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    摘要： 大多數(shù)土壤中都含有一些硫酸鹽，若其硫酸鹽濃度低，則對混凝土不會產(chǎn)生顯著的影響；若硫酸鹽濃度高，則可對其建筑物或構(gòu)筑物的地下部分，如橋梁、隧道、涵洞和房屋的基礎(chǔ)產(chǎn)生顯著的破壞作用。這種破壞可能以膨脹形式出現(xiàn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)位移。例如，前東德Ｍａｇｄｅｂｕｒｇ城泉水的ＳＯ-24含量達(dá) 2040ｍｇ/Ｌ，在4年內(nèi)由于混凝土膨脹使Ｅｌｂｅ河橋樁升高8ｃｍ，造成嚴(yán)重開裂，導(dǎo)致拆除并重建這些橋樁。硫酸鹽膨脹也可使混凝土中的水泥水化產(chǎn)物喪失膠凝性，呈酥松狀或糊狀。

    關(guān)鍵詞： 隧道防腐 抗?jié)B 支護(hù)

    1. 水泥混凝土防腐抗?jié)B技術(shù)研究的進(jìn)展

    1.1 水泥混凝土抗硫酸鹽侵蝕技術(shù)的基本情況及其進(jìn)展

    大多數(shù)土壤中都含有一些硫酸鹽，若其硫酸鹽濃度低，則對混凝土不會產(chǎn)生顯著的影響；若硫酸鹽濃度高，則可對其建筑物或構(gòu)筑物的地下部分，如橋梁、隧道、涵洞和房屋的基礎(chǔ)產(chǎn)生顯著的破壞作用。這種破壞可能以膨脹形式出現(xiàn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)位移。例如，前東德Ｍａｇｄｅｂｕｒｇ城泉水的ＳＯ-24含量達(dá)2040ｍｇ/Ｌ，在4年內(nèi)由于混凝土膨脹使Ｅｌｂｅ河橋樁升高8ｃｍ，造成嚴(yán)重開裂，導(dǎo)致拆除并重建這些橋樁。硫酸鹽膨脹也可使混凝土中的水泥水化產(chǎn)物喪失膠凝性，呈酥松狀或糊狀。例如，加拿大西部大草原土壤含堿的硫酸鹽濃度高達(dá)1 5%（地下水經(jīng)常含有硫酸鹽4000ｇｍ/Ｌ～9000ｍｇ/Ｌ），由于硫酸鹽侵蝕，混凝土呈多孔和酥松，最終成為無粘結(jié)力的物質(zhì)。我國隧道工程中也常遇到硫酸鹽濃度高的地質(zhì)環(huán)境。例如青藏鐵路要經(jīng)過硫酸鹽濃度相當(dāng)高的鹽湖地區(qū)，云貴高原的山地。雖然我國已有抗硫酸鹽水泥的標(biāo)準(zhǔn)，但對如何配制和澆筑抗硫酸鹽混凝土仍缺乏足夠的施工技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。

    中國水科院西北科研所曾對不同品種水泥（及粉煤灰摻量）的抗硫酸鹽性能進(jìn)行了對比性試驗(yàn)（《西北水電》1994， NO1， p49）。試驗(yàn)采用了被認(rèn)為具有較高抗硫酸鹽性的4種水泥：抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，抗硫酸鹽礦渣水泥，中熱硅酸鹽水泥，低熱微膨脹水泥。抗腐蝕性試驗(yàn)采用GB749-65（慢蝕法）及GB2420-80（快蝕法），并采用抗蝕系數(shù)K進(jìn)行抗硫酸鹽性能的評價。

    甘肅省八盤峽水電站與中國水科院合作，于96年對該水電站大壩左平洞內(nèi)的支護(hù)混凝土硫酸鹽腐蝕問題進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)（《混凝土與水泥制品》1997， NO2， p10）。洞內(nèi)地下水的SO-24 含量6000~15000mg/L，Mg+2含量900~2100mg/L，屬高濃度的硫酸鹽與鎂鹽綜合腐蝕環(huán)境。經(jīng)材料對比性試驗(yàn)及平洞內(nèi)的現(xiàn)場澆筑混凝土驗(yàn)證，與抗硫酸鹽水泥相比，采用低熱礦渣水泥配制的混凝土具有優(yōu)良的抗硫酸鹽性能。

