论文部分内容阅读
摘要：混凝土耐久性是地铁工程使用的基础，耐久性能低，地铁工程就会出现裂缝、老化等问题，因此必须提高地铁混凝土耐久性。本文详细分析了影响地铁工程混凝土耐久性的几个因素，并且有针对性的提出了提高混凝土结构耐久的措施。
关键词：混凝土；耐久性；影响因素
一、地铁混凝土耐久性概述
混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中，明确规定混凝土结构设计采用极限状态设计方法。但现行设计规范只划分成两个极限状态，即承载能力极限状态和正常使用极限状态，而将耐久性能的要求列入正常使用极限状态之中。且以构造要求为主。混凝土的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。
地铁工程属国家重点建设项目，工程规模宏伟、投资大、建设周期长、质量要求高，工程使用的混凝土除必须满足物理力学性能和施工性能等设计要求外，还必须重点考虑混凝土的耐久性，使地铁工程混凝土与钢筋混凝土结构在所处环境条件下满足设计使用寿命的基本要求。因此地铁工程混凝土性能必须具备：满足设计强度要求；优良的工作性、经济性；优良的抗裂防渗性能；优越的耐久性能（抗碳化耐久性、抗硫酸盐侵蚀耐久性、抗杂散电流腐蚀耐久性、抗氯离子渗透耐久性）。
二、地铁混凝土耐久性影响因素分析
（一）自然因素
1、受到冻融的影响
对于某些环境比较特殊的地区，若水和严寒同时发生作用，冻融性破坏是对地铁混凝土建筑物造成破坏的关键性因素。混凝土受到冻害，其内部空隙中的水份会发生冻结，使其体积膨胀增大，因此而出现膨胀应力，若此时的膨胀应力超出了其自身的抗拉强度范围，就会致使混凝土发生破损。同时，在混凝土出现冻胀、变形后，即便是已经解冻其残余膨胀还会使其变形继续存在，久而久之便会出现累积性残余变形的情况，对混凝土的耐久性造成不利影响。
2、碳化因素
混凝土长期暴露在空气中会受到碳化因数的影响，水泥石中的碱性物质会与空气中的二氧化碳发生反应，使其组织、成分及性能产生变化，最终破坏使用机能。碳化后的混凝土其碱性降低，钢筋表面存在的钝化膜遭到破坏，更容易发生腐蚀破坏。同时，碳化作用还会使混凝土出现收缩现象，使其内部结构遭到破坏，裂缝便会产生。
3、化学物质的侵蚀和破坏
混凝土在使用过程中会受到许多化学物质的侵蚀，具体包括以下几个方面：（1）硫酸盐的侵蚀及破坏。会对混凝土造成破坏的硫酸盐通常包括硫酸镁及硫酸钠等，当水泥中的氢氧化钙同硫酸盐发生化学反应时，产生的新物质会使混凝土发生膨胀，导致胀裂。（2）酸性物质的破坏。酸性物质会对水泥中的化合物进行侵蚀，导致氢氧化钙与其他的物质发生化学反应，而生成可溶性的钙盐，导致混凝土的强度降低而发生崩解。（3）碱性物质的侵蚀和破坏。碱的浓溶液会对水泥中的水化物进行侵蚀，包括结晶侵蚀及化学侵蚀。化学侵蚀是水泥水化物与碱溶液发生化学反应，结晶侵蚀是在其空隙中碱溶液出现结晶而发生膨胀，这些多会对混凝土的内部结构造成影响。
（二）人为因素
1、设计因素
影响耐久性的设计因素主要包括：建筑结构的设计形状与构造型式、结构的保护层厚度、混凝土的设计水灰比及混凝土的强度等。由于混凝土结构的许多腐蚀过程与自由水的存在有关，因此，建筑结构的设计形状与构造型式对于结构耐久性就显得非常重要。
2、材料因素
原材料品质对混凝土结构耐久性的影响至关重要，如原材料控制不严，会导致某些组份之间发生化学反应，特别是碱骨料反应，对结构耐久性十分不利。另外，原材料中氯离子含量超标，也容易导致钢筋的锈蚀。
3、施工因素
以地铁施工常用的高性能混凝土来说，高性能混凝土的特点是低水胶比、高矿物掺和料、复掺外加剂，这与普通混凝土是不同的。这使得高性能混凝土在施工的质量控制、养护措施都与普通混凝土不同。低水胶比决定于混凝土的粘性变大，在混凝土的运输、浇注、振捣工艺上必须严格控制，有的施工人員为方便施工而掺水，结果强度、耐久性大幅度下降；高矿物掺和料要求混凝土的养护必须到位，普通混凝土早期强度高水化快，对养护不是很敏感，但高性能混凝土则不同，因为掺和料的活性比水泥小得多，对矿粉混凝土，要求潮湿养护14d，而粉煤灰混凝土则要养护21d才能达到预期效果，否则会发生表面掉面、耐磨性差等；复掺外加剂要求混凝土的拌合时间必须要长，外加剂的用量很小，若不保证拌合时间，根本分散不开，均匀性变差，致使外加剂不仅起不到作用，反而使混凝土表面质量下降。
