自密实防水混凝土的改性机理研究及其在隧道防水工程中的应用

论文题目: 自密实防水混凝土的改性机理研究及其在隧道防水工程中的应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 采矿工程

作者: 李厚祥

导师: 唐春安

关键词: 隧道防水,自密实防水混凝土,粉煤灰活化,超塑化剂,抗渗机理,模型试验,数值分析

文献来源: 东北大学

发表年度: 2005

论文摘要: 隧道防水工程是隧道建设的有机组成部分，是关系到隧道建设成败的关键环节。就我国目前隧道防水的现状而言，“十洞九漏”是其真实的写照。隧道渗漏水不仅会降低混凝土衬砌的耐久性，而且还会降低隧道内各种设施(如电气设施)的功能，增加隧道的维护成本，甚至影响隧道的安全运营。 为了解决长期以来一直困扰我国隧道建设工程界的渗漏水难题，本文受沪蓉高速公路某隧道防水工程建设的委托，以提高衬砌混凝土自身的抗渗能力为指导思想，以提高自密实混凝土的脱模强度、改善自密实混凝土的流变性能及抗裂性能为目标，通过相关理论探索和试验研究，提出了利用自密实防水混凝放(WPSCC)衬砌隧道，在取消防水层(仅加柔性隔离层)的情况下实现隧道有效防水的新方法。 本文的主要研究内容包括如下七个方面： 1、系统的分析了混凝土渗漏的原因及改善措施，指出了提高混凝土的密实性能及抗收缩性能是提高混凝土抗渗性能的有效途径。基于混凝土自愈合前的泊肃叶渗水量理论模型，通过实验及回归，建立混凝土裂缝自愈合前的泊肃叶渗水量实际计算公式；在此基础上，研究了混凝土裂缝宽度、水压梯度及裂缝暴露于水环境中的时间的长短与单位渗水量的相关性：探讨了混凝土裂缝自愈合宽度与水压梯度的相关性及混凝土裂缝的自愈合机理。 2、在广泛评价、分析现有高效减水剂的作用效果及机理的基础上，以优势互补为指导思想，以SP-B型萘系减水剂及SP-C型聚羧酸系减水剂为主要组分，合成了平均减水率达到29％且能使WPSCC具有良好流变性能及保坍性能的SP-LI型超塑化剂，并对其作用机理进行了探索。 3、在深入分析粉煤灰活性特征及活性激发机理的基础上，以复合激发为指导思想，通过正交试验及分析，探讨了解决粉煤灰在混凝土中应用时脱模强度低(影响施工进度)的新方法，并运用X射线衍射及扫描电子显微镜，分析了复合激发剂激发粉煤灰混凝土早期强度的作用机理。 4、以提高WPSCC流变性能、抗裂性能及脱模强度为目标，应用合成的SP-LI型超塑化剂及CF-LI型复合激发剂，通过正交试验确定了WPSCC的配合比设计

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摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 隧道防水现状

