严重腐蚀环境下桥梁混凝土结构耐久性研究

研究目的:国内外针对一般侵蚀环境下混凝土结构耐久性研究较多,但对于桥梁混凝土结构处于严重腐蚀环境(L3、H4、Y4)下,其结构耐久性及适宜的耐久性防腐蚀强化措施研究相对较少。本文以海南西环铁路某桥梁为例展开研究,以解决严重腐蚀环境(L3、H4、Y4)下桥梁混凝土结构的耐久性设计。研究结论:(1)严格控制混凝土原材料中氯离子、碱和S03等有害离子含量;(2)确定合理的最大水胶比、矿物掺和料掺量及含气量等配合比参数;(3)混凝土的抗压强度不低于C45,不宜使用素混凝土;对于桥梁混凝土灌注桩,需考虑采用引气混凝土,强度可降低一个等级,并掺加一定比例的粉煤灰及磨细矿渣粉;(4)钢筋混凝土结构表面裂缝控制限值为0.15 mm;(5)除从保护层厚度、护面钢筋设置、混凝土强度等级要求进行设计外,可辅助添加一定比例阻锈剂、表面涂层或浸渍等防腐蚀强化措施;(6)本研究成果对严重腐蚀环境(L3、H4、Y4)下桥梁混凝土结构耐久性设计具有一定的意义。     

盐渍土地区高性能混凝土耐久性研究

以内掺掺合料、中砂、细石、普通硅酸盐水泥以及抗硫水泥制成的细石高性能混凝土作为研究对象,在3种不同硫酸根浓度的浸泡液中进行100次干湿循环,用动弹性模量、抗折强度和抗压强度的变化研究硫酸盐侵蚀对混凝土耐久性的影响。结果表明,随着浸泡液中硫酸根浓度的逐步增加,混凝土受硫酸盐侵蚀程度逐步增加,试件的动弹性模量呈现逐步降低的趋势;在干湿交替环境下,混凝土试件的抗折强度指标比抗压强度指标更敏感,试件的抗折强度比抗压强度更能反应试件的受损程度。在干湿交替的水侵蚀和硫酸盐侵蚀环境中,掺加复合掺和料的高性能混凝土对硫酸盐侵蚀有较好的抵抗性能。     

喷射纤维混凝土在硫酸盐腐蚀环境下的劣化规律

为研究喷射聚丙烯粗纤维混凝土在隧道腐蚀环境下应用的可行性,通过测试不同纤维掺量喷射混凝土的力学性能和在浓度为5%的硫酸盐溶液中长期浸泡条件下抗腐蚀性能,研究其在地下水腐蚀环境下的适用性和耐久性。并根据试验结果,探寻聚丙烯粗纤维混凝土的腐蚀劣化规律,在此基础上可对聚丙烯粗纤维混凝土寿命进行预测。研究表明:聚丙烯粗纤维掺量为8 kg/m~3左右时,喷射混凝土的力学和抗腐蚀性能均表现良好,试验成果可以作为喷射聚丙烯粗纤维混凝土耐久性定量设计的依据。     

铁路混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究及技术对策

开展硫酸盐对混凝土的劣化作用机理研究是混凝土结构耐久性设计的基础。首先从物理结晶和化学腐蚀2个方面论述了硫酸盐引起水泥石劣化的途径和破坏形式。然后针对不同胶凝材料组成、强度等级和涂层防护的砂浆试件采用硫酸盐溶液分别进行干湿交替试验和浸泡试验。试验结果表明:在干湿交替条件下,提高砂浆强度和掺入防腐剂均有助于提高抗硫酸盐侵蚀能力,采用环氧沥青对水泥砂浆进行厚涂防腐后其具有良好的抵抗严重腐蚀的能力;在浸泡条件下,水泥砂浆掺入粉煤灰和矿渣粉均有助于提高其抗硫酸盐侵蚀能力,掺20%矿渣粉和掺30%粉煤灰效果接近。最后介绍了铁路主体结构混凝土抗硫酸盐侵蚀主要技术对策。     

