服役环境复杂化

近年来，随着我国铁路建设规模的迅猛发展以及铁路网的逐步完善，新建铁路线路逐步向我国西部地区延伸，铁路工程建设和服役又将面临新的环境条件，这也为铁路工程结构的高质量建造和长期服役带来新的挑战。如已经开工建设的川藏铁路穿越川西地热异常带和藏东地热温泉带，沿线出露温泉超过700处，受地热影响，多座隧道存在高地温的工程地质问题。此外，川藏铁路沿线太阳幅射强，日照长，具有年温差小、日温差大的特点，有时昼夜温差达30～35 ℃，大温差环境下混凝土结构承受温度疲劳应力作用，且频繁的温度变化导致混凝土结构承受高频冻融作用。

高地热环境加快混凝土中水分蒸发，导致混凝土的工作性降低，同时，高地温环境会带来延迟钙矾石生成的风险。大温差环境导致混凝土温度变形大，混凝土结构开裂风险大。而在现有铁路行业标准中，并未将高地热和大温差环境纳入混凝土环境作用类型，两种特殊环境下的混凝土耐久性指标缺失。此外，在冻融循环作用下，尤其是道床板等平面薄层混凝土结构承受单面冻融循环作用，混凝土表层易粉化、剥落。而在现有铁路行业标准中，冻融破坏环境下，混凝土耐久性指标以快冻法/慢冻法下的冻融循环次数为标准，该试验方法中，混凝土试件整体受冻，无法真实模拟混凝土结构的受冻条件，在现行标准中，混凝土抗冻性指标尚不完善。因此，亟需在现行标准的基础上，增加大温差、高地热等混凝土环境类别，完善冻融环境下混凝土耐久性评价指标，为保障铁路混凝土结构耐久性提供指南。

原材料资源短缺

砂石骨料是混凝土中应用最多的原材料，采用就地取材的方式才能最大限度地保证原材料供应，降低建设成本。近年来，随着建设规模的不断扩大和环保要求的日益提高，河砂资源逐年短缺，已经出现供不应求的局面。另一方面，粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料是混凝土中重要的辅助胶凝材料，对于提高混凝土的抗渗性、密实性和耐久性具有重要作用。然而近年来粉煤灰资源逐渐短缺，优质粉煤灰供不应求，市场上甚至出现了以次充好和销售假粉煤灰的现象，尤其在我国西部工业欠发达地区，粉煤灰和矿渣粉资源更加稀缺。如川藏铁路跨越和涉及长江流域、澜沧江流域、怒江流域以及雅鲁藏布江流域等水系，沿线水系河床较浅，河砂资源储存量较少，无法满足川藏铁路特大型工程的建设需求，且川藏铁路途经地区冶金、火力发电等工业基础薄弱，加之西南地区本身以水力发电为主，导致沿线800 km范围内几乎没有大型的粉煤灰和矿渣粉等生产企业。针对混凝土原材料匮乏的难题，如何利用铁路沿线地区地缘性材料制备机制砂石料和矿物掺合料来替代河砂和传统矿物掺合料，成为满足铁路建设原材料供应需求，保证工程建设顺利实施的首要任务。

混凝土结构过早劣化

随着我国铁路建设规模的不断扩大，尤其是高速铁路的快速发展，铁路工程技术人员展开了大量研究和应用工作，逐渐形成了面向跨地域、变气候、多环境的高性能混凝土技术，建立了高性能混凝土质量保障技术与标准体系。然而，实际运营结果表明，目前混凝土结构在服役过程中过早地出现了龟裂和开裂破坏、冻融破坏和硫酸盐侵蚀破坏等劣化现象。

1、 龟裂和开裂破坏

混凝土表面龟裂和开裂是现有混凝土结构常见的过早劣化现象之一。铁路工务部门在例行维检中发现，部分高铁既有无砟轨道混凝土结构已出现不同程度的开裂现象。对川藏地区特殊环境下混凝土工程的调研结果表明，无论是铁路桥梁和隧道、公路桥梁、隧道和路面以及大坝面板和排水渠等结构部位的混凝土，均出现开裂现象。混凝土龟裂和开裂多发于施工早期，由于缺少抑制混凝土开裂的有效措施，在大风干燥和大温差环境下，多数混凝土结构在拆模后短时间内就出现了不同程度的龟裂和长大裂纹，并随着时间的延长不断加剧扩大。

2、冻融破坏

冻融破坏主要发生在与水或雪有频繁接触的桥墩混凝土、无砟轨道混凝土等位置，尤其以我国东北地区较为显著，如部分高铁既有无砟轨道混凝土结构已出现不同程度的粉化和剥落现象，少数甚至过早进入养护维修阶段。与东北地区相比，西藏地区日温差较大，混凝土面临的冻融循环破坏程度更加严重，如西藏那曲地区，年气温正负变化交替次数达187次，混凝土结构耐久性面临严峻考验。

3、硫酸盐侵蚀破坏

我国硫酸盐土壤分布较为广泛，尤其是近年来随着铁路建设逐步向西部推进，大量铁路桥墩、涵洞和隧道等主体混凝土结构存在硫酸盐侵蚀风险。地质勘探资料表明，部分铁路沿线地区的硫酸根离子浓度较高，可以达到环境作用等级H4腐蚀离子浓度最低限值的数10倍。以现有的高性能混凝土技术水平，在这种严重腐蚀环境下混凝土的长期耐久性难以保障。硫酸盐侵蚀破坏成为目前铁路建设，特别是西部铁路建设面临的重要挑战之一。

内容来源：预制与预应力混凝土结构

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