桥塔用内养护高强度抗裂混凝土性能研究

对比了页岩陶砂、粉煤灰黏土复合陶粒、浮石粉3种内养护材料对高强度混凝土的工作性能、力学性能和早期抗裂性能的影响,并结合桥塔混凝土结构进行了抗裂性验算。结果表明:随着内养护材料掺量的增加,不同龄期混凝土的抗压强度有所降低,但降幅不大,水胶比0.24时,每种内养护材料体积掺量控制在20%以内可满足C60混凝土强度要求;掺入3种内养护材料均可显著提高混凝土的早期抗裂性能,其中浮石粉的抗裂效果最好。结合沪通长江大桥主塔(高330 m,壁厚大多超过1.5 m)混凝土结构,针对收缩与温度应力引起的开裂问题进行了有限元抗裂性能分析,结果表明,浮石粉掺量20%的低收缩混凝土拉应力在容许范围内,开裂风险小。     

内养护技术对不同强度等级高性能混凝土性能的影响

使用多孔陶粒作为内养护水的引入媒介,针对铁路桥梁工程中常用的低强C30和高强C60高性能混凝土,对比研究内养护技术对高性能混凝土抗压强度、弹性模量、抗氯离子渗透性、抗早期开裂性能的影响和变化规律。结果表明:随着内养护水用量逐步增加,C30和C60高性能混凝土各龄期的抗压强度和弹性模量略有下降,但降幅不大;当陶粒掺量为20%时,C30混凝土的抗压强度和弹性模量分别下降19.5%和4.4%,而C60混凝土的抗压强度和弹性模量分别仅下降4.9%和3.8%;采用内养护技术后,混凝土的抗氯离子渗透性能明显提高,当陶粒掺量为20%时,C30和C60混凝土电通量的降幅分别达41.0%和58.5%,且C30和C60混凝土均在平板约束早期塑性开裂测试中历经48h未出现开裂,可见选择合理的内养护配合比,可以有效改善不同强度等级高性能混凝土的抗早期开裂性能,陶粒掺量过高或过低均无法达到理想的抗早期开裂效果。     

大风干旱地区预防混凝土结构开裂的试验研究

针对西北大风、干旱的气候特征,选取具有代表性区段浇筑墩、道床板混凝土,从混凝土的内养护和外养护两方面出发,研究了内养护材料、模板类型和新型外养护方式对混凝土结构抗裂性的影响。结果表明,内养护材料能显著减小混凝土的早期收缩,降低混凝土早期开裂程度,同时不降低混凝土的强度和耐久性;透水模板布和保湿养护布不仅可以显著改善混凝土结构的外观,还能有效预防混凝土开裂和降低混凝土结构表面的渗透性。     

不同分子量SAP对活性粉末混凝土自收缩及早期水化进程的影响

将2种不同分子量的高吸水树脂(super absorbent polymer, SAP)作为内养护剂进行预吸水处理后引入到活性粉末混凝土(reactive powder concrete, RPC)中,研究其对RPC自收缩、早期水化进程及抗压强度的影响,并分析不同分子量SAP掺入的作用机理。自收缩试验表明,SAP的掺入对RPC有良好的减缩效果,额外引入水胶比为0.03时,掺入高、低分子量SAP的RPC在56 d龄期时的收缩率分别下降了46.6%和41.2%。等温量热试验表明,放热总量受SAP分子量高低的影响较大,低分子量SAP更有利于降低峰值放热速率与总放热量。抗压强度试验表明,低分子量SAP更有利于控制强度损失。故低分子量SAP在减缩、降低水化热、控制强度损失上较高分子SAP更具适宜性,因此更适合作为RPC内养护材料。     

