王環(huán)宇

摘 要：沿海地區(qū)地鐵工程的特點(diǎn)與施工難點(diǎn)是，地下水中的硫酸根離子和氯離子，對(duì)工程混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕影響，導(dǎo)致地鐵工程混凝土耐久性的降低。下文中，筆者將結(jié)合個(gè)人參與工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，分析沿海地區(qū)地鐵工建設(shè)工程中，影響混凝土耐久性、產(chǎn)生腐蝕影響的因素，總結(jié)提升混凝土耐久性的要點(diǎn)與策略，以供同行業(yè)者借鑒參考。

關(guān)鍵詞：耐久性；腐蝕性；混凝土結(jié)構(gòu)；地鐵建設(shè)工程；沿海地區(qū)

1 前言

沿海城市地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快，對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨蟾?，其地鐵工程的施工復(fù)雜、投資數(shù)額高，地鐵項(xiàng)目需要穿過(guò)城市中心，為了確保地鐵工程的施工安全與穩(wěn)定，避免產(chǎn)生工程病害危及市民人身與財(cái)產(chǎn)安全，需要加強(qiáng)地鐵工程的混凝土耐久性設(shè)計(jì)。由于近年中，地鐵項(xiàng)目建成使用后的質(zhì)量問(wèn)題頻發(fā)，引起了有關(guān)單位及設(shè)計(jì)人員的重視，下文中，筆者將具體分析影響混凝土耐久性的因素，提出增強(qiáng)地鐵混凝土耐久性的設(shè)計(jì)策略。

2 影響混凝土耐久性的因素

2.1 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(shí)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(kāi)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\(yùn)營(yíng)。環(huán)境因素引起混凝土的劣化機(jī)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(jiǎn)單總結(jié)，不再贅述。

一是，氯離子侵蝕。沿海地區(qū)地下水中氯離子含量普遍較高，氯離子會(huì)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(lái)的體積大2.5倍以上，會(huì)使混凝土開(kāi)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(guò)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(diǎn)。

二是，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)。

三是，雜散電流。雜散電流對(duì)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(duì)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(huì)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。

2.2 設(shè)計(jì)缺陷

目前，地鐵設(shè)計(jì)中沒(méi)有專門的關(guān)于混凝土材料耐久性方面的規(guī)范，耐久性設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）（2015年版）、《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50476-2008）、《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157-2013）等，這些規(guī)范中對(duì)影響混凝土的主要因素都做了相應(yīng)的規(guī)定。不過(guò)，由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的規(guī)定要保證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(duì)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?shí)際情況具體分析。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行相關(guān)工作時(shí)，往往受到專業(yè)技能或經(jīng)驗(yàn)的限制，難以保證準(zhǔn)確的選取。另外，如果某一具體地區(qū)或工程存在特殊性，個(gè)別重要參數(shù)可能不包含在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范之中，需要結(jié)合勘察單位提供的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3 原材料因素

混凝土的原材料主要包括水泥、水、砂、石、外加劑等，為了提高其耐久性，往往還要添加粉煤灰和礦渣粉等礦物摻合料。而對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生較大波動(dòng)的原材料主要有河砂和粉煤灰等。因?yàn)榄h(huán)保等客觀條件的影響，很多河道都限制甚至禁止采砂，這就造成河砂的來(lái)源很不穩(wěn)定，并且每批河砂的性能指標(biāo)波動(dòng)也較大。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。隨著近些年來(lái)基建行業(yè)的飛速發(fā)展，粉煤灰的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(lái)隱患。

2.4 配合比不當(dāng)

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

2.5 現(xiàn)場(chǎng)施工因素

混凝土的現(xiàn)場(chǎng)施工工藝主要涉及模板處理、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等，各個(gè)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(chǎng)的混凝土工人多是勞務(wù)分包隊(duì)伍，未必接受過(guò)專業(yè)訓(xùn)練，且人員流動(dòng)性較大，操作人員很難對(duì)混凝土的質(zhì)量負(fù)責(zé)。

3 提高地鐵工程混凝土耐久性的設(shè)計(jì)策略

3.1 優(yōu)化混凝土耐久性設(shè)計(jì)

