浅谈影响地铁混凝土耐久性的因素及解决对策

浅谈影响地铁混凝土耐久性的因素及解决对策

唐平

中建隧道建设有限公司 404511

摘要：近年来，城市地铁建设成为城市发展的重要基础设施建设之一，得到了长足的发展。而地铁站作为公共基础设施，公众对其质量要求及安全性要求越来越高。然而目前国内的地铁工程经常出现混凝土受到腐蚀的现象，影响到混凝土的耐久性及使用安全。本文通过对地铁站的位置以及周围环境的分析，总结出影响地铁混凝土耐久性因素，建议针对这些因素提出增强地铁车站混凝土耐久性做出相关措施。

关键词：地铁站；混凝土；耐久性

1影响地铁混凝土耐久性因素

（1）冻融循环

当混凝土在水和寒热共同作用下，混凝土容易受到冻胀开裂和表面剥落两个方面的影响。混凝土结构冻融破坏程度主要受混凝土配比、外部因素、施工工艺三种因素影响，水泥灰的配比对混凝土结构的孔隙度和游离水含量具有决定性作用，集料及水泥的种类和品质会影响水泥的水化作用和组织结构从而对混凝土的抗冻性能具有重要的影响；良好施工工艺及前期养护会增加混凝土结构的致密性从而增加混凝土结构的抗冻性；温度变化幅度会影响冻融作用对混凝土结构的破坏程度。

（2）碳化的影响。

碱性物质极易与空气中的CO2产生化学变化，这一变化使得混凝土中碱性物质变少，使混凝土的性能与水泥石的成分产生变化，以至于降低混凝土的使用时间和安全性能。影响混凝土碳化结构的因素重要有材料因素、环境因素、施工因素三种，水灰比会影响混凝土的孔隙状况从而决定CO2对碳化速率的影响，水泥的品种通过影响水化作用产物对混凝土碳化作用产生影响，骨料、掺合料、外加剂对混凝土的孔隙状况也有重要影响，混凝自身的强度及结构对其抗碳化性能具有重要的作用；环境中CO2的浓度的较大会增大其扩散动力并促进混凝土碳化速率，环境湿度不仅会影响CO2对混凝土的扩散效率，还影响混凝土碳化反应过程。

（3）化学物质的侵蚀。

混凝土结构中联通的孔隙存在会导致外部环境中的物质进入混凝土结构内部并发生一系列的化学反应从而影响混凝土结构的耐久性，硫酸盐与水泥水化的产物发生反应会影响混凝土性质，同时盐类的结晶对混凝土结构会产生大量的膨胀应力；部分介质中存有的游离态的酸与氢氧化钙发生反应不仅会影响混凝土结构觉接力并产生一定的膨胀力；压力水会导致混凝土内部的氢氧化钙不断的被溶解，从而导致混凝土内部结构被不断破坏；水体介质中含有的镁盐（MgSO4和MgCl2）与氢氧化钙发生的反应会使混凝土结构胶结力下降并发生侵蚀。

（5）施工过程和设计的因素。

有的设计师只关注如何使混凝土的造价降到最低，却忽视了它的耐久性问题，从而缩短了工程的使用时限。因此，只有定期对施工过程中所用的混凝土进行专业具体的维护，对其质量进行监督检验，才能够确保混凝土的质量符合施工要求，从而使混凝土的耐久性得到提升。

（6）碱-集料反应

碱-集料反应是指混凝土中及环境渗入的可溶性碱与集料中的活性成分发生化学反应生成胶凝造成混凝土膨胀结构破坏的现象。碱-集料反应程度主要受水泥特性、集料特性、孔隙水量三种因素影响。水泥中的碱含量越高，碱-集料反应所引起的膨胀系数便越大；混凝土的水灰比对碱-集料反应影响具有双面性，水灰比较大时会加大混凝土的孔隙度同时又会减少碱液浓度；反应性集料的含量和粒度会增加混凝土的膨胀系数；混凝土自身的孔隙率对碱-集料反应带来的膨胀应力具有一定的减缓作用；环境中湿度的增大会促进碱-集料反应的发生。

（7）杂散电流。

在地铁运行的过程中，时常会有电流泄漏到地面而形成杂散电流的现象发生。对于地铁混凝土而言，它所含的一些金属物质以及钢筋非常容易受到电流的腐蚀，并且遇到的电流越多其腐蚀速度就越快，钢筋腐蚀的过程中会在其表层形成“铁锈”，当“铁锈”积累到一定量时会破坏混凝土的内部结构，使其表面出现裂缝，从而降低项目的质量。杂散电流不仅会腐蚀混凝土中的金属材料，甚至还会直接腐蚀混凝土，其主要原因是有众多的离子存在于土壤里，过于潮湿的混凝土遇到杂散电流时就会形成电解质溶液，从而持续溶解混凝土中的钙离子，钙离子的溶解量过大时就会形成孔洞，从而降低混凝土的强度并破坏其内部结构。