氯盐环境下铁路混凝土配合比参数的研究

分析氯离子扩散系数作为氯盐环境下混凝土耐久性评价指标的原因及合理性。系统研究水胶比(0.33、0.38、0.45)、矿物掺和料种类(粉煤灰、磨细矿渣粉、偏高岭土、硅灰)、掺量及含气量等配合比参数对混凝土氯离子渗透性能影响规律;探讨氯盐环境下铁路混凝土配制要求;提出氯盐环境下铁路混凝土配合比参数限值。研究表明:氯盐环境下适当加入矿物掺和料是提高混凝土耐久性的关键技术措施;粉煤灰和矿渣适宜掺量分别为30%～50%、40%～60%;适当引气(含气量为4%～6%)能提高混凝土抗氯离子渗透性能;严重氯盐腐蚀环境下,应采用矿物掺和料复掺技术,且宜添加适量硅灰。     

冻融与腐蚀复合作用下煤矸石喷射混凝土耐久性演化规律

为研究煤矸石喷射混凝土的多因素耐久性,通过在单一冻融、单一腐蚀和冻融腐蚀复合作用3种环境下的物理、力学性能试验,获得了3种环境下质量、动弹性模量与单轴抗压强度的演化规律;通过对试验数据进行回归分析,建立了3种环境下煤矸石喷射混凝土性能演化的数学模型。研究结果表明:在质量损失率方面,单一冻融作用影响最大,单一腐蚀作用影响最小,这是由于单一冻融作用时产生的不均匀冻胀更大、剥落更快;在动弹性模量与单轴抗压强度方面,复合作用影响最大,单一腐蚀作用影响最小,这是由于冻融与腐蚀的叠加作用加大了动弹性模量与抗压强度的损失。建立的数学模型与试验数据较为吻合,能够反映煤矸石喷射混凝土在冻融腐蚀作用下的耐久性演化规律。     

复掺外加剂体系对低水胶比混凝土强度及耐久性影响试验研究

对低水胶比(m_W/m_B=0.3)复掺外加剂体系(膨胀剂、减水剂、引气剂)拌制的混凝土进行强度及耐久性正交试验,分析了不同掺量对新拌混凝土工作性、混凝土强度及耐久性的影响规律,基于电通量法和快速氯离子迁移系数法(RCM法)评定混凝土的耐久性,给出各外加剂的最优掺量。结果表明:外加剂复掺体系所引起的电通量及氯离子迁移系数变化趋势相近,耐久性变化均随着外加剂掺量的增加先变好后变差,在此配合比下,JS=1.5%,YQ=0.4%,PZ=8%时混凝土耐久性最好;3种外加剂对混凝土的强度增长均有促进的作用,其中减水剂对混凝土早期强度和后期强度影响最明显;随着引气剂掺量的增加,强度先降低后增加;膨胀剂掺量对混凝土强度影响无固定规律。鉴于试验选用地材及配合比等的局限性,本研究仅为后续类似研究提供参考。     

液体速凝剂在铁路隧道喷射混凝土中的应用研究

为研究无碱液体速凝剂和碱性液体速凝剂对喷射混凝土抗压强度和耐久性能的影响,对掺加两种速凝剂的喷射混凝土试件进行了抗压强度、体积稳定性和快速冻融试验。试验结果表明:掺加无碱液体速凝剂可大幅度提高喷射混凝土28 d抗压强度,保有率达到106.8%,而掺加碱性液体速凝剂的混凝土28 d抗压强度比仅为57.5%;掺加无碱液体速凝剂的喷射混凝土试件在各龄期的收缩率均小于掺加碱性液体速凝剂的混凝土试件;掺加无碱液体速凝剂可有效提高喷射混凝土的抗冻性能,混凝土试件经受300次冻融循环未破坏,而掺加碱性液体速凝剂的混凝土试件在进行冻融循环125次时已完全破坏。     

用硅灰配制高抗折混凝土的研究

研究目的:提高铁路桥梁的跨度和耐久性是高性能混凝土研究的主要方向,硅灰和超细矿渣粉是配制大跨度预应力铁路桥梁最好的活性火山灰质材料.本试验研究的目的是通过在混凝土配料中加入等量硅灰代替矿渣水泥来提高混凝土的抗折强度和耐久性.研究结论:试验结果表明,掺加8%的等量硅灰代替矿渣水泥配制的高抗折混凝土的抗折强度3 d达到了8.8 MPa,提高了44.3%,28 d达到了11.4 MPa,提高了50.0%;掺硅灰的混凝土试样ZR-2的耐卤盐溶液侵蚀性能、抗碳化性能、抗冻融性能和抗渗性能也明显优于混凝土对比样ZR-1.根据试验研究结果可知,掺加8%的等量硅灰代替矿渣水泥可以配制耐久性良好的高抗折混凝土.     