三、实现地铁混凝土耐久性的措施
（一）设计方面
1、要有合适的保护层厚度
混凝土的保护层不仅可以阻止外界腐蚀介质氧气和水分的渗入，而且混凝土的高碱度还可以使钢筋表面形成钝化膜，它对钢筋有着保护作用，但过厚的钢筋保护层对控制混凝土产生表面裂缝不利。因此，混凝土配筋设计中应在增加保护层厚度与控制构件裂缝之间寻求一个合适的保护层厚度，使混凝土保护层在不开裂的条件下最大限度地发挥其保护钢筋的作用。
2、加强构造设计，防止和控制混凝土裂缝
在结构设计方面，除按规范要求控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，还要采取构造措施，控制混凝土施工及使用过程中大量出现的非工作裂缝。设置诱导缝能使结构的温度和混凝土收缩应力明显得到释放；车站结构采用无梁楼盖+地下连续墙侧墙的结构形式，可减少顶板裂缝。
（二）材料方面
1、掺入高效减水剂
掺入高效减水剂可以在保证混凝土拌和物和易性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，提高混凝土的密实性，进而提高混凝土的抗渗、抗冻性能，对混凝土的强度和耐久性能有显著的效果。 2、掺入高效活性矿物掺料
矿物掺合料主要包括矿渣、硅灰、沸石粉、粉煤灰、火山灰、磨细石灰石粉、磨细石英砂粉等。矿物掺合料加入到混凝土中后能夠产生填充效用，可用于代替部分水泥，从而改善混凝土的结构，改善混凝土的耐久性。大量研究表明：矿物掺合料能有效改善混凝土的性能，改善混凝土内孔结构，填充内部空隙，提高密实度。大掺量矿物掺和料的混凝土还能抑制碱集料反应，普通混凝土中掺入活性矿物掺料，还能改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使混凝土结构更为致密。因而掺活性矿物掺和料是提高混凝土耐久性的有效措施。
（三）施工方面
1、严格控制新拌混凝土水胶比
在混凝土配合比设计时.对水胶比有着特殊的要求，耐久性混凝土对水胶比的规定更为严格，但是施工时为了增强混凝土的工作性能.会出现随意调整水胶比，增加用水量方便施工等情况，这样就使混凝土内部留下了过多的孔隙，大大降低了混凝土的密实度，有害介质就很容易侵蚀，从而降低耐久性。因此在施工时，必须严格控制用水量，在规范允许范围内尽量减小水胶比，满足施工工艺性要求即可.。
2、严格控制混凝土拌合时各项参数
同样的配合比因拌合时不按规定操作会对混凝土耐久性产生较大的影响。如材料的投放顺序、各种材料的质量控制、搅拌时间长短等环节，某一个环节执行不到位，都不能使混凝土有效搅拌，影响了新拌混凝土的质量。因此必须对搅拌站施工加强管理，抓好几个关键因素的控制。
3、抓好混凝土浇筑及振捣工序
混凝土浇筑、振捣是保证混凝土工程质量的关键性工序。混凝土浇筑时的分层厚度、浇筑速度等要根据断面尺寸大小、混凝土坍落度、气温等因素进行综合考虑，浇筑尽可能连续进行。严格控制混凝土施工中常出现的质量通病如蜂窝、麻面、孔洞、露筋、拆模时缺棱掉角、表面泛浆和多孔等现象，保证混凝土的密实性，从而保证其耐久性。
另外，在一些混凝土构造物有外露面时，在混凝土终凝前做好原浆抹面压光，也可增强表面密实度，是提高混凝土耐久性的一个有力措施。因为自然环境对土结构体的物理、化学侵蚀是从表面开始的，因此结构表面施工质量的优劣将影响整个构件的耐久性。
参考文献：
[1]刘治鲁.地铁混凝土耐久性影响因素分析[j].城市建设理论研究（电子版），2013年12期.
[2]徐国良，王彩辉.结构混凝土耐久性影响因素的研究进展与探讨[j].材料导报，2013年11期.
