混凝土结构上的锚固件在隧道环境中的防腐分析
摘 要：隧道中的结构连接件常年处在较为恶劣的环境下，它的腐蚀状态直接影响与之相连接的被固定件的工作情况、安全程度、使用寿命，进而影响维护成本。因此，选择正确合理的锚固件非常重要。1.概述
隧道内环境较为恶劣，潮湿、灰尘、温差、污浊空气等因素都会减少构件使用的安全程度和使用寿命。结构破坏很多发生在钢混连接构造上，而不是发生在钢材和混凝土结构本身。比如，由于锚栓固定件疲劳腐蚀造成隧道风机运转偏心，工作异常；地铁站电梯导轨固定件长期受潮湿作用，功能失效，造成运营事故；固定吊挂件的锚栓承载力减小，发生吊挂件坠落等。因此，固定件设计与施工的主导思想应立足于隧道使用安全和造价经济。
固定件应在基材和被固定物之间提供足够的夹持力，在设计年限内经腐蚀后，仍能满足设计要求，即应有良好的长期性能，稳定的机械参数。
防腐措施分为主动和被动两类，主动防腐是在设计阶段将导电体分开，采用抗腐性能较高的材料。被动防腐是指后续的金属或非金属面层防护。金属结构或设备与混凝土结构连接锚固件的防腐措施可有以下几种：
a.塑料结构保护
b.金属层涂层保护
c.镀锌保护 d.采用抗腐金属材料
e.绝缘物电气分隔或加电气保护措施（阴极保护或牺牲阳极）
2.镀锌材料抗腐蚀性能
本文仅就常用的镀锌防护和采用抗腐金属材料进行分析。就镀锌层而言，在不同环境下，腐蚀速率见表1。μ
镀锌防护分为：镀锌、热浸镀锌、粉沫渗锌3种形式，因镀层厚度不同，抗腐能力有所差别。研究表明，上述3类镀锌锚栓固定件的预期使用寿命。
从比利时安特卫普和德国汉诺威地铁的使用情况来看，热浸镀锌和粉沫渗锌锚栓固定件即可满足内陆城市正常维护状态下的使用要求。
3.现场试验
为进一步揭示环境因素与固定件腐蚀程度的关系，自1981年至今，苏黎士理工大学和喜利得研发中心联合进行了不间断现场实物试验，室内试验同步进行。现场试验选在腐蚀条件较为严重的长大公路隧道内。包括有活塞风作用的单向行车隧道和无活塞风作用的双向行车隧道。试验范围如下：7座隧道，9个试验点，2600个试件，33种不同材质。隧道长度、试验点位置不同的锚栓固定件固定在混凝土试件中，置于隧道紧急停车带（避车洞）内。混凝土周边碳酸和盐的浓度依实际环境水平而定。
4.腐蚀因素分析
腐蚀程度的影响因素包括:交通量和重车比例;隧道内气像情况,主要指空气温度和相对湿度;试件灰尘覆盖情况;混凝土的中性化和盐渍化;烟尘的影响。
4.1隧道内交通量
与铁路隧道和地铁不同，公路隧道重载交通即大吨位货车比例的大小是影响腐蚀程度的主要因素之一。SO2，NOx和烟雾浓度易在隧道的小环境中形成腐蚀质。表5示出了各现场试验隧道的交通量情况。
4.2隧道内气像
每天的干湿循环导致污染集中，与现场同时进行的室内模拟试验在试件上涂抹氯离子酸性溶液，在烟雾、尘土、矿物质、轮胎渣、水溶性氯离子的作用下，腐蚀程度加剧。
4.3隧道内试件灰尘覆盖情况
一定时间间隔，对现场采集的灰尘进行成份分析。
4.4混凝土的中性化和盐渍化
经过24个月的实地试验，对混凝土的中性化和盐渍化情况进行了统计分析。
氯化物通过各种渠道被带入隧道之内，尔后通过干湿循环渗透到衬砌混凝土中。酸性气体导致混凝土中性化和脆化，使pH值下降。氯离子，潮湿（电解）作用以及其他酸性媒介使不锈钢材料产生孔洞和裂缝腐蚀。
4.5烟尘的影响
Gotthard 隧道中SO2在短时间内聚集达48 ×10-6，NO2 值各个隧道基本接近，范围在 0~ 4×10-6之间，CO值在各个隧道大致相同，变化范围比 NO2 略大。
5. 各类合金钢材质锚栓适应性分析
借助于金属组织学、显微学的方法，可以精确地测到隧道内试件的腐蚀面积，腐蚀洞深。经比较，面积和深度并不直接相关，分析认为，这是由于合金的成份、纯度、金属处理阶段的沉淀作用所致。
Mont Blanc 隧道的腐蚀最为严重。热浸镀锌、含铁酸盐材料、铜铝合金、
铬合金钢(1.4104)、 不锈铬镍合金 (1.4301、1.4305)均发生了腐蚀。
由于MontBlanc隧道瑞士一侧镀镍合金腐蚀极为严重，瑞士隧道管理方已不再考虑使用镀镍合金锚栓固定件。金属表层的不平整，加速了腐蚀速度，不锈钢及大部分镀铝材料，特别是作为阳极时，表现为裂缝和孔洞腐蚀，如1.4305钢，有裂缝贯穿相连。
在同样的腐蚀环境中，1.4565、1.4529钢没有腐蚀迹象，1.4462、1.4439、1.4539钢表现出了较强的抗腐性能。
6.结论
铝制品易形成孔洞腐蚀，不宜作为隧道内锚栓固定件；铬黄-镍钢(1.4301、1.4305、1.4401、 A4等)和其它合金，如1.4429、1.4439、1.4539、1.4462可以在腐蚀程度不是很高的环境中应用，如内陆城市地铁或轻轨项目。但这种固定件在温差大、湿度高、氯离子，硫酸根离子浓度较高的隧道中使用，可能出现较大的腐蚀孔洞。
镍、钛覆层具有较强抗腐性能，但与性能相近的不锈钢奥氏体 (至少6%钼含量的1.4529或Avesta254SMO)相比，价格昂贵且难于加工。
高钼含量的不锈钢（英文Steel of High Corrosion Resistance ，缩写为HCR，钼含量大于6%）
锚栓固定件适用于高腐蚀环境，适合滨海城市地铁和轻轨项目以及具有用以重要政治、军事意义的隐蔽工程。考虑维修、更换和因腐蚀造成的损失，使用HCR制作的锚栓，用以固定钢材和混凝土结构，具有稳定的长期性能和良好的费用效益比。
