軌道工程混凝土耐久性分析與研究

季存建

摘 要：文章基于某城市軌道交通工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及環(huán)境的調(diào)查與分析基礎(chǔ)上，結(jié)合混凝土配合比設(shè)計(jì)來(lái)論證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要性、設(shè)計(jì)途徑和基本思路，重點(diǎn)對(duì)施工過(guò)程中混凝土耐久性的控制措施進(jìn)行分析與研究。

關(guān)鍵詞：軌道交通；混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性指標(biāo)

伴隨著我國(guó)市政工程建設(shè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的不斷拓展，混凝土耐久性設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究日益為人們所關(guān)注。為了確保城市軌道交通工程的百年大計(jì)，應(yīng)充分分析影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素，從配合比設(shè)計(jì)階段著手，結(jié)合工程所處的環(huán)境、當(dāng)?shù)氐脑牧瞎?yīng)情況、施工方法等，從而維持混凝土結(jié)構(gòu)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 環(huán)境條件及耐久性控制的必要性

該城市地處我國(guó)沿海地帶，地下水位埋深在3m左右，承壓水頭的埋深為3.0m～8.0m，呈現(xiàn)幅度和周期不盡相同的變化，而該城市軌道交通工程的地下車站和盾構(gòu)區(qū)間埋深普遍達(dá)到了10～20m，部分地段埋深將近30m或更深，由此導(dǎo)致車站和盾構(gòu)區(qū)間外表面水壓力過(guò)大，引起地下水中有害離子的滲透速率加快。該地區(qū)地下水水質(zhì)較為復(fù)雜，其中Cl-和SO42-的含量要明顯高于部分沿河城市。因此，更需要關(guān)注和控制地下水對(duì)混凝土構(gòu)件的腐蝕影響。另外，該城市地表的極低溫度可達(dá)到零下15℃，最冷月平均溫度為零下5℃，因此，混凝土的施工過(guò)程尚受到凍融循環(huán)的影響。其次，車站在其運(yùn)行期間的溫度一般為20～25℃之間，相對(duì)濕度40～80%，站臺(tái)和站廳內(nèi)CO2含量較高且相對(duì)濕度變化幅度大，盾構(gòu)區(qū)間和站廳交界位置CO2的含量較低且相對(duì)濕度穩(wěn)定。因此，站臺(tái)和站廳的混凝土構(gòu)件由碳化作用造成的影響比較大。從已建成的地鐵項(xiàng)目調(diào)查中發(fā)現(xiàn)：部分地下連續(xù)墻、側(cè)墻、頂板和底板等混凝土存在局部的裂縫和滲水現(xiàn)象，盾構(gòu)管片的接縫位置也有不同程度的滲漏，多數(shù)處于干濕交替環(huán)境下。

1.2 混凝土耐久性控制的重要性

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一直以來(lái)都被看作是一種耐久性良好的結(jié)構(gòu)型式，應(yīng)用范圍比較廣泛。但是，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在其應(yīng)用期間，很多結(jié)構(gòu)失效問(wèn)題會(huì)直接導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命急劇縮短，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效問(wèn)題的原因很多，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足造成結(jié)構(gòu)承受荷載不利變化情況普遍，而耐久性也是影響使用壽命的決定性因素。從國(guó)內(nèi)外大量工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，因鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性病害造成的工程損失是無(wú)法想象的，因此針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性這樣棘手的問(wèn)題勢(shì)必引起足夠的重視，認(rèn)真展開(kāi)研究和總結(jié)，既要對(duì)在建項(xiàng)目進(jìn)行科學(xué)合理的耐久性評(píng)估和服役期限預(yù)測(cè)并選用正確的方法進(jìn)行修復(fù)，又要對(duì)擬建項(xiàng)目進(jìn)行相關(guān)耐久性的設(shè)計(jì)研究工作，分析可能影響到混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的各項(xiàng)因素，從設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面共同把關(guān)。

2 配合比設(shè)計(jì)對(duì)混凝土耐久性的考慮

為確保百年工程混凝土的使用壽命，本地區(qū)工程通過(guò)混凝土的配合比設(shè)計(jì)對(duì)材料和混凝土性能提出了明確的要求：最大膠凝材料用量不大于450（或400）kg/m3，最小膠凝材料用量不小于340kg/m3；混凝土凝結(jié)時(shí)間不小于10h，含氣量為3%，56d的電通量小于1200C；其余指標(biāo)應(yīng)符合規(guī)范或設(shè)計(jì)要求。

