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一工程水文地質(zhì)中腐蝕介質(zhì)的影響

大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于各種各樣的原因而提前失效，腐蝕介質(zhì)的侵入是重要原因。天津?yàn)I海地區(qū)的水、土中一般含有較高的氯離子、硫酸根離子和鎂離子，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有很大的腐蝕性。根據(jù)已有的工程案例，部分接觸含硫酸鹽的水、土且部分暴露于大氣中的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在干濕交替區(qū)域受腐蝕程度最為嚴(yán)重。

1氯離子侵蝕根據(jù)有關(guān)調(diào)查資料

鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性面臨的最主要問(wèn)題，也是目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程耐久性失效的最常見(jiàn)的破壞形式。而大量的工程實(shí)例表明，引起混凝土中鋼筋銹蝕的主要環(huán)境因素是腐蝕介質(zhì)，其中的氯離子排在首位。天津?yàn)I海地區(qū)的水土中存在高濃度的氯離子，因此應(yīng)引起足夠的重視。氯離子侵蝕破壞的機(jī)理是破壞鋼筋表面的鈍化膜，引起混凝土內(nèi)鋼筋的銹蝕。氯離子在反應(yīng)過(guò)程中起到了化學(xué)催化劑的作用，促使鋼筋銹蝕的發(fā)生。對(duì)于氯離子侵蝕環(huán)境，在耐久性設(shè)計(jì)當(dāng)中，需要確定其作用等級(jí)。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50476－2008)中第6章“氯化物環(huán)境”的規(guī)定，以結(jié)構(gòu)構(gòu)件所接觸的水、土或大氣中的氯離子濃度，是否處于干濕交替區(qū)環(huán)境等，確定各構(gòu)件的環(huán)境作用等級(jí)。根據(jù)各構(gòu)件的環(huán)境類別和作用等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的耐久性設(shè)計(jì)。

2硫酸鹽侵蝕

天津?yàn)I海地區(qū)的土壤及地下水中含有大量的硫酸鹽、氯鹽和鎂鹽等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，其硫酸鹽濃度足以對(duì)對(duì)混凝土產(chǎn)生侵蝕作用;研究表明，混凝土在硫酸鹽作用下，其損傷過(guò)程主要是硫酸鹽與混凝土中的水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土中性化、失去強(qiáng)度或膨脹開(kāi)裂。對(duì)于硫酸鹽侵蝕環(huán)境，在耐久性設(shè)計(jì)當(dāng)中，一般先確定其作用等級(jí)。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50476－2008)中第7章“化學(xué)腐蝕環(huán)境”的規(guī)定，以結(jié)構(gòu)構(gòu)件所接觸的水、土中的硫酸根離子、鎂離子濃度等條件確定各構(gòu)件的環(huán)境作用等級(jí)。根據(jù)各構(gòu)件的環(huán)境類別和作用等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的耐久性設(shè)計(jì)。

二地鐵運(yùn)營(yíng)中雜散電流的影響

1雜散電流的成因

由于地鐵工程混凝土存在列車運(yùn)營(yíng)的特殊性，與其他鋼筋混凝土工程相比，雜散電流是影響地鐵工程結(jié)構(gòu)耐久性的特有因素。地鐵中的雜散電流主要是指由采用直流供電牽引方式的地鐵列車在地鐵運(yùn)行時(shí)，由于行走軌與大地之間的絕緣不良或不是完全絕緣，流經(jīng)行走軌的電流不能全部流回牽引變電所的負(fù)極，有一部分電流會(huì)泄漏進(jìn)入大地，就成為雜散電流。

2雜散電流的危害

雜散電流主要對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋、結(jié)構(gòu)中的預(yù)埋件、金屬管道等金屬構(gòu)件產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。特別是當(dāng)這些構(gòu)件已經(jīng)發(fā)生腐蝕的情況下，那么雜散電流會(huì)加速腐蝕進(jìn)行，嚴(yán)重影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

3地鐵雜散電流的主要影響因素

影響地鐵雜散電流強(qiáng)度及其腐蝕程度的因素很多且很復(fù)雜。一般認(rèn)為主要影響因素為:地鐵工作電流大小、鋼軌的材質(zhì)和截面積、土壤電阻率及道床是否潮濕等有關(guān)。由于地鐵主體結(jié)構(gòu)一般屬于地下空間，如果發(fā)生較為嚴(yán)重的雜散電流腐蝕，當(dāng)影響結(jié)構(gòu)耐久性時(shí)，工程維修非常困難，因此雜散電流是影響地鐵工程的非常重要的耐久性影響因素，應(yīng)充分重視其防治工作。

