在鐵路工程建設(shè)與運(yùn)營過程中，混凝土結(jié)構(gòu)長期暴露于復(fù)雜的自然環(huán)境中，環(huán)境土與環(huán)境水中的各類侵蝕性介質(zhì)會(huì)對其產(chǎn)生持續(xù)作用，是導(dǎo)致混凝土碳化、鋼筋銹蝕、結(jié)構(gòu)酥松的核心誘因，嚴(yán)重威脅鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩c穩(wěn)定。在鐵路工程從勘察設(shè)計(jì)到運(yùn)維報(bào)廢的全生命周期中，對所處環(huán)境因素系統(tǒng)檢測可實(shí)現(xiàn)對侵蝕風(fēng)險(xiǎn)的精準(zhǔn)把控，是結(jié)構(gòu)安全的動(dòng)態(tài)保障，也是鐵路工程高質(zhì)量建設(shè)與安全運(yùn)營的基石工程。

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環(huán)境類別及作用等級(jí)

在TB 10005-2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中，將鐵路混凝土結(jié)構(gòu)所處的常見環(huán)境按照其對混凝土材料和鋼筋的腐蝕機(jī)理分為碳化環(huán)境、氯鹽環(huán)境、化學(xué)侵蝕環(huán)境、鹽類結(jié)晶破壞環(huán)境、凍融破壞環(huán)境及磨蝕環(huán)境六類。

根據(jù)對環(huán)境條件要求的不同，將每種環(huán)境類別分為不同的作用等級(jí)，其中碳化環(huán)境的作用等級(jí)包括T1、T2、T3三個(gè)級(jí)別，氯鹽環(huán)境的作用等級(jí)包括L1、L2、L3三個(gè)級(jí)別；化學(xué)侵蝕環(huán)境的作用等級(jí)包括H1、H2、H3、H4四個(gè)級(jí)別；鹽類結(jié)晶破壞環(huán)境的作用等級(jí)包括Y1、Y2、Y3、Y4四個(gè)級(jí)別；凍融破壞環(huán)境的作用等級(jí)包括D1、D2、D3、D4四個(gè)級(jí)別；磨蝕環(huán)境的作用等級(jí)包括M1、M2、M3三個(gè)級(jí)別。

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腐蝕機(jī)理分析

環(huán)境土與環(huán)境水是鐵路工程混凝土結(jié)構(gòu)最直接、最持久的接觸介質(zhì)，二者通過離子滲透、物理作用、水力驅(qū)動(dòng)等方式，單獨(dú)或協(xié)同引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)劣化，其破壞作用貫穿工程建設(shè)與運(yùn)營全周期，且不同介質(zhì)的破壞路徑與表現(xiàn)存在顯著差異。

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環(huán)境土中富集的氯根、硫酸根、鎂離子、酸性物質(zhì)等，以不同的作用形式對鐵路工程混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，且土壤的毛細(xì)作用與離子吸附特性會(huì)加速侵蝕過程。

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環(huán)境土中氯離子對混凝土結(jié)構(gòu)的危害主要體現(xiàn)在對鋼筋的銹蝕作用上。氯離子具有很強(qiáng)的穿透能力，會(huì)破壞鈍化膜的穩(wěn)定性，使鋼筋表面出現(xiàn)局部的活化點(diǎn)，形成腐蝕電池，最終使鋼筋出現(xiàn)銹蝕破壞。環(huán)境土中的硫酸根會(huì)滲透到混凝土內(nèi)部，與水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣、鋁酸三鈣等發(fā)生反應(yīng)，生成的物質(zhì)使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫，還可能伴隨有混凝土剝落等現(xiàn)象。

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此外，環(huán)境土的顆粒組成、脹縮性、凍脹性等物理特性，會(huì)對混凝土產(chǎn)生持續(xù)機(jī)械應(yīng)力，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)變形、開裂，這類破壞無需化學(xué)作用參與，且破壞力直接作用于混凝土整體。

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同樣，這些侵蝕性離子也會(huì)存在于環(huán)境水中，但與環(huán)境土不同的是，環(huán)境水流動(dòng)性與水壓特性使得其對鐵路工程混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕更快速、更深入。環(huán)境水中的鎂離子會(huì)與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成氫氧化鎂和可溶性的鈣鹽，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)度下降。