粉煤灰对高性能混凝土早期收缩的抑制及其机理研究

自收缩是引起低水胶比高性能混凝土早期开裂的主要原因。通过不同掺量粉煤灰混凝土自收缩的测定,研究粉煤灰对高性能混凝土自收缩的抑制作用。通过水化结合水和内部孔含量的测定以及微观结构形貌分析,研究粉煤灰抑制自收缩的作用机理。研究表明:粉煤灰通过改变胶凝材料体系水化速度、徐变系数、弹性模量,可以有效抑制早期混凝土的自收缩。粉煤灰掺量在0~20%范围内,混凝土自收缩随着粉煤灰掺量的增加而减少,但粉煤灰惨量超过20%后自收缩减少的幅度变小。粉煤灰抑制自收缩的作用在初凝至1 d龄期内非常突出。     

纤维与外掺料对锚碇混凝土抗裂及抗渗性能影响研究

针对棋盘洲长江公路大桥北锚碇大体积混凝土的开裂防渗问题,研究了单掺聚丙烯纤维、抗渗剂、膨胀剂及复掺聚丙烯纤维与抗渗剂或膨胀剂对锚碇C30大掺量矿物掺合料混凝土抗裂与抗渗性能的影响。结果表明,掺加聚丙烯纤维显著改善了混凝土的抗早期塑性收缩开裂性能,掺加膨胀剂和聚丙烯纤维均有利于降低其干燥收缩,并提高其抗氯离子和抗压力水渗透性;复合掺加膨胀剂与聚丙烯纤维抑制干燥收缩和改善抗渗性的效果优于复掺抗渗剂与聚丙烯纤维。采用聚丙烯纤维与膨胀剂的复合改性技术是提高锚碇大体积混凝土抗裂防渗性能的理想技术路线。     

减水剂对混凝土收缩和裂缝的负影响

由于减水剂显著增大混凝土的早期收缩,根据我国现行外加剂收缩率比试验方法测得的结果,弱化了减水剂对收缩的影响程度。当混凝土配合比不变时,掺入减水刺增大流动性,同时也显著增大早期收缩和总收缩,特别是24h内增幅更大。当用水量减少保持坍落度相同时,掺减水剂将进一步增大早期收缩和总收缩。当水泥用量增加时,掺减水剂混凝土收缩显著增大,而对不掺减水剂的混凝土影响很小。试验用的3种不同减水剂均增大收缩,但品种之间的差异较小。减缩剂能有效降低混凝土的早期收缩和总收缩。减缩剂对掺矿粉和粉煤灰混凝土同样具有显著的减缩效果。混凝土强度等级提高,掺减水剂混凝土的早期收缩显著增大,减缩效果相应增加。减水剂的掺入使混凝土的开裂时间提前,裂缝数量显著增加．而减缩剂能使开裂时间大大延迟,裂缝数量显著减少。因此,对掺减水剂混凝土应特别加强早期施工养护,并尽可能采用纤维、减缩剂和补偿收缩剂等材料措施,才有可能推迟裂缝产生并减少裂缝。     

长沙磁浮站房饰面清水混凝土功能材料研究与应用

长沙磁浮工程榔梨车站部分外墙设计为清水饰面混凝土,混凝土要求具有整体抗渗、自清洁等性能。但是清水混凝土长期直接与自然环境接触,经受风吹、日晒、雨淋,存在混凝土表面泛碱、实体结构碳化、酸雨侵蚀、收缩开裂等问题。本文通过饰面清水混凝土功能材料应用研究,采取在新拌混凝土中内掺憎水的化学功能材料、成膜性聚合材料和聚合物内养护材料的方法,实现了混凝土的憎水性,提高了韧性,降低了混凝土本体自收缩,工程应用后,取得了理想的经济效益和社会效果。     

兰新铁路CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板混凝土抗裂技术

针对兰新铁路CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板在恶劣环境下易开裂的问题,在分析技术难点的基础上,从混凝土材料和施工两个方面提出了兰新铁路CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板混凝土抗裂技术措施。在低收缩混凝土制备方面,确定了"低胶材用量、低用水量、低坍落度和高含气量"(三低一高)的混凝土配制原则,提出了基于内养护的高抗裂混凝土制备技术,并对内养护材料的作用机制进行了详细阐述。在混凝土施工方面,提出了与结构和环境特征相适应的混凝土施工工艺、节水养护技术和温度应力释放措施。实践证明,所采取的混凝土抗裂技术效果良好。     

无砟轨道混凝土道床板多重防裂措施应用研究

无砟轨道道床板开裂已成为高速铁路建设和运营过程中经常遇到的问题.针对无砟轨道道床板现浇混凝土容易开裂的现状,结合工程实例,采取内掺养护材料、外喷高效养护剂的“内部抗裂、外部防裂”双重裂控技术,并配合新型保湿养护膜的附加防裂措施.实践证明,该方法有效解决了道床板混凝土的开裂问题,提升了无砟轨道道床板施工质量,可供同类工程借鉴.     

