地铁隧道衬砌混凝土检测试验探讨

王振彪

摘要：为了确保地铁隧道工程的建设质量符合规定要求，应采取科学、合理的方式对衬砌混凝土进行检测。基于此，以某地铁隧道工程作为研究对象，通过对该工程简单介绍，进而以腐蚀检测为例，对地铁隧道衬砌混凝土检测试验进行分析，为地铁隧道衬砌施工提供技术支持。

关键词：地铁隧道；衬砌混凝土；检测试验

0   引言

地铁隧道工程建设时，衬砌混凝土很容易受到环境、材料等多种因素影响而出现腐蚀、结构变形、结构沉降等病害，影响衬砌的建设质量，不利于后续整个隧道工程的建设。其中，腐蚀是较为常见的病害之一，会对衬砌混凝土结构强度造成严重影响。为此地铁隧道工程施工过程中，应不断对衬砌混凝土结构腐蚀病害予以检测，以便及时发现可能出现腐蚀病害问题。采取有效的方式对其予以处理，有助于提升整个地铁工程的建设质量。

1   工程概况

本研究当中，选择某地铁隧道建设工程作为研究对象。该工程隧道里程桩号为K21+463.098～K21+815.000，全长为351.902m，左线为单线，右线为双线，洞身呈马蹄形，采用浅埋暗挖施工法。

2   隧道衬砌混凝土腐蚀检测试验

2.1   试验材料

本次试验材料如下：一是水泥。采用强度等级为42.5的C25水泥与C30水泥。二是细骨料。采用中砂，细度模数为2.6。三是粗骨料。采用连续级配石灰岩碎石，粒径在5～10mm范围内。四是水。采用当地市政给水工程中的自来水。五是外加剂。采用JC-2型减水剂、DM-F型速凝剂、普通粉煤灰。六是化学试剂。采用满足《GB672-78》等规定要求的硫酸钠（Na2SO4）、氯化镁（MgCl2）、硝酸钠（NaNO3）等试剂[1]。

2.2   混凝土配比设计

根据工程建设需求，设计出如表1所示混凝土配比。

2.3   试块制作

按照上述配比方案，依次将各种材料添加到拌和站内，通过3～5min的拌和后，将混合料取出，按照《GB/T50080-2002》中的规定要求，分3次将混合料灌入到规格为100mm×100mm×100mm的試模内。

每次灌注后，均要予以人工振捣处理，并将表面磨平，以保证每层的密实性与强度[2]。3次灌注结束后，将试模固定到振动台上，对试块整体予以振捣。最后，按照《GB/T50081—2002》中的规定要求，对试块予以养护，养护条件为：温度控制在18～22℃范围内，养护时间需超过28d[3]。

2.4   试块分组

本试验中，每种类型混凝土材料各设置4组，共8组，每组各有30个试块，总计240个试块，以保证试验结果的准确性，每组试块分别在不同条件（Na2SO4、MgCl2、NaNO3及自来水）进行腐蚀病害处理，于处理后第8d开始，每隔8d对试块检测一次。每组具体情况如表2所示。

2.5   无损检测试验方法

本实验当中，采用超声—回弹综合检测法的方式，对试块腐蚀情况予以检测，具体如下：

通过超声波检测的方式，对光滑试块两侧予以检测，每个平面均设置8个测点，分别采集每个测点的超声波波速，并计算出平均值[4]。

将腐蚀处理的试块取出后，固定到压力试验机上，然后将压力设置成30～80kN，其余两侧通过回弹仪检测。检测过程中，各面平均设置8个测点，每隔点与边缘相距30mm，且两测点之间，距离应超过20mm。将回弹仪垂直放置到测点的上方，逐渐施加压力，并读出读数，之后迅速复位。

在测量的16个数值当中，分别排除3个峰值与谷值，进而推算出均值，以此当作最终结果[5]。继续提高压力，对试块的抗压强度予以分析，并记录检测结果。

3   试验结果分析

3.1   外表观察

试验前与各阶段腐蚀处理后，分别对试块的外表予以观察，以此判断试块是否出现腐蚀问题，以及其腐蚀问题的严重程度。

通过观察可以发现，清水处理后的试块表面基本无任何变化，未发现腐蚀痕迹。而Na2SO4、MgCl2、NaNO3等3种试剂处理的试块，均出现了不同程度的腐蚀痕迹。其中，MgSO4处理后的腐蚀痕迹最为严重，且腐蚀速度最快，其次为MgCl2，最后为NaNO3，如图1所示。

3.2   隧道衬砌混凝土腐蚀过程中性能分析

3.2.1   质量变化情况

试块出现腐蚀问题后，不仅会产生新的物质，而且还会消耗一部分原有材料。若新物质质量高于消耗的原材料，试块总体质量将会提高，反之则会下降。若两者保持一致，则试块总质量保持不变。由此表明，试块重量出现改变后，并不一定表明其出现腐蚀问题[6]。