用硅灰配制高抗折混凝土的研究

研究目的：提高铁路桥梁的跨度和耐久性是高性能混凝土研究的主要方向，硅灰和超细矿渣粉是配制大跨度预应力铁路桥梁最好的活性火山灰质材料。本试验研究的目的是通过在混凝土配料中加入等量硅灰代替矿渣水泥来提高混凝土的抗折强度和耐久性。研究结论：试验结果表明，掺加8％的等量硅灰代替矿渣水泥配制的高抗折混凝土的抗折强度3d达到了8．8MPa，提高了44．3％，28d达到了11．4MPa，提高了50．0％；掺硅灰的混凝土试样ZR-2的耐卤盐溶液侵蚀性能、抗碳化性能、抗冻融性能和抗渗性能也明显优于混凝土对比样ZR-1。根据试验研究结果可知，掺加8％的等量硅灰代替矿渣水泥可以配制耐久性良好的高抗折混凝土。     

铁路梁桥在多因素腐蚀环境影响下构件抗弯性能研究

为了研究西格铁路专用线中桥梁结构在多种因素腐蚀环境影响下抗弯性能的变化,分别分析水分、二氧化碳浓度以及氯离子等因素对钢筋抗拉强度、有效受拉面积、混凝土碳化以及两者之间的黏结强度等性能方面的影响,基于钢筋锈蚀之后与混凝土之间重新形成的协同工作关系,通过构造新的几何条件,对锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力的计算公式重新进行推导,分析钢筋锈蚀程度对构件抗弯性能的影响。研究表明:钢筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,钢筋的抗拉强度不断降低,有效受拉面积不断减小,混凝土碳化现象加剧,两者之间的黏结性能削弱;通过重新构造锈蚀钢筋与混凝土之间应变关系,推导得到的锈蚀钢筋混凝土构件抗弯承载力计算公式可以较好地反映试验结果;随着钢筋锈蚀程度的不断增加,构件抗弯承载力损失率也在不断提高,当锈蚀率达到17%时,构件承载力损失率可达到30.33%。     

杂散电流-盐冻耦合条件下混凝土的劣化

针对北方沿海及西北盐碱地区轨道交通工程中杂散电流-盐冻耦合作用的严酷环境,设计了杂散电流-盐冻耦合条件下混凝土抗冻性能试验及氯离子侵蚀试验,通过不同冻融循环次数后的混凝土质量损失率、相对动弹性模量、水溶性氯离子含量、氯离子扩散系数和盐浓度梯度表征了此耦合条件下混凝土劣化的基本特征,并通过压汞(MIP)、电镜扫描(SEM...     

跨海电气化铁路特大桥接触网防腐蚀设计研究

通过研究金属腐蚀机理和试验的方式,构建跨海电气化铁路接触网防腐蚀技术设计,保证接触网在海洋大气环境中使用寿命。通过防腐理论研究及盐雾试验验证,结论:(1)热浸镀锌防腐技术处理的钢材质构件在海洋大气环境适用过程中,防腐耐久性很难满足长期适用要求;(2)钢材质构件、铝合金材质构件采用涂层防腐处理,可以大幅度地提高金属表层的抗防腐能力,延长金属构件的使用寿命;(3)铝合金材质构件在典型的大气环境下抗腐蚀能力要强于钢材质构件。     

