广州地铁混凝土抗地下水腐蚀的现状分析及实验室模拟加速试验研究

摘要

本文首先收集广州地铁沿线地下水勘察资料，依据国家标准GB50021-2001，对地下水的腐蚀性进行了分析和评价，明确提出了广州地铁地下水对混凝土及混凝土中钢筋的腐蚀类型特点。然后对已建成的地铁三号线暗挖现浇混凝土隧道的钢筋保护层厚度、衬砌缺陷的情况进行了调查分析，并对地铁三号线进行了实地勘察，对混凝土管片、道床、隧道的渗漏溶蚀情况进行了调查，获得了实际工程情况的第一手资料。结果表明：　　(1)广州地铁沿线地下水对混凝土结构的腐蚀以侵蚀性CO<,2>的腐蚀所占比例最大；对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀以Cl<'->离子单因素腐蚀最为普遍，也有部分是Cl<'->离子和SO<,4><'2->离子的复合腐蚀。　　(2)现浇混凝土钢筋保护层厚度在背水面大多超过设计值，使得迎水而的钢筋保护层变薄。　　(3)在混凝土工程的各种孔、缝，以及混凝土裂缝的位置，地下水的渗漏溶蚀较为严重，导致局部混凝土结构破坏，甚至可能影响整体混凝土结构的安全性。 为了对上述地下水腐蚀的可能性作实际的工程混凝土的深入研究，选取了典型的腐蚀类型——Cl<'->离子和SO<,4><'2->离子的复合腐蚀，在实验室进行模拟加速试验研究。采用实际工程使用的混凝土原材料和配合比，模拟实际地下水配制水溶液，采用升高养护温度、干湿交替养护、提高水溶液中腐蚀离子的浓度等方法来加速腐蚀。通过检测混凝土强度及混凝土中的氯离子含量和硫酸根含量，同时结合SEM和MIP等微观分析手段，评判该混凝土在Cl<'->离子和SO<,4><'2->离子复合腐蚀下的强度和抗Cl<'->渗透性能。结果表明： (1)由于腐蚀离子SO<,4><'2->反应生成膨胀产物，在模拟地下水溶液中养护的混凝土比标准养护下的混凝士强度下降，且随龄期延长两者的强度差别加大；但Cl<'->离子反应生成水化氯铝酸盐产物，对强度下降有缓解作用，尤其在干湿交替养护下有所体现；随配制水溶液腐蚀离子浓度提高，混凝土强度下降。 (2)在不同条件下养护180天，渗透进混凝土内部的Cl<'->大量在混凝土表面富集，表层Cl<'->含量显著高于内层，芯样表层Cl<'->含量和大多数芯样Cl<'->含量平均值均超过GB50164—1992《混凝土质量控制标准》对潮湿环境下钢筋混凝土中的氯化物总含量的规定限度；且随龄期延长渗透进混凝土中的Cl<'->含量不断增加，氯离子平均含量随龄期呈冥函数关系。 (3)与20℃模拟地下水溶液养护的混凝土相比，60℃模拟地下水溶液养护的混凝土Cl<'->含量较少，干湿交替下养护的混凝土Cl<'->含量最大。随配制水溶液浓度增大，混凝土芯样中的Cl<'->含量明显增大。因此，采用干湿交替养护，并适当提高配制水溶液中腐蚀离子的浓度，是研究Cl<'->离子腐蚀的较好的加速试验方法。针对地铁混凝土隧道中存在空气中CO<,2>对混凝土的侵蚀，采用实际工程混凝土试件进行标准的碳化试验和钢筋锈蚀试验，并通过相似理论对混凝土单独的碳化耐久性寿命进行预测。各搅拌站混凝土各龄期碳化深度离散性较大，28天后碳化的发展趋势相差不大。混凝土的保护层为35mm，CO<,2>浓度为0.05％时混凝土的28天龄期单独的抗碳化耐久性寿命都超过100年；混凝土中钢筋发生少量锈蚀，失重率为0.065~0.35％。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1混凝土的腐蚀类型及机理