试块质量分析时，主要采用的是质量损失率，分别在试验前与各阶段腐蚀后，测量出试块的重量，之后按照下述公式，推算出质量损失率：

β                              （1）

其中，β表示质量损失率，m0表示试验前试块的总质量，mn表示腐蚀处理nd后，试块测量的总质量。

通过对8组试块称量与计算分析后能够发现，在C25试块当中，MgSO4处理后的试块损失率最高，达到了1.89%。最低为自来水，只有0.07%。中间依次为MgCl2与NaNO3，损失率分别为0.92%与0.74%。

在C30试块当中，MgSO4处理后的试块损失率最高，达到了1.62%。最低为自来水，只有0.06%。中间依次为MgCl2与NaNO3，损失率分别为0.74%与0.39%。

由此可以发现，相对于C25的试块，C30的试块质量损失率较低一些。同时，从总体上来说，经过MgSO4处理的试块重量损失问题最为严重，损失速度最快，MgCl2处于第二位，NaNO3相对较低，与试块表面观察情况基本相符。

3.2.2   吸水率变化情况

通过吸水率的测定，可在一定程度上显示出混凝土结构的密实度。密实度测定时，分别于干燥与浸泡后，对试块进行测量，并按照下述公式，推算出试块的吸水率：

（2）

其中，α表示吸水率；m湿表示浸泡后试块的总重量；m干表示烘干处理后试块的总质量。

通过对各组试块吸水率的检测可以发现，各试块吸水率的变化较为杂乱，无明显变化规律，表明腐蚀处理对试块内部结构造成了严重的破坏。

其中，在C25混凝土试块方面，MgSO4处理后的试块吸水率最高，达到了1.35%。最低为自来水，只有0.13%。中间依次为MgCl2与NaNO3，吸水率分别为1.14%与0.93%。

在C30混凝土试块方面，MgSO4处理后的试块吸水率最高，达到了1.2%。最低为自来水，只有-0.24%。中间依次为MgCl2与NaNO3，损失率分别为0.93%与0.62%。

由此表明，经过MgSO4处理的试块内部损伤更为严重，吸水率最高，MgCl2处于第二位，NaNO3相对较低，与试块表面观察情况基本相符。

3.2.3   抗压强度

混凝土抗压强度影响的因素有很多，如腐蚀病害、自身材料等，是一个复杂的分析问题。为了降低分析难度，本文不考虑其他因素，仅考虑到腐蚀对混凝土结构抗压强度的影响。

抗压强度分析时，采用的是强度损失率，推算公式为：

（3）

其中，KC表示强度损失率；?'ct表示腐蚀处理不同天数后，试块的抗压强度值；?ct表示正常养护时，试块的抗压强度值。

通过分析可以发现，通过腐蚀处理后，所有试块的抗压强度均出现了明显变化。其中，在C25混凝土试块当中，MgSO4处理后下降得最为严重，达到了35.91%。之后为MgCl2与NaNO3，也呈现为下降的趋势，损失率分别是28.04%与22.81%。而自来水处理后则呈现为上升的趋势，增加了7.82%。

在C30混凝土试块当中，MgSO4处理后下降得最为严重，达到了37.35%。之后为MgCl2与NaNO3，也呈现为下降的趋势，损失率分别是29.91%与24.87%。而自来水处理后则呈现为上升的趋势，增加了5.64%。

由此表明，对混凝土试块腐蚀时，MgSO4最强，之后依次为MgCl2与NaNO3，而清水在短时间内可以对试块表面起到一定的保护作用。

3.3   无损检测结果随侵烛龄期的变化分析

3.3.1   回弹值

通过对回弹值的检测与计算能够发现，从总体角度来说，回弹值在小幅度下降，且在腐蚀的前期，各种腐蚀溶液处理后的回弹值基本相同，经过16～24d处理后，回弹值增加到峰值，之后不断减小。同時，回弹值变化情况基本与强度变化情况相同。

对于MgCl2与NaNO3腐蚀处理来说，主要是到了腐蚀后期，试块表面出现了大量麻面，从而使试块回弹值下降。而对于MgSO4腐蚀处理来说，由于腐蚀后期试块外边变得酥软与松散而引发的。在自来水当中，试块的回弹值基本稳定，基本与观察结果相同。

3.3.2   超声波波速

通过对超声波波速的检测可以发现，在腐蚀初期，波速出现小幅度变化，在腐蚀处理32d之后，波速则开始大幅度降低。其中，对于3种腐蚀溶液处理的试块来说，波速降低的幅度基本相似，而自来水则无明显变化，基本与观察结果相同。

4   结束语

地铁隧道工程建设时，衬砌混凝土很容易受到环境、材料等多种因素影响而出现腐蚀、结构变形、结构沉降等病害，影响衬砌的建设质量，不利于后续整个隧道工程的建设。

地铁隧道衬砌混凝土腐蚀病害检测时，超声波—回弹检测法具有良好的应用效果。通过回弹值与超声波波速的测量与计算，可较为准确的评估混凝土结构是否出现腐蚀病害，并判断病害的严重性。所以，现代地铁隧道衬砌混凝土工程施工过程中，应对超声波—回弹检测法产生高度重视，并利用该方法对衬砌混凝土结构予以检测，及时发现混凝土结构出现的腐蚀问题，为整个工程后续建设提供帮助。

参考文献

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