地铁盾构管片钢筋混凝土保护层开裂预测模型研究

摘要

地铁以其具有客运量大、快速等优点正广泛被用来缓解当前日趋繁重的城市交通压力。地铁运行过程中易产生杂散电流，与氯离子耦合作用使混凝土中钢筋加速锈蚀，产生锈胀力，导致钢筋混凝土结构保护层过早开裂，严重威胁地铁结构的正常服役年限。
　　本文依托国家自然科学基金项目《地铁钢筋混凝土界面多尺度腐蚀疲劳损伤及失效机理研究》（51478183），主要针对地铁盾构管片钢筋混凝土结构保护层开裂过程中钢筋锈蚀量依时变化、保护层开裂预测及其评价等问题，采用红外热像仪与电化学工作站PS-268A开展研究。主要工作及研究成果如下：
　　（1）采用电化学工作站，研究了地铁环境下混凝土结构中钢筋锈蚀情况随腐蚀时间的变化规律。研究表明：相比于单一因素作用，杂散电流与氯离子的耦合作用明显加快了钢筋锈蚀。杂散电流强度愈大，Cl-浓度愈高，钢筋腐蚀速率愈大，但随着腐蚀时间的延长，钢筋锈蚀速率逐渐趋于稳定。
　　（2）基于电化学腐蚀原理，通过对比杂散电流强度与Cl-浓度等对混凝土中钢筋锈蚀程度的影响，明确了各影响因素对钢筋锈蚀速率的影响程度。在此基础上建立地铁环境下混凝土中钢筋锈蚀量预测模型。
　　（3）将弹性力学与Faraday定律等知识与实验结果相结合，研究了地铁环境下杂散电流强度与Cl-浓度等对钢筋混凝土结构保护层开裂的影响，立足于钢筋锈蚀量预测模型，建立模拟环境下钢筋混凝土结构保护层开裂预测模型。
　　（4）基于红外热像技术，建立了一种以平均温升为指标的钢筋混凝土保护层开裂评价方法。通过理论分析和实验表明：基于红外热像技术混凝土保护层开裂的评价方法具有快速、准确和重复性好等优点，该方法可以科学合理的评估受地铁环境侵蚀的混凝土内部裂缝深度发展情况。