地铁混凝土耐久性影响因素的研究现状

赵进

摘 要：在我国经济建设发展中，城市地铁建设已经取得了很大成就，在城市交通建设和经济发展中发挥了积极作用。但在一些地铁工程中，出现了渗水、漏水和坍塌等质量缺陷，严重影响了地铁的运营使用，并对人们的出行安全形成了重大威胁。这些问题的出现与地铁工程施工中使用的混凝土性能有很大关系，在混凝土耐久性较差的情况下，就会引发地铁工程的裂缝和老化等问题。本文主要分析探究地铁混凝土耐久性影響因素，了解这些因素对混凝土耐久性的影响，对当前研究进展和之后的研究方向进一步掌握。

关键词：地铁混凝土;耐久性;影响因素;研究现状;研究方向

1 地铁混凝土耐久性影响因素分析

混凝土耐久性，指的是在规定使用年限内，在各种环境条件下不需进行额外的加固和二级保护处理，确保其得以正常使用，并可正常承受外界压力，具备一定的安全性。地铁工程是国家建设项目，其建设规模大、投资巨大、施工周期长、质量要求高，因此地铁混凝土需满足其施工受力要求，且要保证耐久性，确保工程使用寿命和质量安全。具体会对其耐久性产生影响的因素如下：

1.1 冻融因素

一些地区的地铁混凝土，在水和寒冷作用下，受冻融影响其耐久性会被破坏。低温状态下水容易凝固，与液态状态相比，固态体积会增大而产生膨胀应力。这种应力在超出混凝土的抗拉强度后，会损坏到混凝土，虽然后期可以解冻，但其残余的膨胀也会破坏混凝土。

1.2 材料选择

如果混凝土原材料的质量较差，或者其配合比设计不合理，也会导致其出现开裂、渗漏问题。具体情况有，水泥安定性不足、砂石中含泥量过大、应用了反应性骨料、水泥水化热过高等。混凝土自身不均匀也会引发其变形问题，其中使用了过多的砂浆，则会引发较大收缩，其水化硬化的过程中，局部部位会产生约束效应，该应力大于混凝土抗拉强度的情况下，则会引发宏观裂缝。

1.3 结构设计

地铁结构设计中，包含了结构选型、荷载计算以及基坑围护、内衬和结构楼板等设计工作。其中结构选型，通常会选择浅埋式矩形箱式结构、深埋式圆形隧道式结构等，其它设计项目需要对各种荷载进行估算，并设计好各项构件的强度和抗裂。在选型不合理、荷载估算准确性低的情况下，会出现混凝土等级选择、配筋设计等错误，导致混凝土抗裂性能达不到相关要求，最终出现渗漏问题。

1.4 环境因素影响

首先是碳化因素，在混凝土的长期暴露中，会受到空气中碳化因素影响，水泥石中碱性物质与二氧化碳反应出现组织和性能等变化，会将混凝土的性能破坏。在经碳化后，混凝土的碱性降低，并会破坏钢筋表面钝化膜，进而引发腐蚀损坏。并且其引发的收缩现象，也会破坏内部结构，导致裂缝产生;其次是化学性质侵蚀，主要有硫酸盐和酸性物质的破坏，前者反应产生的新物质会使混凝土膨胀，进而出现胀裂问题。后者则会侵蚀水泥中化合物，氢氧化钙与其它物质反应而生成可溶性钙盐，会降低混凝土强度，导致其产生崩解现象。

2 地铁混凝土耐久性影响因素的研究现状

2.1 杂散电流影响

地铁杂散电流指的是在地铁列车运行中，其采用的直流供电牵引方式，在运行铁轨与大地接触绝缘不佳的情况下，正极流出电流在行走轨流经时，没有完全流回到负极而是一部分进入大地，这就是杂散电流。这种现象会腐蚀主体结构钢筋，隧道水管也会受此影响而被腐蚀穿孔。

在20世纪末，有学者提出迷流腐蚀相比于土壤，其对地下结构的腐蚀更加严重，并且提出应根据项目实际情况，采用可行技术控制腐蚀。2003年的印度国家冶金实验室实地选取地下管道进行实验，发现杂散电流会使得腐蚀加速的现象。之后的对比实验中，证实了在氯环境下，杂散电流会使得腐蚀加速。2008年罗伯斯.埃尔德南等人的研究中，指出直流杂散电流相比于盐腐蚀，会更容易缩短轨道使用寿命，因此要降低地铁基础腐蚀程度，就要做好绝缘措施，同时要控制好杂散直流电流。

2.2 氯离子影响研究

20世纪30年代，美国开始出现需要因为氯离子侵蚀而必须拆除大桥的情况，印度等地也出现海港中混凝土被腐蚀损坏的问题。20世纪80年代，混凝土设施不断增加，包括我国在内的一些国家出现氯离子破坏混凝土的情况。具体其侵蚀原理就是，将游离的氯离子混入钢筋混凝土中，在其达到钢筋表面后，破坏掉钢筋钝化膜会使钢筋生锈，而破坏钢筋结构。

学者于红发进行了多方面实验，在损伤力学原理辅助下，分析探究在冻融环境、腐蚀环境下，混凝土不被损伤过程的特点和规律，建立起了混凝土损伤演化方程，该方程具备一定的普及意义。并进一步提出了损伤速度和加速度概念、混凝土结构使用年限的理论方法，在预防混凝土腐蚀方面起到了重要作用。此外也有学者将可靠性与损伤理论结合，提出适用不同边界和单因素等作用下，更符合实际情况的混凝土使用寿命预测模型。也进行了不同环境下，氯离子对混凝土的侵蚀方式研究，建立起了相关预测模型，以对氯离子的侵蚀和腐蚀速度进行合理推测。

3 地铁混凝土耐久性影响因素的研究方向

当前，人们对地铁混凝土耐久性影响因素的研究中，揭示了杂散电流和氯离子等对其结构的影响，但对其影响方式缺乏深入研究。在地铁工程中，混凝土的应用十分重要，对其性能也提出了更高要求，因此在今后研究中需要研究高性能混凝土。而且受地铁工程环境影响，高性能钢筋混凝土结构的发展会遇到一些阻碍，需要进行以下问题的研究，发展对地铁混凝土耐久性影响的研究。

第一是腐蚀离子、杂散电流耦合，会对混凝土结构产生的影响，需研究其腐蚀和耦合机理，掌握在这两项因素影响下对混凝土性能影响规律;第二是以地铁工程实际情况为依据，研究在腐蚀性离子、杂散电流和疲劳因素作用下，疲劳损伤对整个腐蚀耦合影响，掌握其损伤变化规律和力学性能变化趋势等，以及是否可建立起相关腐蚀疲劳损伤方程;第三是可否优化混凝土配方，达到抵抗混凝土腐蚀的作用。

4 结语

地铁运行的高效便捷、载客量大等优势，使其在城市交通建设中发挥着重要作用，要使其实现平稳运行，就要深入研究其混凝土耐久性问题，从其影响因素和腐蚀机理出发，采取合理措施加强其耐久性。

参考文献：

[1]王斌.地铁混凝土耐久性影响因素的研究现状[J].建筑工程技术与设计，2015，（30）：1495.

[2]沈锦坤.地铁混凝土耐久性及影响因素之研究[J].装饰装修天地，2017，（24）：113.