随着城市建设的发展，城市地铁以前所未有的速度快速修建，而地铁隧道中钢筋混凝土耐久性不足一直困扰着地铁运营与管理部门。地铁隧道往往处于地下水位以下，必然会受到地下水的侵蚀，加之地质水文的变化、其他环境因素的影响以及机车行驶产生的振动，结构会出现损伤，造成微裂纹，如不能及时修复，这些微裂纹会进一步发展，出现大的裂 纹，产生裂缝，导致地下水侵入隧道，影响其内部结构与附属管线，最终危害到地铁的运营和降低隧道使用寿命，地铁隧道混凝土耐久性不足是一个迫切需要解决的技术难题。

一、混凝土劣化机理

混凝土劣化是一个复杂的问题，与混凝土本身质量和工作环境有很大关系。混凝土原料的质量、设计的不完善和浇筑及养护过程中出现的问题也是病害产生的重要原因。针对地铁环境，钢筋混凝土的病害产生的主要原因可以归为以下几点：

1.1 钢筋锈蚀

锈蚀是金属铁发生氧化的电化学过程，生成氧化铁。氧化铁的体积比金属铁大，因此钢筋锈蚀会导致混凝土开裂。而开裂又使得水、二氧化碳和盐更容易进入到混凝土结构内部，从而又加速了钢筋锈蚀的速度。

1.2 地下水的侵蚀

当地下水SO42-含量较高时，SO42-会与水泥中的水化产物生成新的矿物质，如与水化铝酸钙生成水化硫酸钙（体积增大1.5倍），与氢氧化钙生成石膏（体积增大1.21倍），两种盐的生成都会引起很大的内应力，其破坏特征是在表面生成几条较粗大裂缝。SO42-除对混凝土腐蚀外，还会渗透到钢筋表面，引起钢筋腐蚀。根据钝态金属活化理论，SO42-能穿透金属表面钝化膜，促使金属锈蚀[4]。

1.3 碳化反应

碳化反应也称为中性化反应，指CO2与水泥石表面及内部毛细孔道内的水化硅酸钙及Ca(OH)2起反应，导致混凝土碱度降低，呈中性化，从而使钝化膜失钝，诱发钢筋锈蚀。当混凝土孔隙液中的Ph值降到8.5-9.0时，可称已碳化。

1.4碱集料反应

碱骨料反应(AAR)是指 水化水泥中的碱性物质与骨料中可反应化学成分之间发生化学反应。一般来说有两类碱骨料反应：碱-碳反应：碱性物质与含有碳酸盐类物质的骨料（如白云石等） 发生化学反应；另一类是碱-硅反应：碱性物质与含硅酸盐类物质的骨料（如蛋白石和硅酸石灰石等）发生化学反应。碱骨料反应的结果是在水泥骨料表面发生膨胀 性断裂，从而导致混凝土结构开裂，碱集料反应发生的前提是混凝土中碱含量超标、活性骨料以及水分的存在。

1.5 混凝土的软水溶蚀

如果混凝土处于流动的水中，比如结构发生渗漏，混凝土中的CH不断溶解，被流水带走，混凝土界面附近碱性因此不断降低，混凝土中的胶凝材料则发生分解，以平衡碱性的降低。当PH值小于 时， CS3开始分解；当PH值小于时，CS2开始分解，最终混凝土变得松散，失去强度。

二、混凝土裂缝的产生与防治

水是混凝土所有病害发生的诱因，而裂缝的存在使水在结构内畅通无阻，直接降低了混凝土的抗渗性和耐久性，控制裂缝的发生和发展是隧道维护的关键。

2.1干缩裂缝及预防

随着隧道内的空气湿度的变化，混凝土毛细管孔隙在干燥过程中逐步失水，产生很大的毛细管张力，混凝土体积产生收缩，由于混凝土周围存在约束，内部又有拉应力，拉应力超过混凝土材料抗拉强度时，便产生了干缩裂缝。

预防措施：加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间。设置后浇带和合适的收缩缝。冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间，并涂刷养护剂养护。

2.2 塑性收缩裂缝及预防

这种裂缝是在浇筑后1-3小时，混凝土尚处于塑性阶段，几乎没有强度或强度很小，无法抵抗其本身收缩或外力作用，因此产生裂缝。

防治措施：选用干缩值较小、早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥，严格控制水灰比，掺加减水剂和适量的粉煤灰，可减少沉降量，促进工作性和流动性；浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透。下料速度不宜太快，振捣要密实，注意保持混凝土终凝前表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护。

2.3温度裂缝及预防

混凝土在凝结和硬化期间，水泥和水发生化学反应，放出大量的水化热，使内部的温度不断上升，而混凝土表面散热较快，使得混凝土的表面和内部温差很大，从而产生很大的温度应力。而混凝土的早期抗拉强度和弹性模量都很低，故形成表面裂缝，此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀。

防治措施：尽量选用低热或中热水泥，如矿渣水泥、粉煤灰水泥等，将水泥用量尽量控制在450kg/m３以下。降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.5以下。降低原材料进入搅拌机的温度。加强混凝土养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。

2.4碳化收缩引起的裂缝及预防

空气中的二氧化碳溶进孔隙溶液中成为碳酸，与孔隙溶液中的Ca(OH)2反应生成碳酸钙和游离水，游离水蒸发会导致混凝土收缩，称为碳化收缩。

预防措施：保证钢筋保护层的厚度，降低水灰比，混凝土级配要良好，以增加混凝土密实性，混凝土表层涂刷防碳化涂料。

三、裂缝的处理

对于各种原因产生的裂缝，必须要进行必要的治理，以延长混凝土的耐久性，根据裂缝的种类以及大小不同，有以下几种处理方法。

3.1表面修补法

对于微小裂缝（<0.2mm），表面修补法是一种简单、常见的修补方法。它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝的处理。聚合物改性水泥基渗透球状结晶防水材料，可以弥合0.3mm以下的静止裂缝，与被施工表面粘合强度高，耐候性好，只要结构不损坏，就永久有效。

3.2嵌缝封堵法

对于超过0.3mm的裂缝，特别是移动裂缝，则必要进行封堵，必要时要结合灌浆处理。

嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的，图1是我们在移动裂缝治理中采用的一种方法。

工艺流程：裂缝部位开槽、清理松动部分，堵立止水（快干水泥），（如有明水，则埋咀注聚氨酯浆止水），抹柔性优止水（一种聚合物改性水泥基防水材料）一道后，放加强网抹柔性优止水面层。

3.3 置换混凝土加灌浆

对于裂缝密集区域，通常 是由于施工质量或材料质量（如发生碱骨料反应）造成局部疏松，表面不规则裂缝密集，此时要凿除原有混凝土，结合灌浆，进行修补。灌浆主要针对于对结构整体 性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。

裂缝是建筑工程中的通 病，应高度予以重视。防裂措施应贯穿于结构的设计、施工以及运营的整个过程。在实践中，不断总结经验，用科学系统的方法研究混凝土工程裂缝，才能得到控制 混凝土裂缝有效的最优方法。对已经产生的裂缝，根据其不同特点采用相应的治理方法，使裂缝对构件或结构的危害降到最小。

内容来源：混凝土第一视频网

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