付 钢

(中铁十七局集团第五工程有限公司，山西 太原 030032)

近年来，我国经济迅速发展，城市化进程不断加快，交通基础设施也变得越来越完善，各种隧道如雨后春笋般兴建起来。但是，隧道地下结构的耐久性成为了相关人员关注的重点问题，也受到了社会各界的广泛重视。因为随着我国交通事业的迅速发展，铁路建设数量及运输量显著提升，铁路隧道工程也逐渐增加。但是，各种隧道结构在投入使用以后会受到外部、内部及人为等各种因素的影响，发生老化、损坏甚至会被破坏，降低工程结构耐久性，这就导致整个工程的使用年限大大缩短。其中盐类侵蚀破坏是今年来隧道使用过程中较突出的问题，地下工程结构会受到地下水、岩土介质等各种因素的影响，盐类侵蚀导致混凝土中的钢筋遭到腐蚀，进而使得隧道衬砌结构的耐久性遭到了破坏。盐类侵蚀主要是土壤中存在的氯化物和硫酸盐所造成的。

1 氯离子、硫酸根离子侵蚀的基本机理

1.1 氯离子、硫酸根离子侵入混凝土的途径

氯离子、硫酸根离子侵入混凝土的途径主要包括两种：第一种途径是混入，比如使用含有氯离子、硫酸根离子的外加剂、搅拌浇筑混凝土的环境含有盐分等；第二种途径是渗入，周围环境中含有的氯离子、硫酸根离子通过混凝土的缺陷混入其中且能够与钢筋表面相接触。施工管理中存在的各种问题是氯离子、硫酸根离子混入混凝土的主要原因，这种情况表面上看貌似容易解决，但是却时有发生。而综合技术问题是导致氯离子、硫酸根离子渗入混凝土结构的主要原因，会受到混凝土材料的多孔性、密实性及工程的整体质量等各种因素的制约。

1.2 氯离子、硫酸根离子侵入混凝土的机理

盐类侵蚀环境的混凝土结构因所处环境含有氯盐和化学侵蚀物质，氯离子、硫酸根离子可以通过混凝土的内部空隙、微小裂缝等侵入到混凝土的内部结构中。从当前的研究情况来看，氯离子、硫酸根离子侵入混凝土的方式具体如表1所示。

表1 氯离子、硫酸根离子侵入混凝土的方式

1.3 氯离子、硫酸根离子侵蚀引起隧道衬砌结构耐久性损伤机理

根据国内外相关研究可知，早期的混凝土具有很高的碱性，埋设的钢筋处于高碱性的环境中会发生钝化作用，在钢筋表面形成一层钝化膜，处于钝化状态的钢筋可以有效防止其锈蚀。但是，一旦钢筋表面的钝化膜遭到破坏，加之其他不利条件的影响就会导致钢筋出现锈蚀。混凝土中的钢筋腐蚀属于电化学腐蚀现象，其发生条件具体包括如下三点：第一，钢筋表面存在电位差，形成腐蚀电池；第二，钢筋表面的钝化膜遭到破坏，钢筋处于活化状态；第三，钢筋表面存在水和溶解氧满足化学反应的需要。

2 钢筋锈蚀对隧道衬砌结构性能的影响

隧道结构和地下水、岩土介质及各种特殊环境直接接触，这些环境具有的各种侵蚀性盐类会直接导致钢筋的锈蚀。而钢筋的锈蚀又是造成隧道衬砌结构承载力下降的主要原因，对结构的耐久性造成一定的损伤，所以要加强对混凝土结构耐久性研究就必须要研究锈蚀后混凝土构件的性能。这不仅有助于对受锈蚀建筑物是否可以安全使用进行准确评价，而且有利于后期及时采取有效措施对建筑物进行改造和加固。

由于快速锈蚀时间的变长钢筋混凝土的受锈蚀状况会不断加剧，沿着混凝土纵向受力钢筋区域锈蚀的产物会导致混凝土保护层的胀裂，且裂缝情况较为严重，甚至会导致部分区域的混凝土表层会出现脱落。以电化学快速锈蚀实验为例，混凝土结构的受锈蚀情况更具整体性，同时受锈蚀程度和当前的实际工程常见的锈蚀情况相比更为严重。钢筋保护层的存在会在一定程度上缓减钢筋的锈蚀，且保护层厚度越大其缓减作用越明显。

3 盐类对隧道衬砌结构侵蚀的预防对策及注意事项

3.1 合理选择水泥品种

在进行隧道衬砌结构施工过程中，要结合侵蚀环境的特点，来对水泥品种给予科学、合理的选择，在此基础上配制出抗盐类侵蚀的混凝土。可以选择矿渣水泥等掺活性混合材水泥和C3A含量相对比较低的水泥(如抗硫酸盐水泥)；同时也可以选择普通硅酸盐水泥，增加粉煤灰等掺和料的掺量，由此配制出的混凝土其抗硫酸盐侵蚀能力比较强。

3.2 提高混凝土密实性

1)通常情况下，水泥水化需水量只是水泥质量的10%～15%左右，但是其由于施工等因素的影响其实际需水量高达40%～70%，其余的水分在进行蒸发处理后，可以形成连通孔隙，从而导致侵蚀介质渗入到水泥石内部，导致隧道衬砌结构被侵蚀。此时，就需要在隧道衬砌结构施工阶段，通过对混凝土的配合比进行设计，来有效改善集料的级配，降低W/C，并按照要求适当添加外加剂，以达到提高混凝土密实度的目的，降低盐类对隧道衬砌结构的侵蚀。

2)混凝土浇筑时，捣固采用模板台车上附着式振动器及插入式振捣器相结合振捣。在原有二衬台车基础上，增加人工振捣窗口，两侧配备足够数量的振捣棒，边墙和拱脚部分的混凝土浇筑均采用插入式振捣器作业，加大振捣频次，混凝土振捣要达到均匀密实的效果，提高混凝土抗侵蚀性能。

3.3 严格控制混凝土钢筋保护层的厚度

为了有效预防盐类对隧道衬砌结构的侵蚀，在二衬钢筋施工过程中，我们采取了以下措施：二衬钢筋绑扎时，采用固定卡具控制二衬钢筋的间距与排距，二衬台车就位前现场技术人员对二衬钢筋的位置进行测量确认；在二衬台车就位后，再次对钢筋位置进行测量，确保钢筋保护层的厚度，确保混凝土对盐类抗侵蚀的有效距离。

3.4 采用蒸汽养生

在进行隧道衬砌结构施工过程中，采用移动式蒸汽养护台车对高侵蚀环境下的二衬进行养护，借助蒸汽养生的手段可以有效消除游离的Ca(OH)2，并促进C2S和C3S转化为晶体水化物，其稳定性要高于常温下形成的水化硅酸钙。同时，C3A在水化的作用下转化为立方晶系C3AH6，稳定性增强，其可以取代稳定性差的六方晶系C3AH12，从而有效提高混凝土的抗硫酸盐性能。

4 结语

近年来，人们对混凝土结构耐久性的重视程度越来越高，与之相关的研究也随之增多，可以说隧道衬砌结构耐久性研究已经成为相关领域的重要研究热点。因为氯离子、硫酸根离子的侵入而导致的钢筋锈蚀是混凝土结构耐久性研究中十分严重和普遍的一种现象，所以必须要对氯盐侵蚀环境下混凝土耐久性进行研究。但是，在氯盐环境中混凝土结构的耐久性是一个非常复杂的问题，会受到各种因素的影响，因此相关研究还有待于不断深化，希望本文内容对研究有一定的帮助作用。