地鐵隧道襯砌混凝土檢測試驗探討

王振彪

摘要：為了確保地鐵隧道工程的建設(shè)質(zhì)量符合規(guī)定要求，應(yīng)采取科學(xué)、合理的方式對襯砌混凝土進(jìn)行檢測。基于此，以某地鐵隧道工程作為研究對象，通過對該工程簡單介紹，進(jìn)而以腐蝕檢測為例，對地鐵隧道襯砌混凝土檢測試驗進(jìn)行分析，為地鐵隧道襯砌施工提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；襯砌混凝土；檢測試驗

0? ?引言

地鐵隧道工程建設(shè)時，襯砌混凝土很容易受到環(huán)境、材料等多種因素影響而出現(xiàn)腐蝕、結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)沉降等病害，影響襯砌的建設(shè)質(zhì)量，不利于后續(xù)整個隧道工程的建設(shè)。其中，腐蝕是較為常見的病害之一，會對襯砌混凝土結(jié)構(gòu)強度造成嚴(yán)重影響。為此地鐵隧道工程施工過程中，應(yīng)不斷對襯砌混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕病害予以檢測，以便及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)腐蝕病害問題。采取有效的方式對其予以處理，有助于提升整個地鐵工程的建設(shè)質(zhì)量。

1? ?工程概況

本研究當(dāng)中，選擇某地鐵隧道建設(shè)工程作為研究對象。該工程隧道里程樁號為K21+463.098～K21+815.000，全長為351.902m，左線為單線，右線為雙線，洞身呈馬蹄形，采用淺埋暗挖施工法。

2? ?隧道襯砌混凝土腐蝕檢測試驗

2.1? ?試驗材料

本次試驗材料如下：一是水泥。采用強度等級為42.5的C25水泥與C30水泥。二是細(xì)骨料。采用中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6。三是粗骨料。采用連續(xù)級配石灰?guī)r碎石，粒徑在5～10mm范圍內(nèi)。四是水。采用當(dāng)?shù)厥姓o水工程中的自來水。五是外加劑。采用JC-2型減水劑、DM-F型速凝劑、普通粉煤灰。六是化學(xué)試劑。采用滿足《GB672-78》等規(guī)定要求的硫酸鈉（Na2SO4）、氯化鎂（MgCl2）、硝酸鈉（NaNO3）等試劑[1]。

2.2? ?混凝土配比設(shè)計

根據(jù)工程建設(shè)需求，設(shè)計出如表1所示混凝土配比。

2.3? ?試塊制作

按照上述配比方案，依次將各種材料添加到拌和站內(nèi)，通過3～5min的拌和后，將混合料取出，按照《GB/T50080-2002》中的規(guī)定要求，分3次將混合料灌入到規(guī)格為100mm×100mm×100mm的試模內(nèi)。

每次灌注后，均要予以人工振搗處理，并將表面磨平，以保證每層的密實性與強度[2]。3次灌注結(jié)束后，將試模固定到振動臺上，對試塊整體予以振搗。最后，按照《GB/T50081—2002》中的規(guī)定要求，對試塊予以養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)條件為：溫度控制在18～22℃范圍內(nèi)，養(yǎng)護(hù)時間需超過28d[3]。

2.4? ?試塊分組

本試驗中，每種類型混凝土材料各設(shè)置4組，共8組，每組各有30個試塊，總計240個試塊，以保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，每組試塊分別在不同條件（Na2SO4、MgCl2、NaNO3及自來水）進(jìn)行腐蝕病害處理，于處理后第8d開始，每隔8d對試塊檢測一次。每組具體情況如表2所示。

2.5? ?無損檢測試驗方法

本實驗當(dāng)中，采用超聲—回彈綜合檢測法的方式，對試塊腐蝕情況予以檢測，具體如下：

通過超聲波檢測的方式，對光滑試塊兩側(cè)予以檢測，每個平面均設(shè)置8個測點，分別采集每個測點的超聲波波速，并計算出平均值[4]。

將腐蝕處理的試塊取出后，固定到壓力試驗機(jī)上，然后將壓力設(shè)置成30～80kN，其余兩側(cè)通過回彈儀檢測。檢測過程中，各面平均設(shè)置8個測點，每隔點與邊緣相距30mm，且兩測點之間，距離應(yīng)超過20mm。將回彈儀垂直放置到測點的上方，逐漸施加壓力，并讀出讀數(shù)，之后迅速復(fù)位。

