论文摘要
国内外对既有海洋工程的大量调查得出:海洋环境中的Cl-通过混凝土保护层渗入到结构内部引起钢筋腐蚀是导致构筑物过早破坏（20～30年）的最主要原因。通过综合分析认为,一定厚度的、低渗透性的混凝土保护层是延长海洋环境中混凝土构筑物服役寿命的关键。为此,本文基于铁道部科技司“东南沿海铁路混凝土结构耐久性设计参数与技术措施的研究”课题的要求,围绕混凝土保护层的抗渗与抗裂性能,从材料和施工的角度,进行了高抗渗抗裂混凝土及其影响因素和高耐久壳坚隔联保护层构造的研究,取得了如下成果:1.研究了湿棉絮覆盖、喷养护剂、塑料薄膜密封等三种养护方法对混凝土强度、收缩、中心温升和抗渗性的影响,并通过强度、氯离子渗透深度、钢筋腐蚀电位、加速腐蚀下保护层开裂时间的测试,研究了养护时间对未掺和掺矿渣（等量取代水泥40%）混凝土的强度、抗渗性和护筋性的影响。结果表明:湿棉絮覆盖养护的混凝土强度发展最快,收缩最小,氯离子渗透性最低,中心温度最低;塑料薄膜养护的混凝土的中心温度最高,其较好的保温作用有利于寒冷工况下混凝土的保温养护;喷养护剂养护的混凝土强度最低,收缩发展较早较快,抗滲性最差。养护时间越长,混凝土的抗渗性越高,尤其对于掺矿物掺和料的混凝土,因而,为提高混凝土抗渗性,应采取更长的养护。2.研究了木胶合模板（W）、竹胶合模板（B）、钢模板（S）、塑料模板（P）与透水模板（CP）对混凝土性能的影响,结果表明:由CP成型的混凝土表层最密实,外观平整度好,表面强度和抗渗性最高。由W、B、S、P成型混凝土的表面强度和抗渗性基本相同。分析认为CP对表层混凝土性能的改善主要源于其渗水、透气和初期保水养护作用。3.深度渗透密封剂（DPS）喷涂混凝土表面,能有效提高表层混凝土的强度和抗滲性。其合理喷涂剂量为200g/m2～300g/m2,最佳喷涂龄期为混凝土浇筑后的7d～14d,混凝土饱和面干时喷涂的效果稍好。4.通过抗压强度、Cl-滲透、平板抗裂、冻融循环、护筋性试验以及SEM微观分析,发现单掺聚丙烯（PE）纤维能有效抑制早期塑性开裂和改善匀质性,但因PE引入的结合较弱、微结构疏松的纤维与基体间界面（FMIZ）,对混凝土的抗滲性有一定影响;在掺入PE纤维的同时再掺入硅灰,可显著提高混凝土的强度和抗渗性,其机理是硅灰明显改善了基体和FMIZ微结构的密实性,弥补了单掺PE纤维对抗渗性的不利影响,是改善混凝土抗裂抗渗性的有效措施,因此,将PE纤维增强硅灰高性能混凝土用于海洋环境中受破坏最严重的浪溅与水位变动区,通过对薄弱环节的增强来延长构筑物的服役寿命。5.在上述研究的基础上,提出了采用高耐久壳坚隔联保护层构造（HighDurable Separating-Coupling Cover Structure,简称SCCS）提高混凝土结构耐久性的构想;并从耐久性、强度、体积稳定性、变形协调性、工作性和多功能性等方面出发,建立了SCCS的设计准则;发明了混凝土结构具有高抗裂与低渗透的高耐久壳坚隔联保护层的施工方法,其要点有:采用自密实PE纤维增强硅灰高性能混凝土（SPSM）浇注保护层;构件的主钢筋以内采用普通混凝土浇注;采用隔联网分离实现同一构件中两种不同混凝土的一次性浇筑施工;采用传力杆有效解决由于隔联网引起的不同混凝土界面粘结问题。模拟试验证明具有SCCS的钢筋混凝土试件的力学和护筋性能显著提高,是大幅度延长在海洋环境中钢筋混凝土构筑物服役寿命的经济有效的技术措施。6.得出了28d抗压强度≥55MPa、90d的Cl离子扩散系数≤1.0×10-12m2/s、抗裂等级为Ⅰ级、90d的收缩应变值≤400ε的自密实PE纤维增强硅灰高性能混凝土的组成配比和配制技术。