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(jì)單位應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，不以混凝土強(qiáng)度作為唯一設(shè)計(jì)指標(biāo)，應(yīng)充分考慮混凝土耐久性問(wèn)題。與混凝土耐久性相關(guān)的指標(biāo)，例如混凝土的氯離子滲透系數(shù)、體積穩(wěn)定性、含氣量等，在確定過(guò)程中，要結(jié)合現(xiàn)有的混凝土耐久性規(guī)范，同時(shí)還要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w的環(huán)境特征。另外，在確定環(huán)境作用等級(jí)時(shí)，還應(yīng)考慮不同的施工工藝對(duì)混凝土工作性能的要求也不相同。目前很多科研院校做了大量關(guān)于混凝土耐久性方面的科研工作。因此在沿海地區(qū)地鐵工程設(shè)計(jì)中，建議設(shè)計(jì)單位與相關(guān)科研院校進(jìn)行合作，把現(xiàn)有的科研成果運(yùn)用到實(shí)際工程中。

3.2 加強(qiáng)混凝土原材料質(zhì)量管控

沿海地區(qū)地鐵工程中，混凝土原材料質(zhì)量是決定其性能的最主要因素。因此，作為有關(guān)單位及管理者應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)混凝土原材料的質(zhì)量控制，一方面要確保原材料性能穩(wěn)定、質(zhì)量合格，避免混凝土穩(wěn)定性產(chǎn)生劇烈波動(dòng)。施工管理者應(yīng)當(dāng)選擇大規(guī)模、有正規(guī)經(jīng)營(yíng)資質(zhì)的供貨廠商，依據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，尋找合適的外加劑、粉煤灰、水泥和其他膠凝材料。對(duì)粉煤灰、河砂等性能容易變化的材料，需要在進(jìn)場(chǎng)的時(shí)候進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)——分別檢測(cè)粉煤灰的需水量比、燒失量、細(xì)度等指標(biāo)，和河砂的含泥量、細(xì)度模數(shù)、顆粒級(jí)配指標(biāo)。建筑單位應(yīng)當(dāng)與混凝土材料供貨商簽訂正式采購(gòu)合同，對(duì)地鐵工程中應(yīng)用原材料的各項(xiàng)指標(biāo)、混凝土的強(qiáng)度與性能，提出明確具體的要求，同時(shí)要加強(qiáng)原材料質(zhì)量監(jiān)管，避免使用、濫用或者偷用海砂。

3.3 科學(xué)進(jìn)行混凝土配比

沿海地區(qū)地鐵工程中的混凝土配合比設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)綜合考量原材料性能與選擇、混凝土施工技術(shù)、具體施工位置、周邊環(huán)境等級(jí)等因素，并交由資質(zhì)合格的有關(guān)單位進(jìn)行施工，從而確?；炷恋呐浔荣|(zhì)量。在確定混凝土配合比的時(shí)候，需要依據(jù)砂石含水率、增減砂率的數(shù)值與變化，不斷調(diào)整混凝土用水量，以保證混凝土的科學(xué)配比，提升工程質(zhì)量。

3.4 做好混凝土質(zhì)量檢測(cè)

除了要求建筑單位做好混凝土施工管理之外，還應(yīng)當(dāng)聘請(qǐng)專業(yè)的第三方質(zhì)量檢測(cè)部門，對(duì)混凝土施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)注重科技創(chuàng)新，將新技術(shù)、新科研成果應(yīng)用在混凝土耐久性設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中，提升混凝土的耐久性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，與普通地區(qū)相比，沿海地區(qū)的地鐵工程施工對(duì)混凝土耐久性提出了更高的要求及標(biāo)準(zhǔn)，施工單位、建設(shè)單位及設(shè)計(jì)單位要相互配合，綜合考慮各項(xiàng)影響混凝土耐久性的因素，并制定出防范、應(yīng)對(duì)的辦法，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、加強(qiáng)混凝土原材料質(zhì)量管控、科學(xué)進(jìn)行混凝土配比、做好混凝土質(zhì)量檢測(cè)的工作，確?；炷恋哪途眯阅?，確保地鐵工程質(zhì)量。

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