三碳化因素影響

有文獻(xiàn)表明，由于地鐵車站客流量非常大，人員集中，室內(nèi)的CO2濃度非常高，一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室外大氣環(huán)境。因此，地鐵車站混凝土碳化問(wèn)題比較突出。由于混凝土呈高度堿性，會(huì)在鋼筋表面形成一層可以防止銹蝕發(fā)展的鈍化膜，而大氣中的CO2與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土發(fā)生中性化，當(dāng)碳化發(fā)展到鋼筋表面或堿度降到一定值后，鋼筋的鈍化膜就會(huì)被破壞，鋼筋會(huì)發(fā)生銹蝕破壞。對(duì)于碳化腐蝕環(huán)境，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50476－2008)中第4章“一般環(huán)境”的規(guī)定，對(duì)于一般環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)，應(yīng)控制在正常大氣作用下混凝土碳化引起的內(nèi)部鋼筋銹蝕。以結(jié)構(gòu)構(gòu)件與水接觸情況(干燥、靜水浸沒(méi)、干濕交替等)確定各構(gòu)件的環(huán)境作用等級(jí)。對(duì)于地鐵結(jié)構(gòu)中二氧化碳濃度高于正常大氣的環(huán)境，其環(huán)境作用等級(jí)還需針對(duì)性的具體研究確定。

四凍融作用的影響

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50476－2008)中第5章“凍融環(huán)境”的規(guī)定，最冷對(duì)于月平均氣溫低于5℃的地區(qū)，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件長(zhǎng)期與水體直接接觸并會(huì)發(fā)生反復(fù)凍融時(shí)，應(yīng)考慮凍融環(huán)境的作用。天津冬季氣溫都在－5℃以下，屬于寒冷地區(qū)，存在凍融問(wèn)題，高架等地上頻繁淋雨構(gòu)件或水位變動(dòng)區(qū)部分應(yīng)考慮凍融因素對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)耐久性的影響。對(duì)于地鐵工程的地下結(jié)構(gòu)部分，凍融作用一般影響很小，但對(duì)于冰凍線以上及與大氣接觸的結(jié)構(gòu)部分，會(huì)受到凍融破壞。而且天津?yàn)I海水土中含有大量的鹽分，對(duì)于與地面水土交界區(qū)域會(huì)發(fā)生鹽凍破壞，所以對(duì)天津?yàn)I海地鐵混凝土的鹽凍問(wèn)題必須給以足夠的重視?；炷恋柠}凍破壞是指鹽溶液和凍融循環(huán)共同作用下引起的混凝土破壞，是一種最嚴(yán)酷的凍融破壞，其破壞程度和速度比普通凍融大好幾倍，甚至10倍，它主要表現(xiàn)為混凝土表面剝蝕破壞。混凝土鹽凍剝蝕破壞存在很多現(xiàn)象，其中，中低鹽濃度破壞現(xiàn)象，與鹽種類無(wú)關(guān)現(xiàn)象，鹽凍快速破壞現(xiàn)象和表面鹽溶液存在的重要性是4個(gè)最基本的典型現(xiàn)象。

五結(jié)束語(yǔ)

與其他鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程相比，濱海地區(qū)的地鐵工程混凝土由于所處工程環(huán)境的復(fù)雜性和多樣性，運(yùn)營(yíng)狀況的特殊性，影響其耐久性的因素更為復(fù)雜多樣。針對(duì)影響天津?yàn)I海地區(qū)地鐵工程的耐久性因素，本文重點(diǎn)對(duì)氯離子侵蝕、硫酸鹽侵蝕、雜散電流、碳化破壞和凍融破壞等外部工程環(huán)境因素的成因、機(jī)理及現(xiàn)行規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定等方面進(jìn)行了分析、闡述，為工程的耐久性設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)提供參考借鑒。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題的日益重視，國(guó)內(nèi)眾多專家學(xué)者在此領(lǐng)域取得了大量研究成果并使之標(biāo)準(zhǔn)化，例如中國(guó)建筑科學(xué)研究院主編完成了《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50082－2009)、《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T193－2009)，并在《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB50164－2011)、《預(yù)拌混凝土》(GB/T10492－2012)均對(duì)混凝土的耐久性能作了規(guī)定。清華大學(xué)主編的《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T50476－2008)對(duì)混凝土的耐久性設(shè)計(jì)做了相關(guān)規(guī)定。然而鑒于濱海地區(qū)地鐵工程的耐久性問(wèn)題的復(fù)雜性和特殊性，涉及工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等一系列環(huán)節(jié)，建議天津?yàn)I海地區(qū)的地鐵工程建設(shè)引入工程耐久性研究領(lǐng)域資深權(quán)威的技術(shù)咨詢單位，對(duì)地鐵工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性進(jìn)行專題研究，提出針對(duì)性策略并深化至設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用，以確保天津軌道交通工程百年大計(jì)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

作者：溫淑荔單位：中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司