1.1.1混凝土腐蚀类型

1.1.2腐蚀介质对钢筋混凝土的破坏机理

1.2地铁工程混凝土的腐蚀

1.2.1腐蚀破坏机理

1.2.2发生腐蚀的形式

1.3国内外混凝土遭受腐蚀破坏的工程实例

1.3.1溶蚀破坏实例

1.3.2 Cl-对混凝土的腐蚀实例

1.3.3百家岭隧道混凝土的腐蚀破坏

1.4混凝土抗腐蚀性的研究方法和研究现状

1.5本课题的研究

1.5.1本课题的研究思路

1.5.2本课题的研究内容

1.5.3本课题拟解决的问题和意义

第二章广州地铁沿线地下水腐蚀性调查

2.1广州地铁五号线地下水的腐蚀性

2.1.1五号线概况

2.1.2五号线首期工程地下水概况

2.1.3五号线地下水的腐蚀性

2.2广州地铁六号线地下水的腐蚀性

2.2.1六号线概况

2.2.2六号线一期工程地下水概况

2.2.3六号线地下水的腐蚀性

2.3广州地铁三号线地下水的腐蚀性

2.3.1三号线概况

2.3.2三号线地下水的腐蚀性

2.4广州地铁四号线部分地段地下水的腐蚀性

2.4.1四号线概况

2.4.2四号线部分地段地下水的腐蚀性

2.5广州地铁二、八号线延长段地下水的腐蚀性

2.5.1二、八号线延长段概况

2.5.2二、八号线延长段地下水的腐蚀性

2.6本章小结

第三章广州地铁三号线混凝土状态调查分析

3.1广州地铁三号线暗挖隧道衬砌质量调查分析

3.1.1钢筋保护层厚度

3.1.2衬砌缺陷

3.2广州地铁三号线部分区间混凝土裂缝及其渗漏情况调查

3.2.1混凝土裂缝及其渗漏情况调查

3.2.2现场溶出物成分分析

3.3本章小节

第四章广州地铁混凝土抗地下水中Cl-、SO42-离子复合侵蚀的模拟及加速试验研究

4.1试验材料和试验方法

4.1.1实验原材料

4.1.2实验方法及设备

4.1.3混凝土性能检测

4.1.4混凝土中氯离子、硫酸盐浓度检测

4.2混凝土在Cl-、SO42-复合作用下的损伤机理

4.2.1力学损伤机理

4.2.2抗氯离子渗透性损伤机理

4.3结果与分析

4.3.1混凝土性能检测结果

4.3.3模拟及加速实验混凝土强度结果与分析

4.3.4模拟及加速实验Cl-浓度结果分析

4.3.5混凝土中可溶性SO42-含量

4.4混凝土管片浸泡实验

4.5本章小节

第五章广州地铁混凝土抗碳化及钢筋锈蚀试验研究

5.1试验材料

5.2试验方法

5.2.1混凝土标准碳化试验

5.2.2混凝土中钢筋锈蚀实验

5.2.3相似理论应用于碳化实验的可行性分析

5.2.4混凝土碳化相似关系的建立

5.3标准碳化实验结果与分析

5.3.1影响混凝土碳化的主要因素

5.3.2用相似理论寿命预测的步骤

5.3.3碳化实验结果及混凝土碳化寿命预测

5.4混凝土中钢筋锈蚀实验结果分析

5.4.1碳化深度与钢筋锈蚀的关系

5.4.2混凝土中钢筋锈蚀实验结果分析

5.5本章小节

第六章地下铁道工程混凝土结构耐腐蚀实验方法的探讨

6.1耐久性研究的分解论与整体论

6.2抗氯离子腐蚀实验方法的选定

6.3氯离子渗透加速方法的选择

6.3.1无应力下的氯离子渗透加速

6.3.2模拟弯曲应力下的氯离子渗透加速

6.3.3模拟循环荷载下混凝土的抗腐蚀性能

6.4氯离子浓度测试方法

6.5碳化及碳酸水腐蚀

6.5.1二维三维碳化实验

6.5.2碳化实验结果的相似分析分析

6.5.3抗侵蚀性二氧化碳腐蚀

结论

1.研究成果

2.创新点

3.展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

附录

评定意见