活性粉末混凝土早期收缩规律及其控制方法

使用振弦式应变计测量蒸汽养护活性粉末混凝土材料7d内的收缩值变形情况,研究活性粉末混凝土早期各阶段的收缩规律及其控制方法。研究表明:高温蒸养活性粉末混凝土7d内的总收缩应变高达1 800×10-6;收缩发展过程分为5个阶段:蒸养前以塑性收缩为主,应变为1 000×10-6~1 200×10-6;蒸养初期升温阶段以升温和吸湿膨胀为主,应变为550×10-6~650×10-6;蒸养期间以自收缩和化学收缩为主,应变为600×10-6~700×10-6;蒸养降温阶段以降温收缩和干燥收缩为主,应变为300×10-6~400×10-6;蒸养结束后3d内的收缩应变小于30×10-6,主要是干燥收缩。用粉煤灰和矿粉替代部分硅粉对活性粉末混凝土早期收缩有显著的抑制作用,矿粉主要抑制活性粉末混凝土蒸养过程中的自收缩,在较低掺量下作用效果优于粉煤灰,而粉煤灰主要抑制活性粉末混凝土的干燥收缩,在较高掺量下可以更有效降低蒸养结束时刻温湿度突变造成活性粉末混凝土开裂的风险。减缩剂和膨胀剂均可有效抑制活性粉末混凝土的早期收缩以及收缩开裂的风险,但掺入过高的膨胀剂会造成水泥水化初期的塑性收缩大幅增加,应予以特别注意。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道底座凹槽四角裂缝成因分析

针对京沈铁路客运专线CRTSⅢ型板式无砟轨道底座凹槽四角开裂的普遍现象,采用现场调研、理论分析和仿真计算相结合的方法,并利用ABAQUS有限元仿真软件建立底座凹槽四角开裂分析模型,从温度变化和混凝土收缩两方面对其进行了研究,得出了在温度梯度和混凝土收缩作用下底座凹槽四角的应力分布情况,揭示了其开裂的原因(当负温度梯度超过25℃时,即底座顶面温度低于底面温度5℃时,凹槽四角处应力就达到混凝土抗拉强度标准值,且混凝土收缩对底座凹槽四角开裂也有一定的促进作用),从而确定了相应的防控措施(加强底座养护以控制温差和混凝土收缩、优化底座凹槽四角形状减少应力集中、掺加合适的纤维提高混凝土抗拉强度等),取得了良好的控制效果,以期为同类工程提供参考和借鉴。     

明挖法隧道衬砌开裂原因分析与预防措施研究

研究目的:混凝土开裂问题一直被人们所关注。某铁路隧道采用明挖法施工,部分工程完成后,衬砌产生开裂现象。通过分析裂缝数量与裂缝形状、裂缝长度、裂缝宽度和裂缝深度的关系,研究发生开裂的原因,从而制定预防措施。研究结论:(1)明挖法隧道衬砌开裂主要是由温差应力、混凝土收缩和施工工艺控制所引起;(2)针对明挖法隧道,通过采取"三时机、三措施、两加强"的综合预防措施,基本上控制了衬砌裂缝的产生;(3)明挖法隧道衬砌施工应选择合理的时机,混凝土浇筑宜选择在每天16:00开盘,至次日8:00前完成;外模、内模拆除宜分别选择在混凝土浇筑完成后12 h、36 h左右完成;外侧拱脚4 m高度范围混凝土回填宜选择在混凝土浇筑完成后7 d内完成;(4)明挖法隧道衬砌施工宜采取外模浇筑、多开窗口、快速浇筑措施,一般情况下混凝土浇筑时间应控制在12 h以内;(5)明挖法隧道衬砌施工应加强振捣、加强养护,确保混凝土质量;(6)本研究成果可在明挖法隧道衬砌施工中借鉴应用。     