2应对措施

2.1设计阶段

在混凝土结构设计时，要充分考虑其耐久性问题，把握工程实际环境，应对多因素对耐久性的挑战：包括设计荷载、结构合理性、原材料选择、施工质量、养护及后期维护等多个环节，任一环节出现问题都有可能导致混凝土结构受到腐蚀，严重影响后期耐久性。地铁的结构设计主要有荷载计算、抗浮设计、结构选型、内衬设计等。主要构件的强度和抗裂性能要充分考虑各种荷载的大小，设计值要留有一定的安全系数，否则容易造成混凝土强度和抗裂性能不足而引起渗漏现象。

2.2原材料配制

水泥中铝酸三钙和硅酸三钙的含量对混凝土抗硫酸盐侵蚀有着决定性的作用，从水泥本身的化学成分方面对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能进行研究有着重要的意义。要使用高品质的混凝土材料，合理降低水灰比和拌合水的用量，从而有效提升混凝土的强度和耐久性。选用的外加剂要与水泥相容性好，并且具有一定的体积膨胀性、高坍落度、保坍性好、收缩性小等特点，以利于混凝土强度正常发展。此外，可以用部分石灰石粉、粉煤灰、矿渣粉等来替代部分水泥，改善混凝土的内部结构，形成闭合的、均匀的、细小的微孔，细化晶粒和凝胶结构，提升微观结构的致密性，防止有害物质的入侵，并且还能够显著降低混凝土杂散电流腐蚀，有效抵抗多因素耦合作用下的腐蚀性，进而提高耐腐蚀性和耐久性。

2.3混凝土浇筑

混凝土施工过程中，事先做好排水设施，围护结构要严密，避免主体结构模板中积有明水等。预浇筑的混凝土结构内部的各类型钢筋及捆筋等不得与模板相接触，用于固定模板的螺栓穿过混凝土结构等必须有止水措施。混凝土浇筑时要在严格把控水胶比的基础上保持良好的工作性，方便工程施工以及振捣密实，浇筑后要及时采取养护措施，避免表面泛浆及连通孔洞的出现等，使混凝土强度得到较好的发展。确保整个浇筑连续，并严格把控每个工序的流程，使各个环节都执行到位，做到又好又快的建设。养护时，要确保合适的养护温度和养护时间，严控混凝土的塑性收缩，必要时可使用养护剂及涂刷保护层等。

2.4后期维护

在地铁混凝土后期养护中，要定期检查混凝土结构，观察是否有缺陷出现，并及时进行修复，避免混凝土破坏的扩大，影响混凝土的长期耐久性。对于没有扩展性的细微裂缝，一般可自愈，对混凝土的使用性能和耐久性能影响不大，可采用表面修补法，如涂刷聚合物改性水泥基材料等，对其进行粘合封堵。对于0.3mm以上的裂缝，特别是扩展性裂缝，一般采用嵌缝封堵法，沿裂缝凿槽，并灌入止水材料，彻底封闭裂缝。对于裂缝密集区域，严重危害到结构安全性时，必须加强防护支撑，如有可能凿去原有混凝土，采用灌浆对其填补修复，即置换混凝土加灌浆。

2.5杂散电流防护

对于杂散电流，可以通过增强结构之间的绝缘性来减小杂散电流的产生、或者降低流经混凝土结构的杂散电流量，还可以通过将钢筋与产生杂散电流的电源负极直接相连，使结构中的杂散电流不经外部介质而直接流入到电源负极，钢筋就不会成为阳极，从而阻止钢筋的腐蚀，但该方法会使得行车轨道的腐蚀加快，因此，该方法要慎用。闫明富通过研究地铁杂散电流腐蚀机理及仿真计算，阐明了影响杂散电流分布及钢轨电位的主要因素，并提出使用截面较大的无缝钢轨及提高道床与轨道间的泄露电阻等来降低杂散电流大小和钢轨电位，可有效提升地铁混凝土结构的耐久性。

3结语

影响混凝土耐久性的因素众多，必须结合工程实际，深入分析各影响因素，从工程设计、选料、施工到后期维护各个环节把关，有效延长地铁混凝土的使用寿命，也是贯彻可持续发展战略的重大举措。

参考文献

[1]李建国．城市轨道交通概论[M]．北京：机械工业出版社，2015．

[2]沈锦坤．地铁混凝土耐久性及影响因素之研究[J]．建筑工程，2017,3(12):113-114．

[3]温淑荔．天津滨海地区地铁工程耐久性影响因素分析[J]．地铁建筑技术，2015(1):886．