    南京水科院于99年對新疆“635”水利樞紐發(fā)電引水豎井內(nèi)支護(hù)混凝土的硫酸鹽腐蝕問題進(jìn)行了試驗(yàn)研究與現(xiàn)場換填混凝土施工（《水利水運(yùn)工程學(xué)報》2002.3， NO1， p31）。豎井內(nèi)地下水的SO-24 含量8645~12487mg/L，Mg+2含量2675mg/L，pH3~4，屬高濃度硫酸鎂腐蝕環(huán)境。換填混凝土采用抗硫酸鹽硅酸鹽水泥和礦渣粉配料，豎井壁的支護(hù)混凝土按分段換填法施工。防滲砂漿采用丙烯酸乳液與砂組成的聚合物砂漿——用于漏水孔縫的堵漏。該防腐堵漏工程完成2年后回訪，防腐堵漏效果顯著而無任何新的滲漏和腐蝕問題。

    1.2  水泥混凝土抗裂、抗?jié)B技術(shù)的基本情況及進(jìn)展。

    建筑結(jié)構(gòu)裂縫控制是個系統(tǒng)工程，近十年多來，我國工民建向長大化、復(fù)雜化發(fā)展，商品混凝土普及應(yīng)用，混凝土強(qiáng)度等級從C30 向C50發(fā)展，這些因素導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)開裂的機(jī)率增多。摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土在防止和大大減輕混凝土開裂作出了積極貢獻(xiàn)。 經(jīng)十多年來的開發(fā)應(yīng)用，我國混凝土膨脹劑得到較廣泛的應(yīng)用，累計(jì)總量約200萬噸，以膨脹劑平均摻量40kg/m3計(jì)，折合補(bǔ)償收縮混凝土近5000萬M3.其中UEA膨脹劑約占總量的80％左右。在各種抗裂防滲工程應(yīng)用中總的效果是良好的。

    膨脹劑主要功能是補(bǔ)償混凝土硬化過程中的干縮和冷縮。為減免收縮開裂，它可以應(yīng)用于各種抗裂防滲混凝土，尤其適用于與防水有關(guān)的地下、水工、海工、地鐵、隧道和水電等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程。  選用膨脹劑時，首先檢驗(yàn)它是否達(dá)到《混凝土膨脹劑》建材行業(yè)JC476-2001標(biāo)準(zhǔn)。 我國膨脹劑有三種類型：硫鋁酸鈣類（如UEA、AEA、 PNC、FS、PPT等）氧化鈣-硫鋁酸鈣類（如CEA）和氧化鈣類。由于鈣礬石（C3A.3CaSO4.32H2O）的化學(xué)穩(wěn)定性和耐水性優(yōu)良，國內(nèi)外絕大多數(shù)生產(chǎn)硫鋁酸鈣類膨脹劑。CaO水化生成Ca（OH）2可以產(chǎn)生膨脹，但Ca（OH）2在壓力水下易溶解，所以GBJ119規(guī)范中規(guī)定，含CaO膨脹劑不得使用在地下，海工等防水工程中，目前只有北京市有兩家生產(chǎn)CEA.用戶應(yīng)根據(jù)不同性質(zhì)的工程，選用恰當(dāng)類型的膨脹劑。

    2. 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因

    結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，根據(jù)國內(nèi)外的調(diào)查資料，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載（如靜、動荷載）的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫，其機(jī)率約20％；一種是結(jié)構(gòu)因溫度、膨脹、收縮、徐變和不均勻沉降等因素由變形變化引起的裂縫，其機(jī)率約80%。

    2.1  材料缺陷你好在變形裂縫中收縮裂縫占有80％的比例，從砼的性質(zhì)來說大概有：

    2.1.1 干燥收縮你好研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對體積減小。每100 克水泥水化后的化學(xué)減縮值為7～9ml，如砼水泥用量為350kg/m3，則形成孔縫體積約25～30升/m3之巨。這是砼抗拉強(qiáng)度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每100克水泥漿體可蒸發(fā)水約6ml，如砼水泥用量為350kg/m3，當(dāng)砼在干燥條件下，則蒸發(fā)水量達(dá)21升/m3.毛細(xì)孔縫中水逸出產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使砼產(chǎn)生“毛細(xì)收縮”。由此引起水泥砂漿的干縮值為0.1～0.2％；砼的干縮值為0.04～0.06％。而砼的極限拉伸值只有 0.01～0.02％，故易引起干縮裂縫。

