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服役環(huán)境復(fù)雜化

近年來，隨著我國鐵路建設(shè)規(guī)模的迅猛發(fā)展以及鐵路網(wǎng)的逐步完善，新建鐵路線路逐步向我國西部地區(qū)延伸，鐵路工程建設(shè)和服役又將面臨新的環(huán)境條件，這也為鐵路工程結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量建造和長期服役帶來新的挑戰(zhàn)。如已經(jīng)開工建設(shè)的川藏鐵路穿越川西地?zé)岙惓Ш筒貣|地?zé)釡厝獛?，沿線出露溫泉超過700處，受地?zé)嵊绊懀嘧淼来嬖诟叩販氐墓こ痰刭|(zhì)問題。此外，川藏鐵路沿線太陽幅射強(qiáng)，日照長，具有年溫差小、日溫差大的特點(diǎn)，有時晝夜溫差達(dá)30～35 ℃，大溫差環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)承受溫度疲勞應(yīng)力作用，且頻繁的溫度變化導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)承受高頻凍融作用。

高地?zé)岘h(huán)境加快混凝土中水分蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土的工作性降低，同時，高地溫環(huán)境會帶來延遲鈣礬石生成的風(fēng)險。大溫差環(huán)境導(dǎo)致混凝土溫度變形大，混凝土結(jié)構(gòu)開裂風(fēng)險大。而在現(xiàn)有鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，并未將高地?zé)岷痛鬁夭瞽h(huán)境納入混凝土環(huán)境作用類型，兩種特殊環(huán)境下的混凝土耐久性指標(biāo)缺失。此外，在凍融循環(huán)作用下，尤其是道床板等平面薄層混凝土結(jié)構(gòu)承受單面凍融循環(huán)作用，混凝土表層易粉化、剝落。而在現(xiàn)有鐵路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，凍融破壞環(huán)境下，混凝土耐久性指標(biāo)以快凍法/慢凍法下的凍融循環(huán)次數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，該試驗(yàn)方法中，混凝土試件整體受凍，無法真實(shí)模擬混凝土結(jié)構(gòu)的受凍條件，在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，混凝土抗凍性指標(biāo)尚不完善。因此，亟需在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，增加大溫差、高地?zé)岬然炷镰h(huán)境類別，完善凍融環(huán)境下混凝土耐久性評價指標(biāo)，為保障鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提供指南。

原材料資源短缺

砂石骨料是混凝土中應(yīng)用最多的原材料，采用就地取材的方式才能最大限度地保證原材料供應(yīng)，降低建設(shè)成本。近年來，隨著建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和環(huán)保要求的日益提高，河砂資源逐年短缺，已經(jīng)出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。另一方面，粉煤灰、礦渣粉等礦物摻合料是混凝土中重要的輔助膠凝材料，對于提高混凝土的抗?jié)B性、密實(shí)性和耐久性具有重要作用。然而近年來粉煤灰資源逐漸短缺，優(yōu)質(zhì)粉煤灰供不應(yīng)求，市場上甚至出現(xiàn)了以次充好和銷售假粉煤灰的現(xiàn)象，尤其在我國西部工業(yè)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，粉煤灰和礦渣粉資源更加稀缺。如川藏鐵路跨越和涉及長江流域、瀾滄江流域、怒江流域以及雅魯藏布江流域等水系，沿線水系河床較淺，河砂資源儲存量較少，無法滿足川藏鐵路特大型工程的建設(shè)需求，且川藏鐵路途經(jīng)地區(qū)冶金、火力發(fā)電等工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，加之西南地區(qū)本身以水力發(fā)電為主，導(dǎo)致沿線800 km范圍內(nèi)幾乎沒有大型的粉煤灰和礦渣粉等生產(chǎn)企業(yè)。針對混凝土原材料匱乏的難題，如何利用鐵路沿線地區(qū)地緣性材料制備機(jī)制砂石料和礦物摻合料來替代河砂和傳統(tǒng)礦物摻合料，成為滿足鐵路建設(shè)原材料供應(yīng)需求，保證工程建設(shè)順利實(shí)施的首要任務(wù)。

混凝土結(jié)構(gòu)過早劣化

隨著我國鐵路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，尤其是高速鐵路的快速發(fā)展，鐵路工程技術(shù)人員展開了大量研究和應(yīng)用工作，逐漸形成了面向跨地域、變氣候、多環(huán)境的高性能混凝土技術(shù)，建立了高性能混凝土質(zhì)量保障技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)體系。然而，實(shí)際運(yùn)營結(jié)果表明，目前混凝土結(jié)構(gòu)在服役過程中過早地出現(xiàn)了龜裂和開裂破壞、凍融破壞和硫酸鹽侵蝕破壞等劣化現(xiàn)象。

1、 龜裂和開裂破壞

混凝土表面龜裂和開裂是現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)常見的過早劣化現(xiàn)象之一。鐵路工務(wù)部門在例行維檢中發(fā)現(xiàn)，部分高鐵既有無砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)不同程度的開裂現(xiàn)象。對川藏地區(qū)特殊環(huán)境下混凝土工程的調(diào)研結(jié)果表明，無論是鐵路橋梁和隧道、公路橋梁、隧道和路面以及大壩面板和排水渠等結(jié)構(gòu)部位的混凝土，均出現(xiàn)開裂現(xiàn)象?；炷笼斄押烷_裂多發(fā)于施工早期，由于缺少抑制混凝土開裂的有效措施，在大風(fēng)干燥和大溫差環(huán)境下，多數(shù)混凝土結(jié)構(gòu)在拆模后短時間內(nèi)就出現(xiàn)了不同程度的龜裂和長大裂紋，并隨著時間的延長不斷加劇擴(kuò)大。

2、凍融破壞

凍融破壞主要發(fā)生在與水或雪有頻繁接觸的橋墩混凝土、無砟軌道混凝土等位置，尤其以我國東北地區(qū)較為顯著，如部分高鐵既有無砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)已出現(xiàn)不同程度的粉化和剝落現(xiàn)象，少數(shù)甚至過早進(jìn)入養(yǎng)護(hù)維修階段。與東北地區(qū)相比，西藏地區(qū)日溫差較大，混凝土面臨的凍融循環(huán)破壞程度更加嚴(yán)重，如西藏那曲地區(qū)，年氣溫正負(fù)變化交替次數(shù)達(dá)187次，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。

3、硫酸鹽侵蝕破壞

我國硫酸鹽土壤分布較為廣泛，尤其是近年來隨著鐵路建設(shè)逐步向西部推進(jìn)，大量鐵路橋墩、涵洞和隧道等主體混凝土結(jié)構(gòu)存在硫酸鹽侵蝕風(fēng)險。地質(zhì)勘探資料表明，部分鐵路沿線地區(qū)的硫酸根離子濃度較高，可以達(dá)到環(huán)境作用等級H4腐蝕離子濃度最低限值的數(shù)10倍。以現(xiàn)有的高性能混凝土技術(shù)水平，在這種嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下混凝土的長期耐久性難以保障。硫酸鹽侵蝕破壞成為目前鐵路建設(shè)，特別是西部鐵路建設(shè)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。

內(nèi)容來源：預(yù)制與預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)

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