高性能桥面铺装混凝土的研究与应用

论文摘要

水泥混凝土桥面铺装层屡有发生的过早严重损坏而影响交通现象，已受到高度关注。本文结合交通部西部交通建设科技项目“巴东长江大桥大体积混凝土防裂与高性能混凝土的研究”中有关“桥面铺装高韧性防水高性能混凝土研究”课题，在分析研究水泥混凝土桥面铺装层损坏原因及有限元计算的基础上，提出了用于桥面铺装混凝土的技术要求和界面粘结剂的性能要求；为解决水泥混凝土桥面铺装层易开裂和脱粘的技术难题，设计了高性能桥面铺装混凝土（BDO-HPC）—一种微膨胀聚丙烯纤维混凝土，采用多种无机材料和功能材料研制了一种具有与混凝土线膨胀系数相近的、粘结性能良好的用于提高桥面板和桥面铺装层粘结强度的无机界面粘结剂。 系统研究了聚丙烯纤维、膨胀剂、粉煤灰等对BDO-HPC的物理力学性能、韧性和耐久性能的影响，结果表明，BDO-HPC综合了聚丙烯纤维混凝土、补偿收缩混凝土和高性能混凝土的优点，充分发挥了聚丙烯纤维的阻裂、增韧，膨胀剂的补偿收缩、提高抗渗性，缓凝高效减水剂的减水作用以及它们的相互叠加效应，具有较高的韧性和抗折强度、很好的抗裂、抗渗、抗冲击和耐磨等性能特点。同时，研究了聚丙烯纤维、膨胀剂及粉煤灰对水泥砂浆在塑性和干燥收缩条件下抗裂性的影响及膨胀剂对不同养护条件下的水泥砂浆干缩性能的影响，结果发现：聚丙烯纤维、聚丙烯纤维与膨胀剂复合或聚丙烯纤维与粉煤灰复合较好地增加了水泥砂浆的抗裂性，掺膨胀剂的砂浆在潮湿养护条件下才能有好的抗裂性。 研究制定了提高水泥混凝土桥面铺装层施工质量的技术措施，提出了桥面板糙化、清洁与润湿处理、无机界面粘结剂喷涂、加强BDO-HPC早期保湿养生及铺装层表面防滑构造设置的方法与工艺。 上述研究成果在巴东长江公路大桥桥面铺装层施工中得到了全面应用，铺装层早期未出现有害裂缝。经过近两年的运行，巴东长江公路大桥的桥面铺装层仅发现有少量的细微裂缝，没有出现脱粘和损坏现象。应用BDO-HPC和无机界面粘结剂，延长了桥面铺装层的使用寿命，减少了由于修补而带来的交通不便，降低了高额的维修费用，取得了良好的社会经济效益，这对今后类似桥梁的水泥混凝土桥面铺装具有参考意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外相关领域研究现状
• 1.2.1 桥面铺装设计理论及方法的研究
• 1.2.2 桥面铺装层破坏机理的研究
• 1.2.3 纤维混凝土的研究
• 1.2.4 膨胀混凝土的研究
• 1.2.5 纤维增强膨胀混凝土的研究
• 1.2.6 混凝土界面粘结技术研究
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 水泥混凝土桥面铺装层破坏机理分析
• 2.1 桥面铺装层破坏原因概述
• 2.2 桥面铺装层受力情况计算机模分析
• 2.2.1 桥面铺装层结构体系计算模型
• 2.2.2 加载方式及挠度内容
• 2.2.3 桥面铺装层横向应力应变分析
• 2.2.4 桥面铺装层横向应力应变分析沿厚度方向
• 2.3 桥面铺装层破坏机理分析
• 第3章 桥面铺装层混凝土组成材料设计
• 3.1 桥面铺装层混凝土的技术要求
• 3.2 原材料和试验方法
• 3.2.1 原材料
• 3.2.2 试验方法
• 3.3 桥面铺装层混凝土配合比设计计算
• 3.4 桥面铺装层混凝土配合比优化
• 3.4.1 原材料的优化
• 3.4.2 基本配合比的确定
• 3.5 小结
• 第4章 高性能桥面铺装混凝土的性能研究
• 4.1 概述
• 4.2 微膨胀聚丙烯纤维砂浆的抗裂性
• 4.2.1 大板法
• 4.2.2 椭圆环法
• 4.3 微膨胀聚丙烯纤维砂浆的抗压、抗折强度
• 4.4 不同养护条件下膨胀剂对砂浆的胀缩性能的影响
• 4.5 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的基本物理力学性能
• 4.5.1 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的坍落度和容重
• 4.5.2 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的抗压强度
• 4.5.3 微膨胀聚丙烯纤维馄凝土的抗折强度
• 4.6 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的弯曲韧性
• 4.7 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的抗冲击性
• 4.8 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的耐磨性
• 4.9 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的抗渗性
• 4.9.1 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的抗氯离子渗透性
• 4.9.2 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的抗渗水性能
• 4.10 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的内部孔结构
• 4.11 聚丙烯纤维和膨胀剂的增强和阻裂机理
• 4.12 小结
• 第5章 桥面铺装混凝土无机界面粘结剂及其性能研究
• 5.1 概述
• 5.2 混凝土无机界面粘结剂的研究
• 5.3 无机界面粘结剂的粘结性能研究
• 5.3.1 无机界面粘结剂的施工性能
• 5.3.2 无机界面粘结剂的力学性能和粘结性能
• 5.4 无机界面粘结剂的粘结机理分析
• 5.5 小结
• 第6章 高性能桥面铺装混凝土的施工技术和工程应用效果
• 6.1 概述
• 6.2 巴东长江公路大桥桥面铺装层混凝土的施工
• 6.2.1 主梁中预埋钢筋
• 6.2.2 放线及整平
• 6.2.3 桥面凿毛并清洗
• 6.2.4 钢筋网安装并支护模板
• 6.2.5 桥面润湿
• 6.2.6 喷涂无机界面剂
• 6.2.7 混凝土拌制、运输、浇注
• 6.2.8 混凝土整平饰面
• 6.2.9 覆盖养护
• 6.2.10 刻纹
• 6.3 微膨胀聚丙烯纤维混凝土的应用效果
• 6.3.1 应用微膨胀聚丙烯纤维混凝土的经济效益分析
• 6.3.2 现场抽查检测和定期检测结果
• 6.4 小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录