    2.1.2 溫差收縮你好水泥水化是個放熱過程，其水化熱為165～250焦?fàn)?克，隨砼水泥用量提高，其絕熱溫升可達(dá)50～80℃。研究表明，當(dāng)砼內(nèi)外溫差10℃時，產(chǎn)生的冷縮值εc=△T／α=10/1×10-5= 0.01%，如溫差為20～30℃時，其冷縮值為0.02～0.03％，當(dāng)其大于砼的極限拉伸值時，則引起結(jié)構(gòu)開裂。

    2.1.3  塑性收縮你好砼初凝之前出現(xiàn)泌水和水份急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時骨料與水泥之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，它發(fā)生在砼終凝之前的塑性階段，故稱為塑性收縮。其收縮量可達(dá)1％左右。在砼表面上，特別在抹壓不及時和養(yǎng)護(hù)不良的部位出現(xiàn)龜裂，寬度達(dá)1～2mm，屬表面裂縫。水灰比過大，水泥用量大，外加劑保水性差，粗骨料少，振搗不良，環(huán)境溫度高，表面失水大等都能導(dǎo)致砼塑性收縮而發(fā)生表面開裂現(xiàn)象。

    2.1.4 自生收縮你好密封的砼內(nèi)部相對濕度隨水泥水化的進(jìn)展而降低，稱為自干燥。自干燥造成毛細(xì)孔中的水分不飽和而產(chǎn)生負(fù)壓，因而引起砼的自生收縮。高水灰比的普通砼（OPC）由于毛細(xì)孔隙中貯存大量水分，自干燥引起的收縮壓力較小，所以自生收縮值較低而不被注意。但是，低水灰比的高性能砼（HPC）則不同，早期強(qiáng)度較高的發(fā)展率會使自由水消耗較快，以至使孔體系中的相對濕度低于80％。而HPC結(jié)構(gòu)致密，外界水很難滲入補(bǔ)充，在這種條件下開始產(chǎn)生自干收縮。研究表明，齡期2個月水膠比為0.4的HPC，自干收縮率為0.01％，水膠比為0.3的HPC，自干收縮率為0.02％。HPC的總收縮中干縮和自收縮幾乎相等，水膠比越小自收縮所占比例越大。由此可知，HPC的收縮性與OPC完全不同，OPC以干縮為主，而HPC以自干收縮為主。問題的要害是：HPC自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，濕度梯度首先引發(fā)表面裂縫，隨后引發(fā)內(nèi)部微裂縫，若砼變形受到約束，則進(jìn)一步產(chǎn)生收縮裂縫。這是高標(biāo)號砼容易開裂的主要原因之一。

    2.1.5 減水劑的影響你好人們發(fā)現(xiàn)，自八十年代中期推廣商品（泵送）砼以來，結(jié)構(gòu)裂縫普遍增多，這是為什么呢？除了與砼的水泥用量和砂率提高有關(guān)外，人們忽視了減水劑引起的負(fù)面影響。例如過去干硬性及預(yù)制砼的收縮變形約為4～6 ×10-4，而現(xiàn)在泵送砼收縮變形約為6～8×10－4，使得砼裂縫控制的技術(shù)難度大大增加。研究表明，在砼配合比相同情況下，摻入減水劑的坍落度可增加 100～150mm，但是它與基準(zhǔn)砼的收縮值相比，卻增加120～130％。所以，在《砼減水劑》規(guī)范GB138076-97中規(guī)定摻減水劑的砼與基準(zhǔn)砼的收縮比≤135％。研究表明，摻入不同類型的減水劑砼的收縮比是不相同的，一般是：木鈣減水劑>萘磺酸鹽減水劑>三聚氰胺減水劑>氨基磺酸減水劑>聚丙烯酸減水劑。這說明商品砼澆筑的結(jié)構(gòu)開裂機(jī)率大與減水劑帶來負(fù)面影響有關(guān)。其機(jī)理尚不清楚。

    2.1.6 砼后期膨脹出現(xiàn)裂縫，主要是：

    （1）水泥中游離CaO過高，Ca（OH）2體積膨脹所致；

    （2）水泥中MgO過高，Mg（OH）2體積膨脹所致；

    （3）水泥和外加劑堿含量過高，與集料中活性硅等發(fā)生堿-集料反應(yīng)所致；

    （4）有害離子Cl-、 、Mg++等侵入砼內(nèi)部，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或形成二次鈣礬石膨脹破壞所致。

