石拱桥防风化材料研发理论及试验方案研究

论文摘要

石拱桥在我国特别是西南山区应用非常广泛。由于石拱桥的结构材料自身和使用环境的特点,石材存在着风化问题。通过调查相关资料表明,由于石拱桥石材风化病害而导致的经济损失是非常巨大的,且随着环境的变化和功能要求的提高,风化引起的耐久性问题也愈来愈突出。重庆地区石拱桥数量多、分布广,且处于高温、高湿、酸雨沉降、日照时间长、年蒸发量大、气候多变、空气污染较严重,昼夜温差大；部分河流存在氯离子、硫酸根离子等有害离子的恶劣环境中,石拱桥的防风化更受关注。本文主针对石拱桥的风化机理及防风化试验展开研究,进行的主要工作如下：①在进行现场调研的基础上,充分利用已有资料,广泛征求交通建设、养护部门及国内相关专家的意见,分析了重庆地区石拱桥石材防风化问题的研究现状。②根据风化作用机理和大量的重庆地区已建石拱桥的运营状况,剖析出现有重庆地区石拱桥受石材成分、石材的内部结构、大气中有害离子的侵蚀、硫酸盐侵蚀、酸雨沉降,以及桥梁施工、养护、运营以及多重因素影响下的风化机理。③从提高石拱桥石材的风化内外部因素影响,包括大气中有害离子影响、地表流中的硫酸根离子、高湿环境、高温环境等的抗风化性能出发,通过分析传统防风化材料的作用机理,确定了新型防风化材料的试验框架。④遴选了采用有机硅树脂、丙烯酸树脂、有机硅聚合物、有机硅／丙烯酸树脂物理共混以及改性有机硅树脂或丙烯酸树脂作为防风化材料的试验方案,包括：拉伸剪切强度的测定、附着力的测定、耐酸、碱、盐性的测试、硬度的测定、接触角的测定、吸水率的测定、热性能测试、扫描电镜测试。⑤根据重庆地区的气候特点和酸性沉降量大的特点,采用防风化材料抗风化作用耐久性实验研究测定纳米防风化材料的抗风化耐久性。建立分别对涂刷和未涂刷纳米防风化材料的石材试件进行在温度、湿度和酸性等因素影响下进行加速对比试验理论。本文研究成果对提高重庆地区石拱桥耐久性、保证在役石拱桥的安全,节省建设资金,加快公路建设步伐,提高公路建设质量均具有积极的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及必要性
• 1.1.1 石拱桥使用现状分析
• 1.1.2 石拱桥防风化研究的必要性
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 风化作用的研究现状
• 1.2.2 石拱桥风化研究现状
• 1.2.3 防风化材料研究现状
• 1.3 主要研究内容及取得的成果
• 1.4 主要创新点
• 1.5 本章小结
• 第二章 风化作用类型及影响因素
• 2.1 风化作用的类型
• 2.2 影响风化作用的因素
• 2.2.1 岩石成分对风化作用的影响
• 2.2.2 岩石结构、裂隙发育程度对风化作用的影响
• 2.2.3 气候对风化作用的影响
• 2.2.4 地形对风化作用的影响
• 2.3 风化作用对石材工程性质的影响及岩石的风化速率
• 2.4 本章小结
• 第三章 重庆地区石拱桥风化多因素机理分析
• 3.1 重庆地区石拱桥风化病害调查
• 3.1.1 重庆地区桥梁基本情况
• 3.1.2 重庆地区石拱桥风化现状调查
• 3.2 石拱桥病害类型与风化的联系
• 3.2.1 主拱圈常见病害与风化的联系
• 3.2.2 拱上建筑、桥面系常见病害及与风化的联系
• 3.2.3 墩台基础病害与风化的联系
• 3.3 石材内部因素影响下的石拱桥风化机理分析
• 3.3.1 石材化学组成对其风化作用的影响
• 3.3.2 石材结构的影响
• 3.3.3 石材胶结物的影响
• 3.4 石材外部因素影响下的石拱桥风化机理分析
• 3.4.1 物理风化及其机理分析
• 3.4.2 化学风化及其机理分析
• 3.4.3 生物风化及其机理分析
• 3.5 石材腐蚀的能量机理
• 3.6 设计、施工、养护对石拱桥石材风化的影响
• 3.6.1 设计上的原因
• 3.6.2 施工和后期管养对石拱桥石材风化的影响
• 3.7 本章小结
• 第四章 石拱桥防风化材料试验方案研究
• 4.1 防风化基体材料的选定
• 4.1.1 防风化材料基体选取原则
• 4.1.2 防风化材料基体的确定
• 4.2 有机防风化材料室内试验方案研究
• 4.2.1 有机硅树脂或丙烯酸树脂的合成
• 4.2.2 纳米材料的特性分析
• 4.2.3 改性有机硅树脂和丙烯酸树脂防风化材料的合成
• 4.3 防风化材料耐久性试验研究
• 4.3.1 试验目的
• 4.3.2 试验材料及试验设备
• 4.3.3 试验标准
• 4.3.4 纳米防风化材料的光氧老化试验研究
• 4.3.5 耐化学性能试验
• 4.4 石材防风化对比试验方案研究
• 4.4.1 试验目的
• 4.4.2 试验材料及试验设备
• 4.4.3 试验标准
• 4.4.4 石材防风化耐酸性对比试验研究
• 4.4.5 石材防风化高压加速对比试验研究
• 4.4.6 石材防风化湿度影响对比试验研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果