軌道工程混凝土耐久性分析與研究

季存建

摘 要：文章基于某城市軌道交通工程混凝土結構設計及環境的調查與分析基礎上，結合混凝土配合比設計來論證混凝土結構耐久性的重要性、設計途徑和基本思路，重點對施工過程中混凝土耐久性的控制措施進行分析與研究。

關鍵詞：軌道交通；混凝土結構；耐久性指標

伴隨著我國市政工程建設可持續發展戰略的不斷拓展，混凝土耐久性設計和應用研究日益為人們所關注。為了確保城市軌道交通工程的百年大計，應充分分析影響混凝土結構耐久性的主要因素，從配合比設計階段著手，結合工程所處的環境、當地的原材料供應情況、施工方法等，從而維持混凝土結構的安全和正常使用。

1 混凝土耐久性控制的必要性和重要性

1.1 環境條件及耐久性控制的必要性

該城市地處我國沿海地帶，地下水位埋深在3m左右，承壓水頭的埋深為3.0m～8.0m，呈現幅度和周期不盡相同的變化，而該城市軌道交通工程的地下車站和盾構區間埋深普遍達到了10～20m，部分地段埋深將近30m或更深，由此導致車站和盾構區間外表面水壓力過大，引起地下水中有害離子的滲透速率加快。該地區地下水水質較為復雜，其中Cl-和SO42-的含量要明顯高于部分沿河城市。因此，更需要關注和控制地下水對混凝土構件的腐蝕影響。另外，該城市地表的極低溫度可達到零下15℃，最冷月平均溫度為零下5℃，因此，混凝土的施工過程尚受到凍融循環的影響。其次，車站在其運行期間的溫度一般為20～25℃之間，相對濕度40～80%，站臺和站廳內CO2含量較高且相對濕度變化幅度大，盾構區間和站廳交界位置CO2的含量較低且相對濕度穩定。因此，站臺和站廳的混凝土構件由碳化作用造成的影響比較大。從已建成的地鐵項目調查中發現：部分地下連續墻、側墻、頂板和底板等混凝土存在局部的裂縫和滲水現象，盾構管片的接縫位置也有不同程度的滲漏，多數處于干濕交替環境下。

1.2 混凝土耐久性控制的重要性

鋼筋混凝土結構一直以來都被看作是一種耐久性良好的結構型式，應用范圍比較廣泛。但是，鋼筋混凝土結構在其應用期間，很多結構失效問題會直接導致鋼筋混凝土結構的使用壽命急劇縮短，而導致結構失效問題的原因很多，其中結構設計強度不足造成結構承受荷載不利變化情況普遍，而耐久性也是影響使用壽命的決定性因素。從國內外大量工程實踐中發現，因鋼筋混凝土結構耐久性病害造成的工程損失是無法想象的，因此針對混凝土結構耐久性這樣棘手的問題勢必引起足夠的重視，認真展開研究和總結，既要對在建項目進行科學合理的耐久性評估和服役期限預測并選用正確的方法進行修復，又要對擬建項目進行相關耐久性的設計研究工作，分析可能影響到混凝土結構使用壽命的各項因素，從設計和施工兩個方面共同把關。

2 配合比設計對混凝土耐久性的考慮

為確保百年工程混凝土的使用壽命，本地區工程通過混凝土的配合比設計對材料和混凝土性能提出了明確的要求：最大膠凝材料用量不大于450（或400）kg/m3，最小膠凝材料用量不小于340kg/m3；混凝土凝結時間不小于10h，含氣量為3%，56d的電通量小于1200C；其余指標應符合規范或設計要求。

2.1 原材料的選用

（3）外加劑則選用聚羧酸高效減水劑，根據施工環境可選擇性加入聚丙烯等有機類纖維材料，所使用的外加劑性能指標如表4。

表4 聚羧酸高性能減水劑性能指標

（4）嚴格控制粗細集料質量，合理進行集料的摻配，減少單位用水量，使用合理砂率，保證混凝土施工性能。細集料選用顆粒級配為II區的中砂，如表5所示。粗集料采用碎石，粒徑為5～25mm且顆粒級配良好。

表5 粗細集料性能指標

2.2 混凝土配合比設計

本地區軌道交通工程主體結構、頂板、底板、梁、墻混凝土配合比設計的主要理念：采用優質外加劑，大摻量的礦物摻合料，低水膠比，以降低水化熱的作用，增強混凝土的密實度，提高防水能力。主要采用的試驗室配合比如表6，對混凝土的耐久性指標（電通量、抗滲性能、抗凍性能）進行了檢驗，檢驗結果如表7。試驗室配制的混凝土，通過試驗結果表明混凝土能夠滿足設計提出的耐久性要求。

3 耐久性混凝土過程控制的關鍵技術

在混凝土生產過程中，應嚴格按試驗室配合比進行調整，使用符合配合比要求的原材料，適時監測砂石含水率。

3.1 注意控制混凝土構件的鋼筋保護層厚度，保護層的墊塊一般選用塑料保護層定位夾或定型的纖維砂漿塊等。

3.2 混凝土在澆筑過程中嚴禁隨意加水。若坍落度較小，可適當添加外加劑，確保混凝土的連續；振搗必須充分密實；嚴格控制混凝土澆筑溫度，如澆筑大體積混凝土構件則應在氣溫低的條件下進行，可從施工角度控制混凝土入模的溫度，一般可以夜間施工。

3.3 混凝土構件的養生。在澆搗完畢后立即對成型的構件進行遮覆保水，避免混凝土構件失水過快。

3.4 防腐蝕措施的應用

施工環境和經濟條件允許的情況下，采用防水卷材和有機涂料施工，必然要考慮到涂層的滲透性，從而為施工中可能會出現的早期裂縫問題進行封閉處理以提高混凝土構件的抗滲水性能和抗裂性能。

3.5 施工中的質量檢測

3.5.1 原材料的性能檢測。施工中應加強原材料的質量檢測，杜絕不符合要求的材料用于本項目。

3.5.2 在施工過程中，抽取現場混凝土進行耐久性檢驗和同條件下的模擬試驗。該項目在施工過程中，混凝土主要指標如表8所示。從表中可以看出，各項指標均符合規范或設計要求。

表8 工程施工中混凝土的主要指標

3.5.3 裂縫和滲水檢測。定期對鋼筋混凝土構件是否存在裂縫和滲水問題進行檢測，觀察已出現裂縫的發展體征并描述，分析裂縫出現的主要原因，在后續施工中加強施工管理。

4 結束語

4.1 為了軌道交通工程的百年大計，提高混凝土的耐久性是混凝土發展的必然趨勢。我們應根據工程所在的環境條件和施工工藝分析影響混凝土耐久性的各種因素，確保混凝土結構安全可靠。

4.2 軌道交通工程混凝土耐久性設計應遵循“以防為主”的基本原則，從結構設計、材料選擇及嚴格的施工質量等來保證，同時應注意對其在使用階段實行必要的管理和維護。

參考文獻

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