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在氣候干燥、蒸發(fā)強(qiáng)烈，且環(huán)境土或環(huán)境水中含有較多可溶性鹽類的地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)表面的水分會(huì)不斷蒸發(fā)，導(dǎo)致環(huán)境水中的鹽類物質(zhì)在混凝土表面或內(nèi)部的孔隙中逐漸濃縮、結(jié)晶，使得鐵路工程遭受鹽類結(jié)晶破壞的威脅。

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鐵路工程所處環(huán)境中，二氧化碳對混凝土結(jié)構(gòu)的破壞也不容忽視。二氧化碳會(huì)通過混凝土的孔隙滲透到其內(nèi)部，并與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不斷消耗混凝土內(nèi)部的堿性物質(zhì)，導(dǎo)致混凝土的pH值逐漸降低，導(dǎo)致鋼筋發(fā)生銹蝕。

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相關(guān)檢測

為確保鐵路工程的安全，需對鐵路沿線水質(zhì)、土質(zhì)及氣候等環(huán)境條件進(jìn)行科學(xué)檢測與評估，而環(huán)境水與環(huán)境土分別作為侵蝕性離子的“移動(dòng)載體”與“儲(chǔ)備庫”，是檢測的重點(diǎn)。對環(huán)境土、環(huán)境水中氯離子、硫酸根離子、鎂離子等侵蝕性離子及成分進(jìn)行檢測，對混凝土侵蝕性環(huán)境條件進(jìn)行評估，也是采取正確的應(yīng)對及防范措施的前置條件。

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對于環(huán)境土的相關(guān)檢測，可依據(jù)TB 10103-2008《鐵路工程巖土化學(xué)分析規(guī)程》來進(jìn)行，尤其對于環(huán)境土中氯根含量和硫酸根含量，應(yīng)重點(diǎn)檢測核查。檢測過程中需注意對土浸出液的制備，應(yīng)將土按規(guī)定方法步驟進(jìn)行過篩研碎等處理，制備成1mm試樣，再稱取一定量制備好的1mm試樣，按土水1:5加水后攪拌、振蕩、過濾，得到土浸出液，以進(jìn)行后續(xù)的滴定及其他檢測步驟。

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鐵路沿線環(huán)境水的相關(guān)檢測可依據(jù)TB 10104-2003《鐵路工程水質(zhì)分析規(guī)程》，包括氯化物含量、硫酸根含量、侵蝕性二氧化碳、pH值、鎂離子含量、重碳酸鹽等多個(gè)方面，同時(shí)還應(yīng)考慮流動(dòng)性帶來的動(dòng)態(tài)侵蝕風(fēng)險(xiǎn)。

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環(huán)境水的檢測結(jié)果是否可靠，取樣的規(guī)范性具有很大影響。在取樣時(shí)應(yīng)確保采樣瓶的潔凈，并按要求對采樣瓶進(jìn)行潤洗，完成采樣后標(biāo)注清晰，采用恰當(dāng)?shù)姆绞奖４妫⒃跁r(shí)效內(nèi)完成檢測。對于水樣pH值的檢測宜在現(xiàn)場完成。

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檢測應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范點(diǎn)位優(yōu)化選取、樣品采集、試驗(yàn)分析、數(shù)據(jù)驗(yàn)證等相關(guān)流程，確保數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠。但檢測并不是最終目的，還應(yīng)基于環(huán)境水與環(huán)境土的相關(guān)檢測數(shù)據(jù)，結(jié)合工程地理位置、氣候條件，綜合評估混凝土所處侵蝕性環(huán)境條件，明確侵蝕類型與等級(jí)，為防護(hù)措施制定提供整體依據(jù)。

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結(jié) 語

鐵路工程所處水質(zhì)與土質(zhì)條件是鐵路工程運(yùn)營的重要影響因素，對其侵蝕性檢測，本質(zhì)是通過精準(zhǔn)捕捉侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)檢測、評估、防護(hù)、監(jiān)測的系統(tǒng)化管理，避免防護(hù)不足或過度防護(hù)，從源頭保障混凝土結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，支撐鐵路工程長期可靠運(yùn)營。對于重度侵蝕環(huán)境，還應(yīng)建立長期監(jiān)測機(jī)制，時(shí)刻關(guān)注環(huán)境及混凝土結(jié)構(gòu)變化，確保防范措施的有效性。