在測量的16個數(shù)值當(dāng)中，分別排除3個峰值與谷值，進(jìn)而推算出均值，以此當(dāng)作最終結(jié)果[5]。繼續(xù)提高壓力，對試塊的抗壓強度予以分析，并記錄檢測結(jié)果。

3? ?試驗結(jié)果分析

3.1? ?外表觀察

試驗前與各階段腐蝕處理后，分別對試塊的外表予以觀察，以此判斷試塊是否出現(xiàn)腐蝕問題，以及其腐蝕問題的嚴(yán)重程度。

通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，清水處理后的試塊表面基本無任何變化，未發(fā)現(xiàn)腐蝕痕跡。而Na2SO4、MgCl2、NaNO3等3種試劑處理的試塊，均出現(xiàn)了不同程度的腐蝕痕跡。其中，MgSO4處理后的腐蝕痕跡最為嚴(yán)重，且腐蝕速度最快，其次為MgCl2，最后為NaNO3，如圖1所示。

3.2? ?隧道襯砌混凝土腐蝕過程中性能分析

3.2.1? ?質(zhì)量變化情況

試塊出現(xiàn)腐蝕問題后，不僅會產(chǎn)生新的物質(zhì)，而且還會消耗一部分原有材料。若新物質(zhì)質(zhì)量高于消耗的原材料，試塊總體質(zhì)量將會提高，反之則會下降。若兩者保持一致，則試塊總質(zhì)量保持不變。由此表明，試塊重量出現(xiàn)改變后，并不一定表明其出現(xiàn)腐蝕問題[6]。

試塊質(zhì)量分析時，主要采用的是質(zhì)量損失率，分別在試驗前與各階段腐蝕后，測量出試塊的重量，之后按照下述公式，推算出質(zhì)量損失率：

β? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

其中，β表示質(zhì)量損失率，m0表示試驗前試塊的總質(zhì)量，mn表示腐蝕處理nd后，試塊測量的總質(zhì)量。

通過對8組試塊稱量與計算分析后能夠發(fā)現(xiàn)，在C25試塊當(dāng)中，MgSO4處理后的試塊損失率最高，達(dá)到了1.89%。最低為自來水，只有0.07%。中間依次為MgCl2與NaNO3，損失率分別為0.92%與0.74%。

在C30試塊當(dāng)中，MgSO4處理后的試塊損失率最高，達(dá)到了1.62%。最低為自來水，只有0.06%。中間依次為MgCl2與NaNO3，損失率分別為0.74%與0.39%。

由此可以發(fā)現(xiàn)，相對于C25的試塊，C30的試塊質(zhì)量損失率較低一些。同時，從總體上來說，經(jīng)過MgSO4處理的試塊重量損失問題最為嚴(yán)重，損失速度最快，MgCl2處于第二位，NaNO3相對較低，與試塊表面觀察情況基本相符。

3.2.2? ?吸水率變化情況

通過吸水率的測定，可在一定程度上顯示出混凝土結(jié)構(gòu)的密實度。密實度測定時，分別于干燥與浸泡后，對試塊進(jìn)行測量，并按照下述公式，推算出試塊的吸水率：

（2）

其中，α表示吸水率；m濕表示浸泡后試塊的總重量；m干表示烘干處理后試塊的總質(zhì)量。

通過對各組試塊吸水率的檢測可以發(fā)現(xiàn)，各試塊吸水率的變化較為雜亂，無明顯變化規(guī)律，表明腐蝕處理對試塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重的破壞。

其中，在C25混凝土試塊方面，MgSO4處理后的試塊吸水率最高，達(dá)到了1.35%。最低為自來水，只有0.13%。中間依次為MgCl2與NaNO3，吸水率分別為1.14%與0.93%。

在C30混凝土試塊方面，MgSO4處理后的試塊吸水率最高，達(dá)到了1.2%。最低為自來水，只有-0.24%。中間依次為MgCl2與NaNO3，損失率分別為0.93%與0.62%。

