[摘　要]杂散电流对地铁工程钢筋混凝土的损害是严重的。本文通过混凝土试件在Ca(OH)2饱和溶液和3 5%NaCl溶液中的模拟试验及微观机理分析,得出采用优化配制的复掺优质粉煤灰和矿渣微粉的高性能混凝土抗杂散电流腐蚀能力比同水胶比基准混凝土提高6～8倍的结论,并通过耐久寿命评估,达到了设计使用寿命100年的基本要求。

　　高性能混凝土是20世纪80年代末、90年代初问世的一个新术语[1]。它是针对传统的混凝土设计仅注重以抗压强度为主要依据,以及全球范围日益突出的耐久性问题,超高层建筑、大跨度桥梁、海洋工程结构的迅猛发展,混凝土的商品化和施工高度机械化,资源、能源与环境保护形势日趋严重的可持续发展问题等背景下提出的。一经问世,立即在世界范围内得到普遍认同和推崇,在高性能混凝土的研究和工程应用方面取得了相当快的进展。

　　1 国内外研究现状

　　日本是高性能混凝土研究较早、水平较高、应用较广的国家。该国科研人员研制出耐久性达500年以上的混凝土,在水灰比0 50的普通混凝土中掺加乙二醇醚衍生物及氨基醇衍生物,混凝土干燥收缩约为普通混凝土的50%～60%,碳化速度约为普通混凝土的1 3,氯离子渗透速度仅为普通混凝土的1 4,并具有优异的耐酸性,能有效控制盐酸、硝酸对混凝土的渗透,在大型工程应用中得到了有效的检验[2 4]。英、美、加等国粉煤灰资源丰富,对掺粉煤灰高性能混凝土的研究和工程应用也有相当成熟的经验。加拿大矿产能源研究中心(CANMET)开发研究大掺量粉煤灰混凝土,并对其工作性能、物理力学性能和耐久性进行了系统的研究[5];英国的跨英吉利海峡海底隧道,采用了水胶比为0 33的C70粉煤灰混凝土(粉煤灰掺量30%);美国佛罗里达州海边最大的一座“阳光”高架桥,其下部大体积混凝土掺用了50%粉煤灰,上部结构采用了水胶比不大于0 35,20%粉煤灰和5%～10%硅粉共掺的C45高性能混凝土[6]。荷兰对大掺量矿渣微粉混凝土的研究和应用已有50多年的历史和相当成熟的经验,该国的海工结构大多数采用大掺量矿渣微粉混凝土,设计使用寿命也均在100年以上[7]。

　　我国自20世纪80年代中后期开展高性能混凝土系统研究,十多年来发展迅速,工程应用广泛。1987年,高效减水剂与粉煤灰双掺技术就已应用于厦门高集跨海公路大桥[8]。1997年,在厦门海沧大桥锚碇与承台大体积混凝土中,应用了高效减水剂和35%～40%粉煤灰双掺技术,取得了明显的技术经济效益[9]。1996年,南京水利科学研究院承接交通部国家“九五”攻关项目“海工高性能混凝土成套技术研究”,对海工高性能混凝土的宏观性能和微观机理进行了深入的研究,并在天津新港建设工程中成功应用。

　　但是,高性能混凝土的研究和应用主要集中于海港、大型桥梁等交通工程及部分大型水利工程,在地铁工程中的应用尚未见报道。对于地铁工程,钢筋混凝土的耐久性除要经受环境介质腐蚀侵害外,地铁杂散电流对其腐蚀破坏作用也相当严重。如北京地铁第一期工程投入运营数年后,即发现其主体结构的钢筋严重腐蚀。在国外,如日本、美国、法国、意大利、英国、加拿大和俄罗斯等国的地铁,也存在杂散电流腐蚀的问题[10]。近几年来,国内外研究人员陆续开展钢筋混凝土抗腐蚀研究[11],但在地铁工程中采用高性能混凝土抗杂散电流腐蚀的应用研究相对滞后。

　　2 模拟试验研究

　　南京地铁工程属国家重点建设项目,工程规模宏伟、投资大、建设周期长、质量要求高。工程使用的混凝土除必须满足物理力学性能和施工性能等设计要求外,还必须重点考虑混凝土的耐久性,使地铁工程混凝土与钢筋混凝土结构在所处环境条件下,能满足100年设计使用寿命的基本要求。对此,南京地铁开展了高性能混凝土的应用研究,针对地铁杂散电流对钢筋混凝土的腐蚀,重点进行了高性能混凝土抗杂散电流腐蚀的模拟试验。

　　避免杂散电流的危害,可以采取两方面的措施:一是避免产生接触电位差;二是减少由于电位差产生的电流,即提高混凝土的电阻率。根据南京地铁工程的实际情况,本次试验研究采用的是掺和粉煤灰和矿渣的方法,提高混凝土的电阻率,减少杂散电流的危害。

　　2.1 C30高性能泵送混凝土试验配合比和试件

　　开展C30泵送混凝土综合性能试验,采用的是南京地铁主体工程C30泵送混凝土。即,原材料采用南京天宝水泥集团32.5普硅水泥、江苏南热粉煤灰开发公司I级灰、江南粉磨有限公司矿渣微粉、南京宏田江砂、江苏小野田泉水碎石和南京瑞迪新材料公司HLC抗裂

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