荷载和含盐地下水作用下隧道结构衬砌混凝土的盐蚀损伤与寿命预测研究

Salt corrosion damage is a main factor for the performance deterioration of tunnel lining concrete. The tunnel engineering structure is buried below the ground, so the rock pressure (load) and the fluidity of groundwater can accelerate the salt corrosion damage of lining concrete. The reasonable study on salt corrosion damage and life forecast of tunnel lining concrete will show important practical significance. In this project, according to the typical factors (load, fluidity of groundwater) of service environment of lining concrete and corrosion salt types in different regions in China, the corrosion mechanism and transmission behavior of ion of lining concrete in single and composite salt corrosion environment will be investigated, and the ion transmission model and calculation model of diffusion coefficient considering load and fluidity of groundwater will be established. The performance deterioration law of lining concrete will be investigated and the corresponding model will be established. According to the comparative study, the quantitative characterization of the influence of load, fluidity of groundwater and ion on the performance deterioration of lining concrete will be achieved. Finally, the failure criterion of salt corrosion of lining concrete will be investigated and the life forecast method will be proposed.

盐蚀损伤是隧道结构衬砌混凝土性能劣化的主要因素之一。由于隧道工程结构埋置于地表以下，围岩压力（荷载）和地下水的流动性对衬砌混凝土的盐蚀损伤具有一定的加速作用，因此，合理准确开展隧道结构衬砌混凝土的盐蚀损伤与寿命预测研究具有重要的实际指导意义。本项目考虑衬砌混凝土服役环境的典型因素―荷载、地下水流动性，针对我国不同地区地下水中的侵蚀性盐类，研究衬砌混凝土在单盐腐蚀环境和复合盐蚀环境下的离子侵蚀机理与传输行为，建立考虑荷载和地下水流动性的离子传输模型与扩散系数的计算模型；研究衬砌混凝土的性能退化规律，建立相应的性能退化模型，通过对比研究，实现荷载、地下水流动性及各离子对衬砌混凝土宏观性能退化影响程度的定量表征；研究衬砌混凝土的盐蚀失效标准，研究并提出衬砌混凝土的寿命预测方法。

盐蚀损伤是隧道结构衬砌混凝土性能劣化的主要因素之一。由于隧道工程结构埋置于地表以下，围岩压力（荷载）和地下水的流动性对衬砌混凝土的盐蚀损伤具有一定的加速作用，因此，合理准确开展隧道结构衬砌混凝土的盐蚀损伤与寿命预测研究具有重要的实际指导意义。本研究考虑衬砌混凝土服役环境的典型因素，研究了衬砌混凝土在单盐腐蚀环境和复合盐蚀环境下的离子侵蚀机理与传输行为，建立了考虑荷载和地下水流动性的离子传输模型与扩散系数的计算模型；研究并提出了衬砌混凝土的寿命预测模型。.考虑地下水流动性，研究发现含盐地下水对衬砌混凝土具有溶蚀和盐蚀两种侵蚀作用，建立了考虑地下水流动性的离子扩散系数计算模型。.考虑地下水流动性与荷载耦合作用，研究发现地下水流动性与荷载均加快了衬砌混凝土的盐蚀损伤，建立了考虑地下水流动性与荷载耦合作用的离子扩散系数计算模型。.考虑氯盐和硫酸盐耦合作用，研究发现硫酸根离子的存在促进了氯离子在衬砌混凝土中的扩散，而氯离子的存在阻碍了硫酸根离子在衬砌混凝土中的扩散，分别建立了氯离子与硫酸根离子耦合作用下的氯离子和硫酸根离子扩散系数计算模型。.考虑氯盐、硫酸盐和镁盐作用，发现镁离子的存在加速了氯离子和硫酸根离子在衬砌混凝土中的扩散，分别建立了氯盐、硫酸盐和镁盐作用下的氯离子和硫酸根离子扩散系数计算模型。.通过考虑硫酸盐、荷载、地下水流动性和氯离子结合能力对氯离子扩散的影响，建立了复杂环境下隧道结构衬砌混凝土的寿命预测模型。.研究成果可为隧道结构的耐久性设计提供理论指导，并有助于隧道工程和地下工程的运营安全性评估。