地鐵混凝土耐久性影響因素的研究現狀

趙進

摘?要：在我國經濟建設發展中，城市地鐵建設已經取得了很大成就，在城市交通建設和經濟發展中發揮了積極作用。但在一些地鐵工程中，出現了滲水、漏水和坍塌等質量缺陷，嚴重影響了地鐵的運營使用，并對人們的出行安全形成了重大威脅。這些問題的出現與地鐵工程施工中使用的混凝土性能有很大關系，在混凝土耐久性較差的情況下，就會引發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，了解這些因素對混凝土耐久性的影響，對當前研究進展和之后的研究方向進一步掌握。

關鍵詞：地鐵混凝土;耐久性;影響因素;研究現狀;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，指的是在規定使用年限內，在各種環境條件下不需進行額外的加固和二級保護處理，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項目，其建設規模大、投資巨大、施工周期長、質量要求高，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量安全。具體會對其耐久性產生影響的因素如下：

1.1?凍融因素

一些地區的地鐵混凝土，在水和寒冷作用下，受凍融影響其耐久性會被破壞。低溫狀態下水容易凝固，與液態狀態相比，固態體積會增大而產生膨脹應力。這種應力在超出混凝土的抗拉強度后，會損壞到混凝土，雖然后期可以解凍，但其殘余的膨脹也會破壞混凝土。

1.2?材料選擇

如果混凝土原材料的質量較差，或者其配合比設計不合理，也會導致其出現開裂、滲漏問題。具體情況有，水泥安定性不足、砂石中含泥量過大、應用了反應性骨料、水泥水化熱過高等。混凝土自身不均勻也會引發其變形問題，其中使用了過多的砂漿，則會引發較大收縮，其水化硬化的過程中，局部部位會產生約束效應，該應力大于混凝土抗拉強度的情況下，則會引發宏觀裂縫。

1.3?結構設計

地鐵結構設計中，包含了結構選型、荷載計算以及基坑圍護、內襯和結構樓板等設計工作。其中結構選型，通常會選擇淺埋式矩形箱式結構、深埋式圓形隧道式結構等，其它設計項目需要對各種荷載進行估算，并設計好各項構件的強度和抗裂。在選型不合理、荷載估算準確性低的情況下，會出現混凝土等級選擇、配筋設計等錯誤，導致混凝土抗裂性能達不到相關要求，最終出現滲漏問題。

1.4?環境因素影響

首先是碳化因素，在混凝土的長期暴露中，會受到空氣中碳化因素影響，水泥石中堿性物質與二氧化碳反應出現組織和性能等變化，會將混凝土的性能破壞。在經碳化后，混凝土的堿性降低，并會破壞鋼筋表面鈍化膜，進而引發腐蝕損壞。并且其引發的收縮現象，也會破壞內部結構，導致裂縫產生;其次是化學性質侵蝕，主要有硫酸鹽和酸性物質的破壞，前者反應產生的新物質會使混凝土膨脹，進而出現脹裂問題。后者則會侵蝕水泥中化合物，氫氧化鈣與其它物質反應而生成可溶性鈣鹽，會降低混凝土強度，導致其產生崩解現象。

2?地鐵混凝土耐久性影響因素的研究現狀

2.1?雜散電流影響

地鐵雜散電流指的是在地鐵列車運行中，其采用的直流供電牽引方式，在運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時，沒有完全流回到負極而是一部分進入大地，這就是雜散電流。這種現象會腐蝕主體結構鋼筋，隧道水管也會受此影響而被腐蝕穿孔。

在20世紀末，有學者提出迷流腐蝕相比于土壤，其對地下結構的腐蝕更加嚴重，并且提出應根據項目實際情況，采用可行技術控制腐蝕。2003年的印度國家冶金實驗室實地選取地下管道進行實驗，發現雜散電流會使得腐蝕加速的現象。之后的對比實驗中，證實了在氯環境下，雜散電流會使得腐蝕加速。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，會更容易縮短軌道使用壽命，因此要降低地鐵基礎腐蝕程度，就要做好絕緣措施，同時要控制好雜散直流電流。

2.2?氯離子影響研究

20世紀30年代，美國開始出現需要因為氯離子侵蝕而必須拆除大橋的情況，印度等地也出現海港中混凝土被腐蝕損壞的問題。20世紀80年代，混凝土設施不斷增加，包括我國在內的一些國家出現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，在其達到鋼筋表面后，破壞掉鋼筋鈍化膜會使鋼筋生銹，而破壞鋼筋結構。

學者于紅發進行了多方面實驗，在損傷力學原理輔助下，分析探究在凍融環境、腐蝕環境下，混凝土不被損傷過程的特點和規律，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。并進一步提出了損傷速度和加速度概念、混凝土結構使用年限的理論方法，在預防混凝土腐蝕方面起到了重要作用。此外也有學者將可靠性與損傷理論結合，提出適用不同邊界和單因素等作用下，更符合實際情況的混凝土使用壽命預測模型。也進行了不同環境下，氯離子對混凝土的侵蝕方式研究，建立起了相關預測模型，以對氯離子的侵蝕和腐蝕速度進行合理推測。

3?地鐵混凝土耐久性影響因素的研究方向

當前，人們對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其結構的影響，但對其影響方式缺乏深入研究。在地鐵工程中，混凝土的應用十分重要，對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。而且受地鐵工程環境影響，高性能鋼筋混凝土結構的發展會遇到一些阻礙，需要進行以下問題的研究，發展對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，會對混凝土結構產生的影響，需研究其腐蝕和耦合機理，掌握在這兩項因素影響下對混凝土性能影響規律;第二是以地鐵工程實際情況為依據，研究在腐蝕性離子、雜散電流和疲勞因素作用下，疲勞損傷對整個腐蝕耦合影響，掌握其損傷變化規律和力學性能變化趨勢等，以及是否可建立起相關腐蝕疲勞損傷方程;第三是可否優化混凝土配方，達到抵抗混凝土腐蝕的作用。

4?結語

地鐵運行的高效便捷、載客量大等優勢，使其在城市交通建設中發揮著重要作用，要使其實現平穩運行，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理出發，采取合理措施加強其耐久性。

參考文獻：

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