广东某高速公路隧道衬砌混凝土腐蚀成因与规律研究

作     者：李云安 朱敦铭 田然 罗朝晖 黄惟琛 LI Yun'an;ZHU Dunming;TIAN Ran;LUO Chaohui;HUANG Weichen

作者机构：中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 湖北省地质局水文地质工程地质大队湖北荆州434020 中国地质大学(武汉)环境学院湖北武汉430078 

出 版 物：《安全与环境工程》 (Safety and Environmental Engineering)

年 卷 期：2024年第31卷第5期

页      面：38-50页

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：广东大潮东溪山隧道结构腐蚀地热成因与防治方案专题研究项目(2020056225) 

主　　题：公路隧道 混凝土 腐蚀成因 控制因素 隧道地下水渗流模拟试验 

摘      要：长期处于侵蚀性水环境中所引起的化学侵蚀是公路隧道混凝土的常见病害之一。这种侵蚀会导致混凝土耐久性下降,进而对隧道结构安全构成威胁并需要大量资金进行养护。然而,现有研究普遍缺乏工程实例依托,试验和模拟参数设置与工程实际的关联性较弱,难以准确、全面地反映现实中复杂侵蚀水环境下混凝土腐蚀的机制。为此,选取我国广东某高速公路隧道为工程实例,采用原位和实验室水化学指标测试、XRF测试手段确定混凝土化学侵蚀来源,并以隧道地下水渗流模拟试验复现化学侵蚀过程,研究混凝土的腐蚀成因、化学侵蚀规律和控制因素。结果表明:(1)隧道衬砌混凝土与低Ca^(2+)、高HCO_(3)^(-)浓度的地下水接触、混合后发生钙溶蚀,形成了高pH值、高饱和的CaCO_(3)溶液及过饱和沉淀,并在地下水经裂隙快速喷出进入隧道的过程中,CO_(2)分压下降促使CaCO_(3)进一步过饱和析出;(2)在隧道衬砌混凝土钙溶蚀初期,混凝土液相Ca(OH)_(2)与地下水Ca^(2+)浓度差较大,钙溶蚀速率较快,而随着钙溶蚀的进行,固相Ca(OH)_(2)持续被消耗且隧道排水中Ca^(2+)浓度持续升高,与地下水中Ca^(2+)浓度差缩小,钙溶蚀速率趋缓,最终在动水条件下达到动态平衡,隧道排水水化学特征维持相对稳定;(3)低Ca^(2+)、高HCO_(3)^(-)浓度的地下水有利于混凝土的钙溶蚀和CaCO_(3)过饱和析出沉淀,而过高或过低的地下水渗流流速(固液停留时间)均不利于相关化学反应的进行。