地铁混凝土耐久性影响因素的研究现状

摘要：如今，地铁工程中混凝土被腐蚀的报道屡见不鲜，人们对其也越来越重视。研究地铁结构所处的位置和环境，可以找出影响混凝土耐久性的影响因素，如氯离子等。笔者在本文中分析了影响地铁混凝土耐久性因素的研究现状，探讨了该项研究未来的发展方向，以期进一步提高国内地铁工程的质量和使用寿命。

关键词：地铁 混凝土 耐久性 影响因素

如今，钢筋被腐蚀、气候寒冷和工程所在地的物理化学环境是破坏混凝土结构的主要原因。由于地铁项目所处的位置有较强的特殊项，和一般项目相比，其施工技术、环境和使用的功能等具有较大的差异，不仅环境介质会侵蚀钢筋混凝土的耐久性，地铁杂质电流带来的腐蚀作用也不可小觑。近些年来，在钢筋混凝土抗腐蚀上的研究越来越多，但是实际应用于地铁项目中混凝土抗腐蚀的技术却很少，人们也没有重视研究杂散电流和盐腐蚀。

一、研究现状

1、杂散电流影响的研究现状

我们所述的地铁杂散电流，指的是由于地铁列车的运行使用的是直流供电牵引方式，要是运行的铁轨和大地的接触部分绝缘效果不良或者没有完全绝缘，从正极流出的电流在流经行走轨的时候，没有百分之百的流回负极，让一部分流进大地，我们称这部分为杂志电流或者迷流，北京地铁营运几年后，发现主体结构钢筋被严重的腐蚀，甚至出现隧道水管因腐蚀而穿孔的情况，这样的情况在天津地铁也同样存在。这些情况不是国内特有的，如日本等比较发达的国家地铁也出现类似的由迷流造成的腐蚀问题。

在上世纪末，埃及学者Emad S.Ibrahim提出了和土壤对地下结构腐蚀的程度相比，迷流的腐蚀更严重的观点，他认为应该以地铁项目的实际情况为基础，使用经济、可行的技术对腐蚀进行控制。2003年，印度国家冶金实验室马德拉斯中心Srikanth S， Sankaranaray anan T S N 等通过实地选取地下管道的实现，发现散杂电流会让其加速腐蚀，他们的研究成果对我们研究地下建筑腐蚀和迷流之间的关系具有指导性的意义。2005年意大利研究人员卢卡・贝托里尼等做了一项对比实验，让交流电和直流电分别通过水泥石和混凝土，他们的研究结果证实，散杂电流在氯环境下会加速其腐蚀。2008年罗伯斯・埃尔南德斯等人认为，直流散杂电流和盐腐蚀等相比，缩短轨道的使用寿命更明显，他的研究证实要想减少地铁的基础腐蚀，不仅绝缘措施要做好，还需要控制散杂直流电流。

2、氯离子影响的研究现状

早在上世纪三十年代，美国出现由于氯离子侵蚀不得不拆除更换大桥的情况，同时诸如印度、澳大利亚等也出现在海港中的混凝土被腐蚀致损坏的情况，到八十年代，由于混凝土设施的增多，很多国家都有氯离子破坏混凝土的报道。同样我国也不例外，这方面的报道也比较多。氯离子腐蚀的原理是：在钢筋混凝土中有游离的氯离子混入，进入钢筋表面后，把钢筋的钝化膜破坏掉，让钢筋生锈，对钢筋结构造成严重的损坏。

余红发在损伤力学原理的辅助下，经过多方面的实验，对混凝土在冻融和腐蚀环境下不被损伤过程的特点和规律，建立起具有普及意义的混凝土损伤演化方程，他提出了新的损伤概念：损伤速度和损伤加速度，同时也提出了预测混凝土结构使用年限的理论和方法，对国内地铁钢筋混凝土结构的防腐蚀和延长使用年限具有重要的意义。关羽刚把可靠性和损伤理论结合在一起，他第一次提出适用不同边界、单因素、多因素等共同作用下的和实际情况更相符的预测混凝土使用寿命的Weibull分布模型。袁承斌等人研究了混凝土在不同环境下被氯离子侵蚀的方式，建立和在应力状态下混凝土被氯离子腐蚀速度的预测模型，推测氯离子的侵蚀和腐蚀速度。

二、研究的发展方向

人们的研究揭示杂散电流、氯离子等都会腐蚀地铁混凝土结构，但是对这些因素的产生以及对混凝土的影响方式研究的不够透彻。如今世界范围内在大规模的使用钢筋混凝土，对钢筋混凝土的性能也提出了更高的要求，因此，今后应用和研究的趋势必然是高性能的混凝土，除此之外，由于地铁所处的环境有所差异，其他的影响因素也许会发挥重要的作用，因此应用和发展高性能钢筋混凝土结构，必然会遇到很多的阻碍。对其进行研究需要着重考虑以下三个问题。

（1）腐蚀离子和杂散电流耦合对混凝土结构产生的影响，考虑到这两个因素都会加速地铁混凝土结构的腐蚀。杂散电流和钢筋腐蚀和在混凝土表面进入离子，然后对钢筋进行腐蚀，导致钢筋运载力越来越低，最终降低其抗剪切强度和达到极限承载力，因此其腐蚀和耦合机理需要我们深入的研究，能否研究出在这两个腐蚀因素的影响下，钢筋腐蚀和力学性能变化规律，混凝土性能变化的规律。是不是可以由一种腐蚀当量着手，把这两种腐蚀因素联系在一起，从而向多种腐蚀因素推广，得出具有普遍意义的结论。

（2）在腐蚀性离子、杂散电流和疲劳三个因素的作用下，以地铁项目的实际情况为基础，需要研究疲劳损伤对整个腐蚀因素耦合的影响，对这方面进行研究具有较强的现实意义。在疲劳荷载的作用下，其余两个因素引起的结构损伤变化的规律、力学性能变化的趋势以及耦合机理是怎样的？是否可以建立综合各种腐蚀因素的腐蚀疲劳损伤方程对疲劳寿命进行预测，以便于采取必要的防范措施，杜绝事故的出现，延长使用寿命。

（3）我们是否可以通过优化混凝土配方的方式，如可以加入掺合料、碱激发剂等，对腐蚀疲劳的机制作用进行系统的研究，如果能深入的对其进行研究，这种方式对防范地铁混凝土构件的腐蚀具有一劳永逸的作用。

结束语：

如今，地铁以快速的运行速度、平稳的运行方式等优势出现在各大城市，但是地铁混凝土的耐久性需要深入的研究，唯有如此才能进一步提高地铁的使用寿命。

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