城市轨道交通地下结构砼耐久性评价与寿命提升技术

司孙义，刘金伟，管腾飞，毕承伟，周豪，张禹康，李晓钰

（国家城市轨道交通建设工程产品质量监督检验中心 江苏省建筑工程质量检测中心有限公司，江苏 南京 210028）

1 工程概况

南京作为我国城市轨道交通工程建设较早、规模较大的地级市，结合其地质环境情况分析南京地铁工程地下结构耐久性的影响因素及采取哪些措施提升混凝土耐久性。由于南京施工环境相对较好，按照GB/T50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》评定环境作用等级为I-B。根据GB 50153—2008《工程结构可靠性设计统一标准》的规定，对于城市轨道交通工程设计使用年限为不低于100 y。南京地铁根据地下车站在一般环境作用下的等级和设计年限，明确各结构部位最低混凝土强度等级。

2 地下结构混凝土耐久性评价

2.1 地下结构混凝土耐久性影响因素

2.1.1 混凝土的渗透破坏

混凝土结构在施工过程中由于商品混凝土公司未严格按照设计配合比生产、混凝土用原材料不符合标准要求、施工过程中振捣不密实等原因，导致有害介质在混凝土中渗透、扩散或迁移，从而破坏混凝土结构的耐久性。因此，设计规范对混凝土用各种原材料的性能均应满足相关产品标准要求，对混凝土配合比也提出最低胶凝材料、最高胶凝材料用量、最大水胶比等相关技术要求。

2.1.2 碱骨料反应

碱骨料反应是指混凝土中的碱与活性骨料发生反应导致结构发生膨胀破坏作用，因此南京地铁对每家商品混凝土公司的骨料均要求进行碱骨料反应试验，杜绝活性骨料在城市轨道交通工程中使用，并对主体结构所有混凝土配合比均要求开展混凝土氯离子含量及总碱量检测。

2.1.3 混凝土碳化作用

混凝土发生碳化作用主要是指钢筋混凝土结构实际使用过程中，混凝土内部CO2气体含量达到一定程度后，与混凝土中碱性物质发生化学反应生成新的物质碳酸钙，由于混凝土碱度降低后，使混凝土表面致密的钝化膜破坏，从而混凝土中的钢筋容易产生锈蚀，进而破坏混凝土结构耐久性。

2.1.4 钢筋锈蚀

混凝土中钢筋锈蚀主要是由于混凝土结构中的氯离子含量超标，从而引发电化学腐蚀，钢筋表面的钝化膜受氯离子破坏后，迅速发生大面积锈蚀，从而使混凝土结构发生膨胀性破坏，降低混凝土结构耐久性。

2.2 地下结构混凝土耐久性评价

为更好地提高城市轨道交通工程混凝土耐久性，根据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》并结合南京的施工环境，南京地铁通常选择电通量、抗碳化、抗裂性能、氯离子扩散系数及混凝土配合比的氯离子含量、总碱量作为评价混凝土耐久性的关键参数，具体参数指标如表1所示。

表1 南京地铁X号线地下车站混凝土耐久性检测指标及检测频率

3 混凝土耐久性提升技术

3.1 合理设计满足耐久性要求的混凝土配合比

商品混凝土公司在生产配合比之前，应严格按照设计图纸的相关耐久性要求结合标准规范合理设计混凝土配合比，合理使用添加剂有利于提升混凝土耐久性。比如粉煤灰、矿粉可以改善水泥的反应环境，提高混凝土结构的密实度及强度。由于矿物掺合料比表面积较大具有较强的吸水性，从而改变混凝土空隙的渗透性。另外，矿物掺合料可以提高混凝土抗腐蚀性能，降低氯离子扩散的能力。合理应用添加剂，可以使混凝土微观结构中的有利闭孔微气泡增多，有利于提高混凝土自身的抗渗透能力。根据混凝土耐久性设计规范，在设计混凝土配合比时，还应避免使用活性骨料，实时检测配合比胶材中氯离子含量及混凝土总碱量指标，保证混凝土耐久性符合设计要求。

3.2 通过钢筋保护层厚度提高混凝土结构抗碳化能力

钢筋保护层厚度作为混凝土结构施工过程中一项重要控制指标，亦是验收规范中必检的项目，如何更有效地保证钢筋保护层厚度符合设计要求，可以提高使用钢模或强度较高不易变形的模板施工，保护层厚度应使用超过混凝土实体设计强度2个强度等级的混凝土垫块，并固定牢靠。

3.3 通过引入阻锈剂提高混凝土耐久性能

电化学的基本原理是通过施加外加电场，达到有效离子在混凝土内部的迁移。电迁移阻锈剂需具有较好的阻锈能力，易溶于水且带正电，能在电场作用下向混凝土中迁移，性质稳定，不会对混凝土性能产生不利影响，能长时间留存在混凝土内，经济环保，能有效提高混凝土耐久性。

4 结语

混凝土的耐久性成为建筑寿命的主要控制指标，因此，熟悉城市轨道交通工程地下结构混凝土的设计依据及耐久性能评价，施工过程中如何有效控制并提高结构混凝土耐久性对我们工程人员来说至关重要。作为检测人员，更应该熟悉掌握混凝土耐久性控制的源头及施工过程中应检测哪些耐久性指标，为城市轨道交通等重要民生工程把好质量关，为社会创造价值。