轨道工程混凝土耐久性分析与研究

季存建

摘 要：文章基于某城市轨道交通工程混凝土结构设计及环境的调查与分析基础上，结合混凝土配合比设计来论证混凝土结构耐久性的重要性、设计途径和基本思路，重点对施工过程中混凝土耐久性的控制措施进行分析与研究。

关键词：轨道交通；混凝土结构；耐久性指标

伴随着我国市政工程建设可持续发展战略的不断拓展，混凝土耐久性设计和应用研究日益为人们所关注。为了确保城市轨道交通工程的百年大计，应充分分析影响混凝土结构耐久性的主要因素，从配合比设计阶段着手，结合工程所处的环境、当地的原材料供应情况、施工方法等，从而维持混凝土结构的安全和正常使用。

1 混凝土耐久性控制的必要性和重要性

1.1 环境条件及耐久性控制的必要性

该城市地处我国沿海地带，地下水位埋深在3m左右，承压水头的埋深为3.0m～8.0m，呈现幅度和周期不尽相同的变化，而该城市轨道交通工程的地下车站和盾构区间埋深普遍达到了10～20m，部分地段埋深将近30m或更深，由此导致车站和盾构区间外表面水压力过大，引起地下水中有害离子的渗透速率加快。该地区地下水水质较为复杂，其中Cl-和SO42-的含量要明显高于部分沿河城市。因此，更需要关注和控制地下水对混凝土构件的腐蚀影响。另外，该城市地表的极低温度可达到零下15℃，最冷月平均温度为零下5℃，因此，混凝土的施工过程尚受到冻融循环的影响。其次，车站在其运行期间的温度一般为20～25℃之间，相对湿度40～80%，站台和站厅内CO2含量较高且相对湿度变化幅度大，盾构区间和站厅交界位置CO2的含量较低且相对湿度稳定。因此，站台和站厅的混凝土构件由碳化作用造成的影响比较大。从已建成的地铁项目调查中发现：部分地下连续墙、侧墙、顶板和底板等混凝土存在局部的裂缝和渗水现象，盾构管片的接缝位置也有不同程度的渗漏，多数处于干湿交替环境下。

1.2 混凝土耐久性控制的重要性

钢筋混凝土结构一直以来都被看作是一种耐久性良好的结构型式，应用范围比较广泛。但是，钢筋混凝土结构在其应用期间，很多结构失效问题会直接导致钢筋混凝土结构的使用寿命急剧缩短，而导致结构失效问题的原因很多，其中结构设计强度不足造成结构承受荷载不利变化情况普遍，而耐久性也是影响使用寿命的决定性因素。从国内外大量工程实践中发现，因钢筋混凝土结构耐久性病害造成的工程损失是无法想象的，因此针对混凝土结构耐久性这样棘手的问题势必引起足够的重视，认真展开研究和总结，既要对在建项目进行科学合理的耐久性评估和服役期限预测并选用正确的方法进行修复，又要对拟建项目进行相关耐久性的设计研究工作，分析可能影响到混凝土结构使用寿命的各项因素，从设计和施工两个方面共同把关。

2 配合比设计对混凝土耐久性的考虑

为确保百年工程混凝土的使用寿命，本地区工程通过混凝土的配合比设计对材料和混凝土性能提出了明确的要求：最大胶凝材料用量不大于450（或400）kg/m3，最小胶凝材料用量不小于340kg/m3；混凝土凝结时间不小于10h，含气量为3%，56d的电通量小于1200C；其余指标应符合规范或设计要求。

2.1 原材料的选用

（3）外加剂则选用聚羧酸高效减水剂，根据施工环境可选择性加入聚丙烯等有机类纤维材料，所使用的外加剂性能指标如表4。

表4 聚羧酸高性能减水剂性能指标

（4）严格控制粗细集料质量，合理进行集料的掺配，减少单位用水量，使用合理砂率，保证混凝土施工性能。细集料选用颗粒级配为II区的中砂，如表5所示。粗集料采用碎石，粒径为5～25mm且颗粒级配良好。

表5 粗细集料性能指标

2.2 混凝土配合比设计

本地区轨道交通工程主体结构、顶板、底板、梁、墙混凝土配合比设计的主要理念：采用优质外加剂，大掺量的矿物掺合料，低水胶比，以降低水化热的作用，增强混凝土的密实度，提高防水能力。主要采用的试验室配合比如表6，对混凝土的耐久性指标（电通量、抗渗性能、抗冻性能）进行了检验，检验结果如表7。试验室配制的混凝土，通过试验结果表明混凝土能够满足设计提出的耐久性要求。

3 耐久性混凝土过程控制的关键技术

在混凝土生产过程中，应严格按试验室配合比进行调整，使用符合配合比要求的原材料，适时监测砂石含水率。

3.1 注意控制混凝土构件的钢筋保护层厚度，保护层的垫块一般选用塑料保护层定位夹或定型的纤维砂浆块等。

3.2 混凝土在浇筑过程中严禁随意加水。若坍落度较小，可适当添加外加剂，确保混凝土的连续；振捣必须充分密实；严格控制混凝土浇筑温度，如浇筑大体积混凝土构件则应在气温低的条件下进行，可从施工角度控制混凝土入模的温度，一般可以夜间施工。

3.3 混凝土构件的养生。在浇捣完毕后立即对成型的构件进行遮覆保水，避免混凝土构件失水过快。

3.4 防腐蚀措施的应用

施工环境和经济条件允许的情况下，采用防水卷材和有机涂料施工，必然要考虑到涂层的渗透性，从而为施工中可能会出现的早期裂缝问题进行封闭处理以提高混凝土构件的抗渗水性能和抗裂性能。

3.5 施工中的质量检测

3.5.1 原材料的性能檢测。施工中应加强原材料的质量检测，杜绝不符合要求的材料用于本项目。

3.5.2 在施工过程中，抽取现场混凝土进行耐久性检验和同条件下的模拟试验。该项目在施工过程中，混凝土主要指标如表8所示。从表中可以看出，各项指标均符合规范或设计要求。

表8 工程施工中混凝土的主要指标

3.5.3 裂缝和渗水检测。定期对钢筋混凝土构件是否存在裂缝和渗水问题进行检测，观察已出现裂缝的发展体征并描述，分析裂缝出现的主要原因，在后续施工中加强施工管理。

4 结束语

4.1 为了轨道交通工程的百年大计，提高混凝土的耐久性是混凝土发展的必然趋势。我们应根据工程所在的环境条件和施工工艺分析影响混凝土耐久性的各种因素，确保混凝土结构安全可靠。

4.2 轨道交通工程混凝土耐久性设计应遵循“以防为主”的基本原则，从结构设计、材料选择及严格的施工质量等来保证，同时应注意对其在使用阶段实行必要的管理和维护。

参考文献

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