混合梁斜拉桥微膨胀UHPC灌注钢混结合段的时变效应

为明确微膨胀超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)灌注材料的收缩徐变对混合梁斜拉桥钢混结合段长期性能的影响,以湖北武穴长江公路大桥为工程背景,开展材性试验与结构反应实测。基于一种全桥杆系+局部空间网格的多尺度有限元建模方法,对不同灌注材料收缩徐变下钢混结合段的时变效应进行分析研究。研究结果表明：实桥所采用的微膨胀UHPC在测试龄期内膨胀应变呈现出先增后减且始终保持膨胀的趋势,在约5 d龄期时达到最大膨胀应变292.6με,至1 080 d时为83.8με;徐变系数在前50 d龄期内增长较快,至1 080 d时为1.63。灌注材料的收缩可在结合段内部产生显著的次应力,表现为内填混凝土的拉应力和钢格室的压应力;徐变则会导致混凝土应力松弛而使一部分恒载压应力向钢结构转移。运营20 a后,钢混结合段内填普通混凝土存在较高的开裂风险。未作收缩控制的普通UHPC虽亦出现拉应力,但未超过其抗拉强度,抗裂安全系数仍可达到1.5以上。而微膨胀UHPC处于受压状态,不存在开裂问题。微膨胀UHPC的应用,既可改善内填混凝土的抗裂性能,又有助于常规钢混结合段...     

RPC130活性粉末混凝土的配制及工程应用

采用掺入塑性膨胀剂和普通膨胀剂的配制技术设计出了一种活性粉末混凝土配合比。该活性粉末混凝土的性能指标满足设计要求,由于降低了钢纤维的掺量,其材料成本较不掺膨胀剂混凝土每1 m~3可降低100多元。通过延长干拌时间和湿拌时间以及成型后及时将试件放入初养护室内养护等生产工艺,有效解决了掺膨胀剂混凝土抗折强度波动大的问题。同时通过养护时在电缆槽盖板试件上覆盖一层塑料薄膜,解决了试件外观易形成白色斑点的缺陷。     

SAP对沥青胶浆物理力学性能的影响研究

超吸水性树脂(SAP)有着良好的吸水和保水能力,在水泥基材料中得到了广泛的应用,但在沥青材料中的应用却鲜有研究。以SAP在工程材料领域广阔的应用前景为背景,通过温度扫描试验、多重应力蠕变恢复试验、线性振幅扫描试验、浸水拉拔试验以及扫描电镜试验对SAP替代不同掺量的矿粉(10%,20%,30%,40%)后改性沥青胶浆的基本物理力学性能进行研究。试验结果表明：当SAP等体积替代矿粉后,G*和G*/sin δ在矿粉替代量为10%时达到最大,超过10%后下降,并且掺量越多下降幅度越明显;SAP对沥青胶浆的相位角的影响较小;SAP的掺量为10%时,沥青胶浆表现出最佳的蠕变恢复能力;SAP等体积替代不超过10%的矿粉时,疲劳寿命有一定的提升,但超过10%后开始下降,并且掺量越大疲劳性能越差。SAP在干燥状态下对沥青胶浆与集料之间的黏附性影响很小,浸水后拉拔强度随着SAP掺量的增加略微下降,因此水损害指数逐渐下降;沥青胶浆在干燥状态下的破坏主要是黏聚破坏,而浸水之后的破坏状态为黏附破坏与黏聚破坏共存。SAP微观样貌形态与矿粉十分相似,矿粉和SAP均能够均匀地分散在沥青当中,但由于SAP呈弱酸性,沥青...     