    2.1.7  徐變你好結(jié)構(gòu)物在任意內(nèi)應(yīng)力作用下，除瞬間彈性變形外，其變形值隨時間的延長而增加的現(xiàn)象稱為徐變變形。砼拉徐變時對抗裂有利，一般可以提高鋼筋砼極限拉伸值50％左右。而砼壓徐變很小，一般把收縮變形與徐變變形的計(jì)算一并加以考慮。

    2.2  設(shè)計(jì)問題你好鋼筋砼結(jié)構(gòu)是由砼和鋼筋共同承擔(dān)極限狀態(tài)的承載力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)地基情況，靜、動荷載、環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)耐久性等控制荷載裂縫。這里不作討論。從國內(nèi)外有關(guān)規(guī)范可知，對結(jié)構(gòu)變形作用引起的裂縫問題，客觀上存在兩類學(xué)派：你好第一類，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定很靈活，沒有驗(yàn)算裂縫的明確規(guī)定，設(shè)計(jì)方法留給設(shè)計(jì)人員自由處理。基本上采取“裂了就堵、堵不住就排”的實(shí)際處理手法。

    你好第二類，設(shè)計(jì)規(guī)范有明確規(guī)定，對于荷載裂縫有計(jì)算公式并有嚴(yán)格的允許寬度限制。對于變形裂縫沒有計(jì)算規(guī)定，只按規(guī)范留伸縮縫，即留縫就不裂的設(shè)計(jì)原則。

    你好大量工程實(shí)踐證明，留縫與否，并不是決定結(jié)構(gòu)變形開裂與否的唯一條件，留縫不一定不裂，不留縫不一定裂，是否開裂與許多因素有關(guān)。我們認(rèn)為，控制裂縫應(yīng)該防患于未然，首先盡量預(yù)防有害裂縫，重點(diǎn)在防。我國結(jié)構(gòu)工程向長大化、復(fù)雜化發(fā)展，砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級向C40～C60發(fā)展，設(shè)計(jì)師多注重結(jié)構(gòu)安全，而對變形裂縫控制考慮不周，這也是結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生增多的原因之一。

    2.3  施工管理問題你好砼配合比設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，砂石級配及其含泥量是否符合規(guī)范要求，砼坍落度控制是否合理，這些都影響到砼的質(zhì)量及其收縮變形。砼澆筑震搗不均勻密實(shí)，施工縫和細(xì)部處理馬虎，會帶來結(jié)構(gòu)開裂的后患；過震則使浮漿過厚，抹壓又不及時，則砼表面出現(xiàn)塑性裂縫，十分難看。邊墻拆摸板過早（1～3d），砼水化熱正處于高峰，內(nèi)外溫差最大；砼易“感冒”開裂。

    你好砼養(yǎng)護(hù)十分重要，但許多施工單位忽視這一環(huán)節(jié)，尤其是墻體和柱梁的保溫保濕養(yǎng)護(hù)不到位，容易產(chǎn)生收縮裂縫。某些露天構(gòu)筑物盡管當(dāng)?shù)貪穸群艽螅捎诖碉L(fēng)影響，加速了砼水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫。這也許是夏季比秋冬季，南方比北方出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫較多的原因。從已建工程調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，底板養(yǎng)護(hù)較好，出現(xiàn)裂縫概率較低，而底板上外墻裂縫概率很高約占80％，這與保溫保濕養(yǎng)護(hù)不足有很大關(guān)系。

    你好除上述技術(shù)因素外，施工管理不嚴(yán)，趕進(jìn)度，偷工減料，工人素質(zhì)差，施工馬虎等也是造成結(jié)構(gòu)裂縫的人為因素。

    2.4  對維護(hù)缺乏認(rèn)識你好我們發(fā)現(xiàn)不少結(jié)構(gòu)是在澆筑完3～6 月，甚至在1～2年內(nèi)出現(xiàn)裂縫。除荷載問題外，主要是環(huán)境溫度和風(fēng)速引起的收縮變形所致。有些地下室不及時復(fù)土；上部結(jié)構(gòu)不及時做好封閉；出入口長期敞開，屋面防水層破壞不及時修補(bǔ)等。這些與施工和業(yè)主對結(jié)構(gòu)維護(hù)缺乏認(rèn)識有關(guān)。鋼筋砼結(jié)構(gòu)與其他物件一樣都存在“熱脹冷縮”的特征，尤其超長結(jié)構(gòu)更為明顯，所以，應(yīng)重視已澆結(jié)構(gòu)的保溫保濕維護(hù)工作。