关键词：混凝土；耐久性；影响因素
一、地铁混凝土耐久性概述
混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在各种环境条件作用下，不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。现行国家标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中，明确规定混凝土结构设计采用极限状态设计方法。但现行设计规范只划分成两个极限状态，即承载能力极限状态和正常使用极限状态，而将耐久性能的要求列入正常使用极限状态之中。且以构造要求为主。混凝土的耐久性与工程的使用寿命相联系，是使用期内结构保持正常功能的能力，这一正常功能不仅包括结构的安全性，而且更多地体现在适用性上。
地铁工程属国家重点建设项目，工程规模宏伟、投资大、建设周期长、质量要求高，工程使用的混凝土除必须满足物理力学性能和施工性能等设计要求外，还必须重点考虑混凝土的耐久性，使地铁工程混凝土与钢筋混凝土结构在所处环境条件下满足设计使用寿命的基本要求。因此地铁工程混凝土性能必须具备：满足设计强度要求；优良的工作性、经济性；优良的抗裂防渗性能；优越的耐久性能（抗碳化耐久性、抗硫酸盐侵蚀耐久性、抗杂散电流腐蚀耐久性、抗氯离子渗透耐久性）。
二、地铁混凝土耐久性影响因素分析
（一）自然因素
1、受到冻融的影响
对于某些环境比较特殊的地区，若水和严寒同时发生作用，冻融性破坏是对地铁混凝土建筑物造成破坏的关键性因素。混凝土受到冻害，其内部空隙中的水份会发生冻结，使其体积膨胀增大，因此而出现膨胀应力，若此时的膨胀应力超出了其自身的抗拉强度范围，就会致使混凝土发生破损。同时，在混凝土出现冻胀、变形后，即便是已经解冻其残余膨胀还会使其变形继续存在，久而久之便会出现累积性残余变形的情况，对混凝土的耐久性造成不利影响。
2、碳化因素
混凝土长期暴露在空气中会受到碳化因数的影响，水泥石中的碱性物质会与空气中的二氧化碳发生反应，使其组织、成分及性能产生变化，最终破坏使用机能。碳化后的混凝土其碱性降低，钢筋表面存在的钝化膜遭到破坏，更容易发生腐蚀破坏。同时，碳化作用还会使混凝土出现收缩现象，使其内部结构遭到破坏，裂缝便会产生。
3、化学物质的侵蚀和破坏
混凝土在使用过程中会受到许多化学物质的侵蚀，具体包括以下几个方面：（1）硫酸盐的侵蚀及破坏。会对混凝土造成破坏的硫酸盐通常包括硫酸镁及硫酸钠等，当水泥中的氢氧化钙同硫酸盐发生化学反应时，产生的新物质会使混凝土发生膨胀，导致胀裂。（2）酸性物质的破坏。酸性物质会对水泥中的化合物进行侵蚀，导致氢氧化钙与其他的物质发生化学反应，而生成可溶性的钙盐，导致混凝土的强度降低而发生崩解。（3）碱性物质的侵蚀和破坏。碱的浓溶液会对水泥中的水化物进行侵蚀，包括结晶侵蚀及化学侵蚀。化学侵蚀是水泥水化物与碱溶液发生化学反应，结晶侵蚀是在其空隙中碱溶液出现结晶而发生膨胀，这些多会对混凝土的内部结构造成影响。
（二）人为因素
1、设计因素
影响耐久性的设计因素主要包括：建筑结构的设计形状与构造型式、结构的保护层厚度、混凝土的设计水灰比及混凝土的强度等。由于混凝土结构的许多腐蚀过程与自由水的存在有关，因此，建筑结构的设计形状与构造型式对于结构耐久性就显得非常重要。
2、材料因素
原材料品质对混凝土结构耐久性的影响至关重要，如原材料控制不严，会导致某些组份之间发生化学反应，特别是碱骨料反应，对结构耐久性十分不利。另外，原材料中氯离子含量超标，也容易导致钢筋的锈蚀。
3、施工因素