极旱荒漠地区无砟轨道道床板防裂措施

针对CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板现浇混凝土容易开裂的现状,结合新建兰新铁路极旱荒漠地区无砟轨道道床板的施工,总结出4种常见的道床板混凝土裂缝形式。分析了产生裂缝的主要原因,通过线外试验段选取了适宜于新建兰新铁路极旱荒漠地区无砟轨道道床板施工的最优混凝土配合比。在养护棚中制作道床板,浇筑混凝土时进行二次振捣并多次抹面,采取内掺养护材料、外喷养护剂的"内部抗裂、外部防裂"以及覆盖土工布等防裂措施,从而有效避免了道床板混凝土开裂,提高了无砟轨道道床板施工质量。     

铁路隧道衬砌内掺渗透结晶防水剂试验研究

研究目的:混凝土开裂问题一直被人们所关注,由于引起混凝土开裂的原因很多,因此很难从根本上避免混凝土开裂的发生。铁路隧道衬砌混凝土发生开裂后,往往伴随发生渗漏水,继而对隧道的正常使用产生影响。隧道渗漏水通常采用注浆法处理,但该法很难达到理想的效果。本文依托京张高铁东花园隧道,通过在隧道衬砌混凝土中掺加水泥基渗透结晶防水剂,使衬砌裂缝自动愈合,避免产生渗漏水。研究结论:(1)在隧道衬砌混凝土中掺加水泥基渗透结晶防水剂,可以实现衬砌裂缝的自动愈合防水功能,减少隧道衬砌渗漏水的发生;(2)隧道衬砌混凝土中的水泥基渗透结晶防水剂掺量宜为水泥用量的1%～1. 5%;(3)本研究成果可供类似隧道工程借鉴应用。     

海底隧道纤维混凝土力学性能发展研究

研究目的:海底大直径隧道管片结构对混凝土的抗裂性提出了较高的要求,采用纤维混凝土能够有效解决这一问题。本文对纤维混凝土在不同养护龄期下的抗压强度以及弹性模量进行试验研究,分析不同聚丙烯纤维及钢纤维掺量对混凝土抗压强度以及弹性模量随龄期发展的影响规律,研究纤维掺量对混凝土力学性能的影响,并利用扫描电镜对聚丙烯纤维混凝土进行观测,从微观角度分析纤维与混凝土的作用机理。研究结论:(1)钢纤维对混凝土强度有提高作用,2%钢纤维掺量的混凝土试件抗压强度要明显高于其他组的试验结果,纤维混凝土的强度离散性高于普通混凝土;(2)纤维可明显提高混凝土的弹性模量,2%钢纤维掺量的混凝土试件弹性模量最高,2 kg聚丙烯纤维掺量的混凝土28 d弹性模量较3 d提升幅度最大;(3)微观试验表明,聚丙烯纤维表面较为光滑,与混凝土基体结合性能较差,是聚丙烯纤维混凝土强度较低的原因之一;(4)本研究成果可为海底隧道混凝土管片设计提供指导。     

硫酸钙晶须混凝土力学性能发展试验研究

研究目的:硫酸钙晶须是一种亚纳米纤维材料,强度和弹性模量很高,能够明显改善混凝土力学性能。本文对不同掺量的硫酸钙晶须混凝土在不同养护龄期下的轴心抗压强度和弹性模量进行试验研究,讨论不同硫酸钙晶须掺量对混凝土轴心抗压强度与弹性模量随龄期发展的影响规律,利用电子扫描显微镜对硫酸钙晶须混凝土进行微观形貌观察和能谱检测,分析硫酸钙晶须在混凝土中的最佳掺量问题,从微观角度解释硫酸钙晶须对混凝土力学性能的增强作用。研究结论:(1)硫酸钙晶须的掺入对混凝土基本力学性能有较为明显的提高作用,这种作用在早龄期非常显著,并随着龄期的增长趋于稳定;(2)存在最优硫酸钙晶须掺量值,掺量过低或过高都不利于混凝土力学性能的提高;(3)硫酸钙晶须对混凝土力学性能提高的微观机理是由于水泥浆体包裹硫酸钙晶须,形成空间骨架结构,部分晶须填充混凝土孔隙;(4)本研究成果可为高性能混凝土设计提供指导。