2.1 原材料的選用

（3）外加劑則選用聚羧酸高效減水劑，根據(jù)施工環(huán)境可選擇性加入聚丙烯等有機(jī)類纖維材料，所使用的外加劑性能指標(biāo)如表4。

表4 聚羧酸高性能減水劑性能指標(biāo)

（4）嚴(yán)格控制粗細(xì)集料質(zhì)量，合理進(jìn)行集料的摻配，減少單位用水量，使用合理砂率，保證混凝土施工性能。細(xì)集料選用顆粒級(jí)配為II區(qū)的中砂，如表5所示。粗集料采用碎石，粒徑為5～25mm且顆粒級(jí)配良好。

表5 粗細(xì)集料性能指標(biāo)

2.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

本地區(qū)軌道交通工程主體結(jié)構(gòu)、頂板、底板、梁、墻混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要理念：采用優(yōu)質(zhì)外加劑，大摻量的礦物摻合料，低水膠比，以降低水化熱的作用，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，提高防水能力。主要采用的試驗(yàn)室配合比如表6，對(duì)混凝土的耐久性指標(biāo)（電通量、抗?jié)B性能、抗凍性能）進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表7。試驗(yàn)室配制的混凝土，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果表明混凝土能夠滿足設(shè)計(jì)提出的耐久性要求。

3 耐久性混凝土過(guò)程控制的關(guān)鍵技術(shù)

在混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按試驗(yàn)室配合比進(jìn)行調(diào)整，使用符合配合比要求的原材料，適時(shí)監(jiān)測(cè)砂石含水率。

3.1 注意控制混凝土構(gòu)件的鋼筋保護(hù)層厚度，保護(hù)層的墊塊一般選用塑料保護(hù)層定位夾或定型的纖維砂漿塊等。

3.2 混凝土在澆筑過(guò)程中嚴(yán)禁隨意加水。若坍落度較小，可適當(dāng)添加外加劑，確?；炷恋倪B續(xù)；振搗必須充分密實(shí)；嚴(yán)格控制混凝土澆筑溫度，如澆筑大體積混凝土構(gòu)件則應(yīng)在氣溫低的條件下進(jìn)行，可從施工角度控制混凝土入模的溫度，一般可以夜間施工。

3.3 混凝土構(gòu)件的養(yǎng)生。在澆搗完畢后立即對(duì)成型的構(gòu)件進(jìn)行遮覆保水，避免混凝土構(gòu)件失水過(guò)快。

3.4 防腐蝕措施的應(yīng)用

施工環(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，采用防水卷材和有機(jī)涂料施工，必然要考慮到涂層的滲透性，從而為施工中可能會(huì)出現(xiàn)的早期裂縫問(wèn)題進(jìn)行封閉處理以提高混凝土構(gòu)件的抗?jié)B水性能和抗裂性能。

3.5 施工中的質(zhì)量檢測(cè)

3.5.1 原材料的性能檢測(cè)。施工中應(yīng)加強(qiáng)原材料的質(zhì)量檢測(cè)，杜絕不符合要求的材料用于本項(xiàng)目。

3.5.2 在施工過(guò)程中，抽取現(xiàn)場(chǎng)混凝土進(jìn)行耐久性檢驗(yàn)和同條件下的模擬試驗(yàn)。該項(xiàng)目在施工過(guò)程中，混凝土主要指標(biāo)如表8所示。從表中可以看出，各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范或設(shè)計(jì)要求。

表8 工程施工中混凝土的主要指標(biāo)

3.5.3 裂縫和滲水檢測(cè)。定期對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件是否存在裂縫和滲水問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)，觀察已出現(xiàn)裂縫的發(fā)展體征并描述，分析裂縫出現(xiàn)的主要原因，在后續(xù)施工中加強(qiáng)施工管理。

4 結(jié)束語(yǔ)

4.1 為了軌道交通工程的百年大計(jì)，提高混凝土的耐久性是混凝土發(fā)展的必然趨勢(shì)。我們應(yīng)根據(jù)工程所在的環(huán)境條件和施工工藝分析影響混凝土耐久性的各種因素，確保混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠。

4.2 軌道交通工程混凝土耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“以防為主”的基本原則，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇及嚴(yán)格的施工質(zhì)量等來(lái)保證，同時(shí)應(yīng)注意對(duì)其在使用階段實(shí)行必要的管理和維護(hù)。

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