以地铁施工常用的高性能混凝土来说，高性能混凝土的特点是低水胶比、高矿物掺和料、复掺外加剂，这与普通混凝土是不同的。这使得高性能混凝土在施工的质量控制、养护措施都与普通混凝土不同。低水胶比决定于混凝土的粘性变大，在混凝土的运输、浇注、振捣工艺上必须严格控制，有的施工人員为方便施工而掺水，结果强度、耐久性大幅度下降；高矿物掺和料要求混凝土的养护必须到位，普通混凝土早期强度高水化快，对养护不是很敏感，但高性能混凝土则不同，因为掺和料的活性比水泥小得多，对矿粉混凝土，要求潮湿养护14d，而粉煤灰混凝土则要养护21d才能达到预期效果，否则会发生表面掉面、耐磨性差等；复掺外加剂要求混凝土的拌合时间必须要长，外加剂的用量很小，若不保证拌合时间，根本分散不开，均匀性变差，致使外加剂不仅起不到作用，反而使混凝土表面质量下降。
三、实现地铁混凝土耐久性的措施
（一）设计方面
1、要有合适的保护层厚度
混凝土的保护层不仅可以阻止外界腐蚀介质氧气和水分的渗入，而且混凝土的高碱度还可以使钢筋表面形成钝化膜，它对钢筋有着保护作用，但过厚的钢筋保护层对控制混凝土产生表面裂缝不利。因此，混凝土配筋设计中应在增加保护层厚度与控制构件裂缝之间寻求一个合适的保护层厚度，使混凝土保护层在不开裂的条件下最大限度地发挥其保护钢筋的作用。
2、加强构造设计，防止和控制混凝土裂缝
在结构设计方面，除按规范要求控制正常使用极限状态的工作裂缝以外，还要采取构造措施，控制混凝土施工及使用过程中大量出现的非工作裂缝。设置诱导缝能使结构的温度和混凝土收缩应力明显得到释放；车站结构采用无梁楼盖+地下连续墙侧墙的结构形式，可减少顶板裂缝。
（二）材料方面
1、掺入高效减水剂
掺入高效减水剂可以在保证混凝土拌和物和易性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，提高混凝土的密实性，进而提高混凝土的抗渗、抗冻性能，对混凝土的强度和耐久性能有显著的效果。 2、掺入高效活性矿物掺料
矿物掺合料主要包括矿渣、硅灰、沸石粉、粉煤灰、火山灰、磨细石灰石粉、磨细石英砂粉等。矿物掺合料加入到混凝土中后能夠产生填充效用，可用于代替部分水泥，从而改善混凝土的结构，改善混凝土的耐久性。大量研究表明：矿物掺合料能有效改善混凝土的性能，改善混凝土内孔结构，填充内部空隙，提高密实度。大掺量矿物掺和料的混凝土还能抑制碱集料反应，普通混凝土中掺入活性矿物掺料，还能改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使混凝土结构更为致密。因而掺活性矿物掺和料是提高混凝土耐久性的有效措施。
（三）施工方面
1、严格控制新拌混凝土水胶比
在混凝土配合比设计时.对水胶比有着特殊的要求，耐久性混凝土对水胶比的规定更为严格，但是施工时为了增强混凝土的工作性能.会出现随意调整水胶比，增加用水量方便施工等情况，这样就使混凝土内部留下了过多的孔隙，大大降低了混凝土的密实度，有害介质就很容易侵蚀，从而降低耐久性。因此在施工时，必须严格控制用水量，在规范允许范围内尽量减小水胶比，满足施工工艺性要求即可.。
2、严格控制混凝土拌合时各项参数
同样的配合比因拌合时不按规定操作会对混凝土耐久性产生较大的影响。如材料的投放顺序、各种材料的质量控制、搅拌时间长短等环节，某一个环节执行不到位，都不能使混凝土有效搅拌，影响了新拌混凝土的质量。因此必须对搅拌站施工加强管理，抓好几个关键因素的控制。
3、抓好混凝土浇筑及振捣工序
混凝土浇筑、振捣是保证混凝土工程质量的关键性工序。混凝土浇筑时的分层厚度、浇筑速度等要根据断面尺寸大小、混凝土坍落度、气温等因素进行综合考虑，浇筑尽可能连续进行。严格控制混凝土施工中常出现的质量通病如蜂窝、麻面、孔洞、露筋、拆模时缺棱掉角、表面泛浆和多孔等现象，保证混凝土的密实性，从而保证其耐久性。
另外，在一些混凝土构造物有外露面时，在混凝土终凝前做好原浆抹面压光，也可增强表面密实度，是提高混凝土耐久性的一个有力措施。因为自然环境对土结构体的物理、化学侵蚀是从表面开始的，因此结构表面施工质量的优劣将影响整个构件的耐久性。
参考文献：
[1]刘治鲁.地铁混凝土耐久性影响因素分析[j].城市建设理论研究（电子版），2013年12期.
[2]徐国良，王彩辉.结构混凝土耐久性影响因素的研究进展与探讨[j].材料导报，2013年11期.