1.孙均.海洋环境下跨江越海隧道工程的耐久性问题研究.ppt

内容概要 概述 越海隧道耐久性研究的主要内容 隧道衬砌结构耐久性设计要点 海水物化分析实验 耐腐蚀高性能海工砼的制备 提高隧道结构耐久性的工程措施 上世纪80年代中后期，美国对沿其 西海岸千余座大中型预应力砼桥梁和 钢桩桩基（其中的绝大多数都是在二 次大战后兴建的）受海洋气候环境下 ，结构受腐蚀情况的调查。 ③ 高水头海水水压长年累月的持续作用； ④ 隧道衬砌结构在复杂受力状态和多重有害环境因素作用等恶劣条件下、长年持续工作； ⑤ 因洞内外环境的限制和施工中的困难条件，使保证材料品质和施工质量的难度加大； ⑥ 深水下海底隧道建设和运行环境恶劣并更为复杂多变，材料和结构的耐久性问题将愈益突出。 杂散电流(俗称“迷流”)的防护历来是地铁建设 工程中的重大课题。杂散电流一旦大量泄露 ，不但会对周围地下公共环境造成严重污染，而 且还会对隧道衬砌结构产生腐蚀，对工程结构 造成严重威胁。 杂散电流腐蚀一般具体有以下特点：(1)材料锈蚀加剧；(2)锈蚀较为集中于某些位置：(3)有防腐层存在时，锈蚀往往发生在防腐层有缺陷处。 杂散电流对衬砌结构中钢筋的锈蚀在本质上 是电化学腐蚀。在杂散电流作用下，混凝土各部 位的电位发生不同幅度的变化，阳极部位电位趋 向负值，阴极部位趋向正值。当外加电位超过临 界值时，钢筋的钝化膜遭到破坏，开始发生钢筋 锈蚀。钢筋表面存在氧和水气，满足腐蚀电池电 解液的要求，于是混凝土中的钢筋腐蚀形成了一 个电化学过程。 ① 杂散电流对地铁衬砌结构腐蚀的危害 杂散电流对混凝土本身并不产生影响，但是 因钢筋的存在，则钢筋起汇集电流的作用并把 电流引导到排流点处。在杂散电流由混凝土汇入 钢筋之处，钢筋呈阴极。如果阴极析氢而且氢气 不能从混凝土内逸出，就会形成等静压力，使钢 筋与混凝土脱离。如果有钾或钠的化合物存在， 则电流的通过会在钢筋与混凝土的交界面处产生 可溶的碱性硅酸盐或铝酸盐，使结合强度显著降 低。在电流离开钢筋返回混凝土的部位，钢筋呈 阳极并发生腐蚀。腐蚀产物在阳极处的堆积会以 机械作用排挤混凝土而使之开裂。 防止杂散电流腐蚀及其危害的措施是目前国内 外相关人士一直致力研究的课题。如何将杂散电流 腐蚀降到最低程度，首先应有严格、完善的防 护杂散电流的设计，并按照规范和标准进行施工， 以期防患于未然。这当然是必不可少的先期防护措 施，即采用“源控制”的办法仍是电腐蚀治理的根本措施。 源控制法：提高机车牵引电压，合理设置变电所，回流走行轨降阻，增大轨道对隧道衬砌结构的过渡电阻。 排流法：设计中应考虑设置合理有效的排流网装置，将回流轨中向地下泄漏的电流引回牵引变电所的负极。 加掺合料：磨细矿渣和粉煤灰对地铁杂散电流腐蚀有明显的抑制作用。 结束语 当前，耐久性问题研究的困难，表现在： 1. 室内试验模拟大气环境条件的局限性。有如： 1）从钢筋通电后快速锈蚀时间推算自然环境下 的腐蚀时间，带有很大的随机性； 2）Cl-在砼中的扩散速度等实验的精度难以保证 ，等等； 2. 结构运营期的维护保养情况是其耐久性服役寿 命的重要因素，但在理论预测中这一因素很难量 化； 3. 制备砼的品质和自身老化、日后维护保养条 件和外界环境腐蚀三者是耦合、相互作用的；且 腐蚀程度的历时发展又是高度非线性的。建立这 种耦合相互作用关系，目前国内外均尚缺乏有足 够理论依据的统一算法。 以上三方面问题，有待有志攻关研究人员今 后持续不懈的努力，做出原创性的成果。 ② Cl-是影响结构耐久寿命的关键组分。经过土样浸泡后其含量有所增加，产生不利于结构耐久性的变化。为此，对围岩土样Cl-含量需再作进一步分析； ③ 饱和土样中的Cl-含量为 2302.1（mg/L）； ④ 海水浸泡土样前后，其Cl-含量变化为 957.15 （mg/L） 2301.1(mg/L)。 海水在围岩渗透过程中，携带了围岩中部分Cl-，导致氯离子含量增加（增加了6％），会有害于结构寿命，当引起足够重视。 * * 耐腐蚀高性能海工混凝土的制备 海洋大气和海水环境是隧道衬砌钢筋混凝土所处最严峻的水文地质环境条件之一。长期受到含盐水质、生物、水中有害矿物质、高水压和围压等天然因素的持续作用，使锚杆、喷层、防水薄膜和高碱性混凝土与钢筋等材料、因物化损伤的积累与演化(腐蚀)而影响其耐久年限。第二次世界大战后的许多海工混凝土结构工程，有相当一些历时仅约35-40年，即已出现严重腐蚀而裂损破坏，是值得深思的。 * 受洞内汽车尾气 CO2 和 CO 的侵蚀,导致隧道衬砌混凝土碳化和海水与海洋大气中氯盐离子渗透引起钢筋锈蚀，是海工钢筋混凝土的主要破坏因素。大跨隧道衬砌属大偏压构件情况，且在已有初