1.1.2 隧道渗漏的原因

1.1.3 隧道防水的发展趋势

1.1.4 项目来源

1.2 自密实混凝土的发展

1.2.1 自密实混凝土的国内外研究现状

1.2.2 自密实混凝土的性能

1.2.3 自密实混凝土的特点

1.2.4 自密实混凝土的配制机制

1.2.5 自密实混凝土的配制工艺

1.2.6 自密实混凝土的性能评价

1.2.7 自密实混凝土的配合比设计

1.3 自密实混凝土存在的问题及其解决的途径

1.3.1 自密实混凝土存在的问题

1.3.2 解决的途径

1.4 本文的主要研究内容

1.5 研究的目的和意义

1.5.1 研究的目的

1.5.2 研究的意义

1.6 本章小结

第二章 混凝土渗漏的原因及改善措施

2.1 引言

2.2 混凝土渗漏的原因

2.3 混凝土的开裂

2.3.1 混凝土的结构特征

2.3.2 混凝土裂纹的种类

2.3.3 混凝土开裂的原因及机理

2.4 提高混凝土抗渗性能的措施

2.5 混凝土裂缝自愈合特性及机理

2.5.1 泊肃叶模型

2.5.2 泊肃叶渗水量公式的应用

2.5.3 混凝土裂缝自愈合机理

2.6 本章小结

第三章 自密实防水混凝土超塑化剂的研制

3.1 引言

3.2 超塑化剂的研究现状

3.2.1 超塑化剂的种类及特点

3.2.2 超塑化剂的发展方向

3.3 SP-LI型超塑化剂的设计理论及思路

3.3.1 相关理论

3.3.2 设计思路及设计原则

3.4 SP-LI超塑化剂的复合及性能评价

3.4.1 SP-LI型超塑化剂的复合

3.4.2 超塑化剂的性能评价

3.5 SP一LI复合超塑化剂的作用机理

3.6 本章小节

第四章 粉煤灰的活化

4.1 引言

4.1.1 粉煤灰的国内外应用历史及现状

4.1.2 粉煤灰应用存在的问题

4.2 粉煤灰活性激发的国内外研究现状

4.2.1 国内外常用的活性激发方法

4.2.2 现有活性激发方法存在的不足

4.3 粉煤灰复合激发剂的试验研究

4.3.1 复合激发的相关理论

4.3.2 复合激发剂的设计思路

4.3.3 复合活化剂的试验研究

4.4 复合激发剂的激发机理

4.5 本章小结

第五章 自密实防水混凝土的研制

5.1 引言

5.2 自密实防水混凝土的研究现状

5.3 自密实防水混凝土的研制

5.3.1 WPSCC的配制机制

5.3.2 WPSCC的配制机理

5.3.3 WPSCC的配制工艺

5.3.4 WPSCC的配合比试验

5.3.5 WPSCC的配合比设计方案

5.3.6 WPSCC的性能评价及结果

5.3.7 WPSCC配合比的确定

5.4 自密实防水混凝土的耐久性研究

5.4.1 WPSCC的抗渗性能研究

5.4.2 WPSCC的抗冻融性能

5.4.3 WPSCC的抗碳化性能

5.5 本章小结

第六章 自密实防水混凝土的抗渗机理

6.1 引言

6.2 自密实防水混凝土的流变学特性及机理

6.2.1 混凝土流变学相关理论

6.2.2 自密实防水混凝土的流变学特性及其机理

6.3 自密实防水混凝土收缩特性及其机理

6.3.1 混凝土收缩相关理论

6.3.2 自密实防水混凝土收缩特性及其机理

6.4 本章小结

第七章 自密实防水混凝土在隧道防水工程中的应用—现场足尺模型试验

7.1 引言

7.2 试验目的

7.3 试验内容

7.4 隧道足尺模型试验防排水新方案的设计

7.4.1 设计原则

7.4.2 衬砌排水方案

7.4.3 路面基层排水方案

7.4.4 衬砌防水方案

7.5 自密实防水混凝土衬砌隧道施工方案的设计

7.5.1 隔离层的选材及施工

7.5.2 二次衬砌施工方案

7.6 足尺模型试验测试方案的设计

7.6.1 测试目的

7.6.2 测试内容

7.6.3 测试仪器

7.6.4 测试方法

7.7 足尺模型试验现场施工及总结

7.7.1 试验段的选取

7.7.2 现场原材料的调试

7.7.3 现场施工及总结

7.7.4 经济性评价

7.8 足尺模型试验测试结果及分析

7.8.1 现场测试

7.8.2 现场测试结果及分析

7.9 本章小结

第八章 隧道衬砌结构抗渗特性的数值分析

8.1 RFPA~(2D)基本原理

8.1.1 RFRA中渗流力学耦合基本方程

8.1.2 细观单元损伤演化渗流—应力耦合方程

8.1.3 计算程序求解过程

8.2 数值计算模型

8.3 数值计算结果及分析

8.3.1 应力分布特征

8.3.2 衬砌支护作用下的渗流特征

8.4 本章小结

第九章 总结及展望

9.1 总结

9.2 展望

本人攻读博士学位期间参与的相关项目及完成的论文

参考文献

致谢

发布时间: 2006-10-25

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