沿海地區(qū)地鐵工程混凝土耐久性問題及應(yīng)對措施

孫立喜

（天津市交通科學(xué)研究院，天津 300300）

0 引言

沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展速度相對較快，對地鐵的需求與日俱增。地鐵工程一般多穿越中心城區(qū)，投資巨大、施工工藝復(fù)雜，且維修困難。地下混凝土工程由于各種原因，往往運行時間不長就會出現(xiàn)各種病害問題。例如，上世紀(jì) 70 年代建成的香港地鐵運行僅僅 20 年時間，部分區(qū)間隧道便出現(xiàn)了混凝土內(nèi)排鋼筋嚴(yán)重銹蝕的問題。北京地鐵運營幾年后就出現(xiàn)隧道內(nèi)部水管腐蝕穿孔[1]。因此近年來人們對地鐵工程混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性研究極為關(guān)注。本文就以上問題進(jìn)行簡要分析，并提出相應(yīng)的處理措施。

1 混凝土耐久性主要影響因素

1.1 地鐵環(huán)境因素

沿海地區(qū)地下環(huán)境復(fù)雜，地下水中含有大量的氯離子、硫酸根離子等，這些離子嚴(yán)重影響混凝土的耐久性，同時由于地下水的滲漏和有害氣體的侵蝕，混凝土本身裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，造成隧道襯砌混凝土和結(jié)構(gòu)混凝土腐蝕、開裂等多種病害，致使地鐵隧道的使用功能衰退，嚴(yán)重的甚至?xí)绊懓踩\營。

環(huán)境因素引起混凝土的劣化機理在很多文獻(xiàn)和教科書中都有詳盡的論述，所以本文僅作簡單總結(jié)，不再贅述。

（1）氯離子侵蝕

沿海地區(qū)地下水中氯離子含量普較高，氯離子會使混凝土中的鋼筋失去鈍化膜，而使鋼筋產(chǎn)生腐蝕，其銹蝕產(chǎn)物的體積將比原來的體積大 2.5 倍以上，會使混凝土開裂、剝落，最終將導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)破壞、失效。氯離子引起鋼筋的腐蝕屬于電化學(xué)反應(yīng)，氯離子在反應(yīng)過程中起化學(xué)催化劑的作用，促使鋼筋銹蝕的發(fā)生，但氯離子本身并不消耗，這也是氯離子腐蝕的特點[2]。

（2）硫酸鹽侵蝕

硫酸鹽侵蝕分為物理侵蝕和化學(xué)侵蝕。物理侵蝕主要是結(jié)晶腐蝕，化學(xué)腐蝕主要是硫酸根離子參與化學(xué)反應(yīng)。混凝土受硫酸鹽腐蝕的特征是表面發(fā)白，棱角處出現(xiàn)裂紋甚至有剝落現(xiàn)象，最終，混凝土呈現(xiàn)出一種易碎、松散的結(jié)構(gòu)[3]。

（3）雜散電流

雜散電流對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞是地鐵工程所特有的一種形式。雜散電流主要對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋產(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[2]。

1.2 設(shè)計上的不足

目前地鐵混凝土材料沒有專門的關(guān)于混凝土耐久性方面的規(guī)范，耐久性設(shè)計的主要依據(jù)是 GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、GB/T 50476—2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》、GB 50157—2013《地鐵設(shè)計規(guī)范》等，規(guī)范中對影響混凝土的主要因素都做了相應(yīng)的規(guī)定，但是，由于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為了能夠滿足大部分地區(qū)或工程的需要，所以規(guī)范規(guī)定的范圍都比較寬泛，針對某一具體地區(qū)或工程而言，具體參數(shù)的科學(xué)選取要結(jié)合當(dāng)?shù)睾凸こ瘫旧淼膶嶋H情況具體分析。而一些設(shè)計人員由于專業(yè)或經(jīng)驗的限制，很難準(zhǔn)確選取。另外，某一具體地區(qū)或工程由于有其特殊性，個別重要參數(shù)可能不包含在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之中。

1.3 原材料問題

混凝土的原材料主要有水泥、水、砂、石、外加劑，為了提高耐久性，往往還要添加粉煤灰和礦渣粉等礦物摻合料。性能容易產(chǎn)生較大波動的原材料主要有河砂和粉煤灰等。由于環(huán)保要求，很多河道都限制甚至禁止采砂，這就造成河砂的料源很不穩(wěn)定，每批河砂性能波動大。粉煤灰是熱電廠燃煤燃燒的副產(chǎn)品，其品質(zhì)受燃煤的質(zhì)量影響明顯，容易產(chǎn)生波動。粉煤灰隨著近些年來基建行業(yè)的飛速發(fā)展，需求量也是迅速增加，一些不良商家經(jīng)常以次充好，更有甚者用石粉冒充粉煤灰。給工程質(zhì)量帶來隱患。

