管片衬砌

地下工程的发展方向

管片衬砌，用在工厂或工地预制的构件拼装而成的隧道衬砌，采用装配式衬砌是地下工程的发展方向之一。

管片衬砌结构的腐蚀机理

(1)混凝土碳化。水泥集料中的Ca(OH)2与空气中的O2及地下水中的CO2，经水化反应生成CaCO3，以及汽车尾气中的CO2引起碳化作用，混凝土碳化使Ca(OH)2减少及混凝土含碱量(碱度)和pH值降低，从而导致混凝土受碳化腐蚀；同时，CO2入渗混凝土保护层后，使钢筋表面钝化膜剥蚀而锈烂。此外，碳化使混凝土收缩，在混凝土表面产生拉应力而出现收缩微裂纹，降低了混凝土的抗渗能力，而钢筋锈胀进一步使混凝土保护层剥落。

(2)混凝土碱骨料(碱-硅)反应。在混凝土浇筑成型若干年后，其中的水泥、结合水和外加剂中的碱与混凝土集料中的活性成分发生碱骨料反应，其反应生成物吸水膨胀，使混凝土胀裂。

(3)侵蚀性环境中的有害化学离子入渗混凝土的腐蚀作用。工程环境和地下水中的酸、盐介质(Cl-和SO2-4积聚)以及含硫酸、氯盐的腐蚀性地下水入渗混凝土，与水泥水化物Ca(OH)2反应，使碱度降低，混凝土强度下降；酸性介质入渗，则使酸根离子被吸附到钢筋钝化膜表面而产生破损，从而导致钢筋锈蚀、铁锈体积膨胀，使混凝土保护层胀裂和剥落。

(4)高寒地区混凝土冻融，南方夏季温湿度交替循环变化使混凝土开裂而剥落。

(5)电气化地铁中杂散电流对钢筋的电腐蚀。

(6)混凝土道面磨蚀、江中管片因受土层内的砂及地下水流长时期冲刷，使其表面性能劣化。

(7)近年来一些地区的雨中酸度加大、频率增大，酸雨使地下水质受污染，进而引起管片结构腐蚀。

(8)意外因素作用，以隧道内火灾最为常见，因受高温烟火持续炙烤使混凝土表面产生大量发细裂纹、裂缝，进而引起混凝土剥落和爆裂，其附近部位强度则急剧降低。

影响管片衬砌结构耐久性的主要因素

(1)钢筋锈蚀。受海水(地下水)氯离子入渗(在混凝土内，氯离子向低浓度区扩散)控制，氯离子与地下水作用发生化学腐蚀，混凝土碳化也使钢筋层表面钝化膜破坏。

(2)混凝土保护层剥落。受混凝土碳化腐蚀影响和钢筋锈蚀后体积膨胀而使混凝土保护层胀裂。

(3)混凝土表面龟裂(发细裂纹宽度一般小于0.02 mm,湿润时方可见)。其为遇干湿、冷热交替的不均衡环境作用时，因混凝土碳化收缩与冬季干缩相互叠加所引起的一种破坏。

(4)混凝土裂缝(受缝宽和裂缝数控制)。使腐蚀介质中的氯和硫酸盐离子与地下水及氧气等入渗到混凝土内部。

(5)混凝土抗入渗性能不足。处于腐蚀性地下水和土壤中的含水溶性硫酸盐环境下，容易因腐蚀而影响结构的耐久性。

(6)预制管片在生产、运输和安装过程中的裂缝(缝宽有时已达到0.2 mm，需做控制)及其边角受撞击而破损。因此，进一步提高管片混凝土的抗冲击和抗拉性能是当务之急。