摘要
随着地下轨道交通建设的快速发展，地铁工程混凝土面临越来越多的挑战。其中从地铁走行轨泄漏到混凝土结构中的杂散电流就是造成钢筋混凝土结构破坏的重要因素之一。同时天津所处滨海地区，地下水富含较多的氯离子，同样是钢筋混凝土主要的腐蚀因素。因此针对天津地铁工程环境的复杂性，研究改善地铁混凝土耐久性的原则和方法成为了近年来学者们研究的目标。本论文首先通过外加电压模拟杂散电流的形成，通过将混凝土试块浸泡于氯盐溶液以及内掺氯离子制作试块等方式模拟了氯离子侵蚀的过程，研究了杂散电流和氯离子共同作用对混凝土腐蚀的特点和影响因素。结果表明：杂散电流明显加速了混凝土内部氯离子的扩散，且电场作用的推动力远远大于浓度梯度的推动力。在杂散电流环境下，氯离子在混凝土内部的传输以电场作用的电迁移为主导。不同电压强度下通电15d后，混凝土试块表面10mm处游离态氯离子含量Cf，比自由扩散条件均增加约4.8倍，50mm处Cf均增加约3.2倍。杂散电流还减弱了混凝土对氯离子的固化能力，并且加速了氯离子对钢筋的腐蚀速率。30V通电15d时，0.05%、0.1%和0.2%内掺氯离子浓度的试块强度损失分别为23%、42%和51%，而此时不通电的自然条件下混凝土试块强度不受影响。 针对杂散电流和氯离子环境，通过掺入有利于改善混凝土性能的矿物掺合料以及调整能改善混凝土工作性能的砂率，研究了提高地铁工程混凝土电阻率、抗氯离子渗透、氯离子固化性能和抗杂散电流性能的原则和方法。结果表明：矿物掺合料总量在胶凝材料中的合理占比为30%；掺加特定比例的粉煤灰和矿粉有利于改善混凝土的强度、微观结构、抗氯离子渗透性和抗碳化性能，当粉煤灰和矿粉比例为1:1时，混凝土抗渗性能比较突出；矿粉较粉煤灰具有更好的水化活性，随着水化时间的延长，矿粉用量的上升对混凝土强度增长有更好的影响。粉煤灰与矿粉复掺时适当增加矿粉含量还能显著提升混凝土抗氯离子渗透性能；在粉煤灰及矿粉的比例一定时，砂率在35%时混凝土的抗氯离子渗透性能和抗压性能均较好，而砂率38%时固化氯离子性能更好。同时，混凝土强度和抗渗性能的提高能有效的减缓钢筋在杂散电流环境下的锈蚀。基于Fick第二定律拟合的外加电压作用下混凝土扩散系数方程可适用于地铁实际工况下混凝土寿命预测。
NETL