青藏高原多年冻土地段灌注桩混凝土的研究和对策

研究目的:针对青藏高原多年冻土地段建设铁路、公路遇到桥跨结构混凝土灌注桩基强度的发展,耐久性和热传递对冻土结构扰动的技术难题等情况,提出相应对策。研究方法:对青藏公路桥基混凝土的耐久性破坏进行调研、室内模拟试验、现场暴露试验及清水河、昆仑山口桩基试验。研究结果:青藏公路冻土地段桩基混凝土长期处于恒负温下,硬化强度达不到设计等级;耐久性破坏主因是正、负温频繁交替引发冻融破坏,未发现有硫酸盐侵蚀破坏迹象;混凝土初温和水化热使界面冻土结构破坏,较长时间后,界面冻土才能回复到原始冻结状态。研究结论:掺用引气减水剂或早强引气减水剂拌制低温早强耐久混凝土可以满足对于混凝土灌注桩强度、耐久性和冻土结构稳定性的要求。若采用负温(-5~-20℃)混凝土方案时,须注意抗冻剂可能产生对界面冻土结构稳定性和环保的负面影响。     

浅谈客运专线高性能混凝土施工

研究目的：高性能混凝土在铁路客运专线施工中被广泛采用，克服高性能混凝土特点引起的性能缺陷，确保客运专线工程的100年使用寿命。 研究方法：结合武汉天兴洲长江大桥施工中混凝土工程的实际应用，进行高性能混凝土配合比的设计、试配及施工控制，配制出高强度、高耐久性、低徐变、体积稳定性好的高性能混凝土。 研究结果：高性能混凝土配合比设计中，应将胶凝材料用量控制在500kg／m^2以下。配合比中水胶比、砂率、外加剂等因素会对混凝土的强度、和易性、坍落度等不同方面造成影响。 研究结论：选择合理的施工配合比及施工控制措施，使混凝土达到最密实状态，不但有助于降低工程制造成本，提高混凝土强度，而且混凝土内部空隙少，能抵抗外来腐蚀介质的侵入，保护钢筋，大大提高混凝土耐久性，确保工程质量。     

铝合金筋混凝土在地铁工程中的应用探索

对于含有腐蚀性介质的地下环境中的地铁工程,钢筋混凝土结构容易因钢筋锈蚀而造成耐久性和安全性降低。从防止受力钢筋锈蚀的角度出发,探索将铝合金筋应用于地铁工程混凝土结构的可行性;基于现行《混凝土结构设计规范》及铝合金材料的力学性能特点,推导铝合金筋混凝土梁正截面受弯承载力计算表达式,并通过现有9根铝合金筋混凝土梁受弯试验数据对表达式进行验证;基于现有研究成果对铝合金筋混凝土梁裂缝宽度的计算进行探索;从耐腐蚀性和经济性角度,对比普通钢筋混凝土梁及铝合金筋混凝土梁的使用寿命和工程造价,给出铝合金筋和普通钢筋混合使用的研究思路,为铝合金筋混凝土在地铁工程设计中的研究及应用提供了一定的方向和参考。     

纤维素纤维混凝土性能及在二次衬砌中的应用

对纤维素纤维混凝土工作性能、强度、抗裂性能和耐久性能进行测试,结果表明:纤维素纤维混凝土比普通混凝土有较好工作性能、早期抗裂性能和耐久性能;可提高混凝土劈裂抗拉强度和抗弯强度。因此,可应用于Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下隧道二次衬砌结构。纤维素纤维对混凝土增强作用机理可解释为:通过纤维在混凝土中乱向分布,改善混凝土内部微观结构;减少气泡含量和气泡间距;并减小混凝土裂缝萌生和扩展概率;从而改善混凝土性能。将纤维素纤维混凝土应用于某高速铁路隧道二次衬砌结构,可满足工作性能、强度、耐久性能要求,且成型后70、280d混凝土表面没有裂缝产生。     

混凝土劣化与渗透性相关性研究

针对混凝土劣化的主要原因与机理,研究了混凝土碳化、水和盐溶液条件下的冻融破坏、硫酸盐物理结晶破坏与混凝土渗透性之间的相关关系。研究结果表明:混凝土的劣化与混凝土的渗透性能密切相关,以混凝土渗透特性作为基本参数评价和预测混凝土的劣化行为具有可行性。