1.4 配合比設(shè)計問題

常規(guī)的混凝土設(shè)計以強度為配合比設(shè)計目標(biāo)，不考慮混凝土耐久性問題。而高性能混凝土以耐久性為設(shè)計目標(biāo)，一般的施工單位和混凝土拌合站不具備相應(yīng)的人員和專業(yè)的設(shè)備，只能套用從前的配合比，這樣設(shè)計出的混凝土很難滿足耐久性要求。

1.5 現(xiàn)場施工問題

混凝土的現(xiàn)場施工工藝主要涉及模板處理、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等。各個工藝應(yīng)根據(jù)新拌混凝土不同的工作性能進(jìn)行調(diào)整，但是，現(xiàn)場的混凝土工人多是勞務(wù)分包隊伍，以農(nóng)民工為主，未受過專業(yè)訓(xùn)練，且人員流動性大，操作人員很難對工作負(fù)責(zé)。

2 主要應(yīng)對措施

針對以上問題，應(yīng)該從設(shè)計、施工、管理等方面共同入手，才能有效杜絕問題發(fā)生，提高混凝土工程耐久性。

2.1 設(shè)計方面

如前所述，沿海地區(qū)地下環(huán)境造成鋼筋腐蝕的因素較多，設(shè)計單位應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計理念，不以混凝土強度作為唯一設(shè)計指標(biāo)，應(yīng)充分考慮混凝土耐久性問題。與混凝土耐久性相關(guān)的指標(biāo)如混凝土的氯離子滲透系數(shù)、體積穩(wěn)定性、含氣量等指標(biāo)的確定要結(jié)合現(xiàn)有的混凝土耐久性規(guī)范，同時要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w的環(huán)境特征，確定環(huán)境作用等級，還應(yīng)考慮施工工藝的不同，不同的施工工藝對混凝土的工作性要求也不相同。目前很多科研院校都做了大量關(guān)于混凝土耐久性方面的科研工作，特別是沿海地區(qū)，建議設(shè)計單位多與相關(guān)科研院校相結(jié)合，把現(xiàn)有的科研成果運用到實際工程中。

2.2 施工方面

原材料性能穩(wěn)定是影響混凝土性能的重要因素。因此，施工單位在保證原材料合格的基礎(chǔ)上，同時要控制材料性能的穩(wěn)定性，不能產(chǎn)生過大波動。其控制措施主要有：（1）加強料源控制，選擇正規(guī)的、規(guī)模較大的供應(yīng)廠家，禁止隨意更改供應(yīng)廠家。對于水泥、粉煤灰等膠凝材料和外加劑更換廠家后宜重新進(jìn)行配合比設(shè)計。（2）對于波動較大的河砂和粉煤灰需增加到場抽檢頻率。河砂應(yīng)重點檢驗顆粒級配、細(xì)度模數(shù)、含泥量等指標(biāo)。粉煤灰應(yīng)重點檢驗細(xì)度、燒失量、需水量比等指標(biāo)。（3）使用商品混凝土的單位要與商混站簽訂供應(yīng)合同，合同中除要求混凝土的強度外，也要明確所用原材料的指標(biāo)要求。（4）沿海地區(qū)的工程要特別注意海砂的使用，堅決杜絕偷用、濫用海砂行為。

混凝土配合比設(shè)計須由具有專業(yè)資質(zhì)的單位進(jìn)行。配合比設(shè)計中要考慮混凝土的環(huán)境等級、使用部位、施工工藝、所用原材料的性能等，影響因素復(fù)雜。施工中的混凝土配合比不是一成不變的，要根據(jù)原材料的性能波動做適當(dāng)調(diào)整，比如適當(dāng)?shù)脑鰷p砂率、及時根據(jù)砂石含水率的變化折減單方混凝土用水量等。

2.3 管理方面

建設(shè)單位在加強管理的同時，應(yīng)引進(jìn)第三方檢測機構(gòu)，作為施工過程中的質(zhì)量控制，同時積極尋求和科研院所合作，將科研院所作為咨詢單位引入到工程建設(shè)中，充分利用科研院所技術(shù)力量，解決工程中遇到的技術(shù)難題，同時又可以將新材料、新技術(shù)應(yīng)用到工程中。

3 結(jié)束語

沿海地區(qū)地鐵工程環(huán)境惡劣，影響因素眾多，需要建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位等多方共同配合，同時建設(shè)單位應(yīng)積極引入混凝土耐久性方面資深的技術(shù)咨詢單位，為工程順利開展保駕護(hù)航。

[1]杜豐巖．青島地鐵襯砌混凝土耐久性研究[D]．青島：青島理工大學(xué)，2011．

[2]黃炳德．地鐵結(jié)構(gòu)耐久性影響因素及其壽命預(yù)測研究[D]．上海：同濟大學(xué)， 2007．

[3]金雁南，周雙喜．混凝土硫酸鹽侵蝕的類型及作用機理[J]．華東交通大學(xué)學(xué)報，2006, 23(5): 4-8．