构具有很大的腐蚀性。根据已有的工程案例，部分接触含硫酸盐的水、土且部分暴露于大气中的混凝土结构构件在干湿交替区域受腐蚀程度最为严重。

1氯离子侵蚀根据有关调查资料

钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性面临的最主要问题，也是目前钢筋混凝土结构工程耐久性失效的最常见的破坏形式。而大量的工程实例表明，引起混凝土中钢筋锈蚀的主要环境因素是腐蚀介质，其中的氯离子排在首位。天津滨海地区的水土中存在高浓度的氯离子，因此应引起足够的重视。氯离子侵蚀破坏的机理是破坏钢筋表面的钝化膜，引起混凝土内钢筋的锈蚀。氯离子在反应过程中起到了化学催化剂的作用，促使钢筋锈蚀的发生。对于氯离子侵蚀环境，在耐久性设计当中，需要确定其作用等级。根据《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476－2008)中第6章“氯化物环境”的规定，以结构构件所接触的水、土或大气中的氯离子浓度，是否处于干湿交替区环境等，确定各构件的环境作用等级。根据各构件的环境类别和作用等级进行相应的耐久性设计。

2硫酸盐侵蚀

天津滨海地区的土壤及地下水中含有大量的硫酸盐、氯盐和镁盐等强腐蚀性介质，其硫酸盐浓度足以对对混凝土产生侵蚀作用;研究表明，混凝土在硫酸盐作用下，其损伤过程主要是硫酸盐与混凝土中的水化产物发生反应，导致混凝土中性化、失去强度或膨胀开裂。对于硫酸盐侵蚀环境，在耐久性设计当中，一般先确定其作用等级。根据《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476－2008)中第7章“化学腐蚀环境”的规定，以结构构件所接触的水、土中的硫酸根离子、镁离子浓度等条件确定各构件的环境作用等级。根据各构件的环境类别和作用等级进行相应的耐久性设计。

二地铁运营中杂散电流的影响

1杂散电流的成因

由于地铁工程混凝土存在列车运营的特殊性，与其他钢筋混凝土工程相比，杂散电流是影响地铁工程结构耐久性的特有因素。地铁中的杂散电流主要是指由采用直流供电牵引方式的地铁列车在地铁运行时，由于行走轨与大地之间的绝缘不良或不是完全绝缘，流经行走轨的电流不能全部流回牵引变电所的负极，有一部分电流会泄漏进入大地，就成为杂散电流。

2杂散电流的危害

杂散电流主要对钢筋混凝土结构中的钢筋、结构中的预埋件、金属管道等金属构件产生电化学腐蚀。特别是当这些构件已经发生腐蚀的情况下，那么杂散电流会加速腐蚀进行，严重影响钢筋混凝土结构的耐久性。

3地铁杂散电流的主要影响因素

影响地铁杂散电流强度及其腐蚀程度的因素很多且很复杂。一般认为主要影响因素为:地铁工作电流大小、钢轨的材质和截面积、土壤电阻率及道床是否潮湿等有关。由于地铁主体结构一般属于地下空间，如果发生较为严重的杂散电流腐蚀，当影响结构耐久性时，工程维修非常困难，因此杂散电流是影响地铁工程的非常重要的耐久性影响因素，应充分重视其防治工作。

三碳化因素影响

有文献表明，由于地铁车站客流量非常大，人员集中，室内的CO2浓度非常高，一般远远高于室外大气环境。因此，地铁车站混凝土碳化问题比较突出。由于混凝土呈高度碱性，会在钢筋表面形成一层可以防止锈蚀发展的钝化膜，而大气中的CO2与混凝土中的碱性物质发生反应，使混凝土发生中性化，当碳化发展到钢筋表面或碱度降到一定值后，钢筋的钝化膜就会被破坏，钢筋会发生锈蚀破坏。对于碳化腐蚀环境，根据《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476－2008)中第4章“一般环境”的规定，对于一般环境下混凝土结构的耐久性设计，应控制在正常大气作用下混凝土碳化引起的内部钢筋锈蚀。以结构构件与水接触情况(干燥、静水浸没、干湿交替等)确定各构件的环境作用等级。对于地铁结构中二氧化碳浓度高于正常大气的环境，其环境作用等级还需针对性的具体研究确定。

四冻融作用的影响

根据《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476－2008)中第5章“冻融环境”的规定，最冷对于月平均气温低于5℃的地区，当混凝土结构构件长期与水体直接接触并会发生反复冻融时，应考虑冻融环境的作用。天津冬季气温都在－5℃以下，属于寒冷地区，存在冻融问题，高架等地上频繁淋雨构件或水位变动区部分应考虑冻融因素对地铁结构耐久性的影响。对于地铁工程的地下结构部分，冻融作用一般影响很小，但对于冰冻线以上及与大气接触的结构部分，会受到冻融破坏。而且天津滨海水土中含有大量的盐分，对于与地面水土交界区域会发生盐冻破坏，所以对天津滨海地铁混凝土的盐冻问题必须给以足够的重视。混凝土的盐冻破坏是指盐溶液和冻融循环共同作用下引起的混凝土破坏，是一种最严酷的冻融破坏，其破坏程度和速度比普通冻融大好几倍，甚至10倍，它主要表现为混凝土表面剥蚀破坏。混凝土盐冻剥蚀破坏存在很多现象，其中，中低盐浓度破坏现象，与盐种类无关现象，盐冻快速破坏现象和表面盐溶液存在的重要性是4个最基本的典型现象。

五结束语

与其他钢筋混凝土结构工程相比，滨海地区的地铁工程混凝土由于所处工程环境的复杂性和多样性，运营状况的特殊性，影响其耐久性的因素更为复杂多样。针对影响天津滨海地区地铁工程的耐久性因素，本文重点对氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀、杂散电流、碳化破坏和冻融破坏等外部工程环境因素的成因、机理及现行规范中的相关规定等方面进行了分析、阐述，为工程的耐久性设计、施工及运营提供参考借鉴。随着国内对钢筋混凝土结构耐久性问题的日益重视，国内众多专家学者在此领域取得了大量研究成果并使之标准化，例如中国建筑科学研究院主编完成了《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082－2009)、《混凝土耐久性检验评定标准》(JGJ/T193－2009)，并在《混凝土质量控制标准》(GB50164－2011)、《预拌混凝土》(GB/T10492－2012)均对混凝土的耐久性能作了规定。清华大学主编的《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476－2008)对混凝土的耐久性设计做了相关规定。然而鉴于滨海地区地铁工程的耐久性问题的复杂性和特殊性，涉及工程设计、施工、运营维护等一系列环节，建议天津滨海地区的地铁工程建设引入工程耐久性研究领域资深权威的技术咨询单位，对地铁工程混凝土结构耐久性进行专题研究，提出针对性策略并深化至设计和工程应用，以确保天津轨道交通工程百年大计目标的顺利实现。

作者：温淑荔单位：中铁十八局集团第四工程有限公司