摘要:有效控制混凝土裂缝的发生、发展,是提高地铁隧道耐久性的关键。阐述了混凝土裂缝的种类,从收缩裂缝、温度裂缝、不均匀沉降裂缝等方面论述了裂缝产生的原因,并从工程设计、材料、施工、养护等方面提出了裂缝控制的措施与方法。对既有隧道的混凝土渗漏,根据不同情况,采取有针对性的治理方案进行治理,保障了结构的安全运营。

　　0 引言

　　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,特别是近年来,国际上地铁隧道设计寿命都趋向于超过100年,沈阳地铁也提出了100年的设计寿命,而实际情况是,运营二三十年就已经千疮百孔,何谈百年!

　　提高混凝土耐久性是一个系统工程,设计、选材、施工、养护、后期的维护缺一不可。本文结合我们在天津地铁渗漏治理的一些工作,探讨提高地铁隧道钢筋混凝土耐久性的一些措施。

　　1混凝土裂缝的产生

　　混凝土劣化的直观表现是结构出现裂缝、疏松、剥落等。由于混凝土的劣化,失去对钢筋的保护,导致钢筋锈蚀、结构失去承载力,因而,控制裂缝的发生和发展是保证结构安全运营的关键[1]。归纳起来,引起混凝土裂缝的主要因素有:

　　1.1化学作用

　　1.1.1硫酸盐侵蚀

　　当地下水SO4 2-含量较高时,SO4 2-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),2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。SO4 2-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,SO4 2-能穿透金属表面钝化膜,促使金属锈蚀[2]。

　　1.1.2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氢氧化钙起反应,引起的收缩变形,并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。

　　1.1.3碱骨料反应

　　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2类碱骨料反应。一类是碱-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,碱骨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。

　　1.1.4自生收缩

　　自生收缩是混凝土在硬化过程中水泥与水发生水化反应,这种收缩与外界湿度无关,且可以是正的(即收缩,如普通硅酸盐水泥混凝土),也可以是负的(即膨胀,如矿渣水泥混凝土、粉煤灰水泥混凝土)。

　　1.2物理作用

　　1.2.1塑性收缩

　　混凝土硬化前没有沉实或沉实不足或不均就会发生裂缝,这种裂缝发生在浇筑后1～3h,混凝土尚处于塑性阶段,几乎没有强度或强度很小,在重力的作用下,粗骨料等质量大的颗粒缓慢沉降密实,水、气泡等质量小的组分浮至混凝土面层,出现分层现象。混凝土因沉降竖向体积缩小1%。坍落度越大,保水性越差,凝结时间越长及混凝土越厚时,沉降收缩量越大,在下沉过程中若受到钢筋阻挡,便形成沿钢筋方向的裂缝。为减小混凝土塑性收缩,施工时应控制水灰比,避免过长时间的搅拌,振捣时间以5～15s/次为宜,下料不宜太快,振捣要密实。

　　1.2.2干缩

　　混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失,使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形,由于受到围岩和模板的约束,变形产生应力,当应力值超过混凝土的抗拉强度时,就会出现干缩裂缝。干缩裂缝多发生在混凝土表面,走向没有规律。

　　1.2.3温度裂缝

　　水泥水化过程中产生大量的热量,在混凝土内部和表面间形成温度梯度而产生应力,当温度应力超过混凝土内外的约束力时,就会产生温度裂缝。裂缝宽度冬季较宽,夏季较窄,此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀。

　　1.2.4沉陷裂

　　缝沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软,或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致;或者因为模板刚度不足,模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致沉陷而产生裂缝,特别是在冬季,模板支撑在冻土上,冻土化冻后产生不均匀沉降,致使混凝土结构产生裂缝。

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