由此表明，經(jīng)過MgSO4處理的試塊內(nèi)部損傷更為嚴(yán)重，吸水率最高，MgCl2處于第二位，NaNO3相對較低，與試塊表面觀察情況基本相符。

3.2.3? ?抗壓強度

混凝土抗壓強度影響的因素有很多，如腐蝕病害、自身材料等，是一個復(fù)雜的分析問題。為了降低分析難度，本文不考慮其他因素，僅考慮到腐蝕對混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強度的影響。

抗壓強度分析時，采用的是強度損失率，推算公式為：

（3）

其中，KC表示強度損失率；?'ct表示腐蝕處理不同天數(shù)后，試塊的抗壓強度值；?ct表示正常養(yǎng)護(hù)時，試塊的抗壓強度值。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，通過腐蝕處理后，所有試塊的抗壓強度均出現(xiàn)了明顯變化。其中，在C25混凝土試塊當(dāng)中，MgSO4處理后下降得最為嚴(yán)重，達(dá)到了35.91%。之后為MgCl2與NaNO3，也呈現(xiàn)為下降的趨勢，損失率分別是28.04%與22.81%。而自來水處理后則呈現(xiàn)為上升的趨勢，增加了7.82%。

在C30混凝土試塊當(dāng)中，MgSO4處理后下降得最為嚴(yán)重，達(dá)到了37.35%。之后為MgCl2與NaNO3，也呈現(xiàn)為下降的趨勢，損失率分別是29.91%與24.87%。而自來水處理后則呈現(xiàn)為上升的趨勢，增加了5.64%。

由此表明，對混凝土試塊腐蝕時，MgSO4最強，之后依次為MgCl2與NaNO3，而清水在短時間內(nèi)可以對試塊表面起到一定的保護(hù)作用。

3.3? ?無損檢測結(jié)果隨侵燭齡期的變化分析

3.3.1? ?回彈值

通過對回彈值的檢測與計算能夠發(fā)現(xiàn)，從總體角度來說，回彈值在小幅度下降，且在腐蝕的前期，各種腐蝕溶液處理后的回彈值基本相同，經(jīng)過16～24d處理后，回彈值增加到峰值，之后不斷減小。同時，回彈值變化情況基本與強度變化情況相同。

對于MgCl2與NaNO3腐蝕處理來說，主要是到了腐蝕后期，試塊表面出現(xiàn)了大量麻面，從而使試塊回彈值下降。而對于MgSO4腐蝕處理來說，由于腐蝕后期試塊外邊變得酥軟與松散而引發(fā)的。在自來水當(dāng)中，試塊的回彈值基本穩(wěn)定，基本與觀察結(jié)果相同。

3.3.2? ?超聲波波速

通過對超聲波波速的檢測可以發(fā)現(xiàn)，在腐蝕初期，波速出現(xiàn)小幅度變化，在腐蝕處理32d之后，波速則開始大幅度降低。其中，對于3種腐蝕溶液處理的試塊來說，波速降低的幅度基本相似，而自來水則無明顯變化，基本與觀察結(jié)果相同。

4? ?結(jié)束語

地鐵隧道工程建設(shè)時，襯砌混凝土很容易受到環(huán)境、材料等多種因素影響而出現(xiàn)腐蝕、結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)沉降等病害，影響襯砌的建設(shè)質(zhì)量，不利于后續(xù)整個隧道工程的建設(shè)。

地鐵隧道襯砌混凝土腐蝕病害檢測時，超聲波—回彈檢測法具有良好的應(yīng)用效果。通過回彈值與超聲波波速的測量與計算，可較為準(zhǔn)確的評估混凝土結(jié)構(gòu)是否出現(xiàn)腐蝕病害，并判斷病害的嚴(yán)重性。所以，現(xiàn)代地鐵隧道襯砌混凝土工程施工過程中，應(yīng)對超聲波—回彈檢測法產(chǎn)生高度重視，并利用該方法對襯砌混凝土結(jié)構(gòu)予以檢測，及時發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的腐蝕問題，為整個工程后續(xù)建設(shè)提供幫助。

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