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 研究背景1.2 研究现状及存在的问题1.2.1 混凝土方面的防护1.2.2 钢筋方面的防护1.2.3 包覆隔离保护1.2.4 施工技术方面1.3 问题的关键1.3.1 保护层的作用及存在问题1.3.2 提高保护层性能的现有技术1.4 研究目标和内容1.4.1 研究目标1.4.2 研究内容与技术路线1.5 关键技术及创新点1.5.1 关键技术1.5.2 主要创新点第二章 原材料与试验方案2.1 试验原材料2.2 试验方案2.2.1 混凝土工作性试验方法2.2.2 力学性能试验方法2.2.3 抗渗性能试验方法2.2.4 混凝土抗裂性试验2.2.5 收缩性能的试验方法2.2.6 混凝土中钢筋腐蚀试验2.2.7 微观测试方法2.2.8 无损检测技术第三章 基于保护层性能的海洋构筑物全寿命分析3.1 全寿命分析的定义与意义3.1.1 全寿命分析的定义3.1.2 全寿命分析的意义3.2 腐蚀诱导阶段t0的建模分析3.2.1 氯离子扩散的基本理论3.2.2 基本扩散模型的修正3.2.3 修正后氯离子的扩散模型3.2.4 腐蚀诱导阶段t03.3 腐蚀发展阶段t1的建模分析3.3.1 基本假定3.3.2 锈胀应力的计算3.3.3 保护层的断裂模型3.3.4 腐蚀发展阶段t13.4 全寿命分析3.5 影响全寿命的关键因素3.6 本章小结第四章 养护对混凝土保护层性能的影响4.1 养护的重要性4.2 养护方法对混凝土性能的影响4.2.1 养护方法对抗压强度的影响4.2.2 养护方法对收缩的影响4.2.3 养护方法对内部温升的影响4.2.4 养护方法对氯离子渗透性的影响4.3 养护时间对混凝土性能的影响4.3.1 养护时间对抗压强度的影响4.3.2 养护时间对氯离子渗入深度的影响4.3.3 养护时间对钢筋腐蚀电位的影响4.3.4 养护时间对加速腐蚀混凝土开裂的影响4.4 本章小结第五章 模板对混凝土保护层性能的影响5.1 模板的作用和要求5.2 各类模板的特点与选用5.2.1 木胶合模板5.2.2 竹胶合模板5.2.3 钢模板5.2.4 塑料模板5.2.5 透水模板5.3 模板对混凝土表面外观的影响5.4 模板对混凝土表层强度的影响5.5 模板对表层混凝土抗渗性的影响5.6 各类模板的综合评价5.7 海洋恶劣环境使用透水模板的必要性5.7.1 环境要求5.7.2 已有工程的应用效果5.7.3 推荐应用透水模板5.8 本章小结第六章 DPS对混凝土保护层性能的改善作用6.1 DPS的渗透深度及微观改善6.2 喷涂龄期的影响6.3 喷涂剂量的影响6.4 混凝土含水状态的影响6.5 吸水性6.6 DPS的施工要点6.6.1 基层处理6.6.2 喷涂DPS6.6.3 注意事项6.7 本章小结第七章 高抗渗抗裂混凝土的组成与性能7.1 聚丙烯纤维增强混凝土的组成与性能7.1.1 混凝土配比7.1.2 试件的成型与制备7.1.3 抗压强度7.1.4 抗裂性7.1.5 氯离子扩散系数7.1.6 氯离子渗入深度7.1.7 收缩7.1.8 抗冻性7.1.9 护筋性能7.2 聚丙烯纤维增强混凝土的配比优选7.3 控制海洋环境构筑物服役寿命的关键区域7.4 浪溅与水位变动区的施工控制要点7.4.1 原材料控制7.4.2 施工控制7.5 有效性的验证7.6 经济效益分析7.7 本章小结第八章 高耐久壳坚隔联保护层构造的设计与研究8.1 SCCS的设计理论体系与方案8.1.1 SCCS的设计理念8.1.2 SCCS的设计理论8.1.3 SCCS的设计准则8.1.4 SCCS的设计方案8.1.5 SCCS的设计关键8.2 SPSM的材料设计与性能研究8.2.1 聚丙烯纤维自密实混凝土的配制及性能研究8.2.2 硅灰和阻锈剂对混凝土性能的影响8.2.3 SPSM的材料组成与指标8.3 SCCS的界面性能与增强8.3.1 界面传输扩散性能8.3.2 界面力学性能8.4 SCCS的有效性8.4.1 SCCS的力学性能8.4.2 SCCS的耐久性能8.5 SCCS的性能检测8.5.1 力学性能检测8.5.2 抗渗性能检测8.5.3 裂缝综合评价8.6 SCCS的应用分析8.6.1 SCCS在铁路桥墩中的工程应用构想8.6.2 应用成本分析8.7 本章小结第九章 结论与展望9.1 结论9.2 需进一步研究的问题参考文献致谢硕士期间发表论文、申请专利、参与科研及获奖情况
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