收藏本站
收藏 | 论文排版

盐湖地区高性能混凝土的耐久性、机理与使用寿命预测方法

余红发  
【摘要】: 我国大西北有4大盐湖区共上千个盐湖,其中,新疆盐湖区有102个,青海盐湖区有33个,内蒙古盐湖区有370多个,西藏盐湖区有220多个。盐湖地区的环境气候条件恶劣,混凝土耐久性问题异常严重。本文在现场调查研究的基础上,针对盐湖地区的(30%~50%)RH干燥条件,综合运用高性能混凝土(HPC)的配制原理、纤维的限缩阻裂和膨胀剂的补偿收缩等技术,研究了盐湖地区HPC的制备技术,同时制备出强度等级C30的普通混凝土(OPC)、C25的引气混凝土(APC)、C70的不掺活性掺合料的高强混凝土(HSC)、C70的三掺(硅灰+粉煤灰+矿渣)的HPC及其钢纤维增强HPC(SFRHPC)和高强高弹模聚乙烯纤维(PF)增强HPC(PFRHPC),分别研究了不同混凝土在4种盐湖地区的单一、双重和多重因素作用下损伤失效过程的规律、特点和氯离子吸附/结合规律,OPC、APC和HSC的损伤失效机理以及HPC高耐久性的形成机理。基于混凝土结构不同的失效机理,提出了混凝土结构损伤寿命的损伤演化方程预测方法,修正并完善了钢筋混凝土结构使用寿命的氯离子扩散理论预测方法。通过大量的室内外实验,初步建立了两种预测方法的理论体系及其基本参数数据,重点分析了影响盐湖地区混凝土使用寿命的因素和规律,对比了不同混凝土在典型盐湖卤水中的使用寿命,最后将HPC应用于青海盐湖地区的重点工程中,并探讨了我国大西北盐湖地区钢筋混凝土结构的耐久性参数设计问题。结果表明,高强度的非引气HPC同时具有抗卤水冻蚀、抗卤水腐蚀和长寿命的特性。本文提出混凝土使用寿命的两套预测方法具有普适意义。 各章的主要研究内容与结果如下: 第一章综述了混凝土在盐湖地区的耐久性和使用寿命预测方法的研究意义和最新研究进展,指出了当前研究存在的问题,在此基础上确定了本文的主要研究方向。 第二章简要介绍了我国盐湖地区的环境气候条件,针对典型盐湖卤水中含有的对混凝土产生物理化学腐蚀的侵蚀性离子浓度,重新划分了盐湖卤水的类型,现场考察了混凝土与钢筋混凝土结构在青海盐湖地区的腐蚀与破坏现状。调查发现,混凝土和钢筋混凝土结构的腐蚀破坏非常严重。 第三章重点研究了盐湖地区HPC的物理力学性能,运用XRD、DTA-TG、SEM-EDAX、IR和MIP等测试方法详细研究了HPC的水化产物、微观结构和孔结构。结果表明,HPC的主要水化产物是C/S比为0.97的非常致密的CSH凝胶和AFt晶体,在水化后期由于火山灰反应会形成一定数量的六方片状AFm,其孔结构以凝胶孔为主。纤维增强HPC在水化365d以后的微观结构发生了根本性转变,形成了一种异常致密的CSH凝胶板块结构——“类陶瓷结构”,对于提高混凝土在盐湖地区的耐久性具有十分重要的作用。 第四章设计一种大尺寸混凝土棱柱体试件(100mm×100mm×400mm)的加载实验装置。研究了不同混凝土在盐湖地区的腐蚀、冻融循环、干湿循环和弯曲荷载等单一、双重和多重因素作用下损伤失效过程的规律和特点,探讨了干燥条件对混凝土损伤失效过程的影响。结果表明,在盐湖地区的严酷条件下,OPC和APC的耐久性不好,HSC具有优良的抗卤水冻蚀性,但是其抗卤水腐蚀性比较差,高强非引气HPC具有优异的抗卤水冻蚀性和抗卤水腐蚀性,纤维增强HPC的效果更佳。第五章采用XRD、DTA-TG、IR和SEM-EDAX方法研究了混凝土的腐蚀产物和微观结构的变化,探讨了OPC、APC和HSC等在盐湖地区单一、双重和多重因素作用下的损伤失效机理,提出混凝土冻融破坏的第三种机制——盐结晶压机制。将混凝土的Mg2+-Ca2+-Cl--SO42-复合型腐蚀机理扩展到Mg2+-Cl--SO42--CO32--HCO3-复合型腐蚀机理。结果表明,在单一冻融因素作用下,非引气HPC的冻融裂纹源于AFm向AFt转化时的膨胀压。在(冻融+盐湖卤水腐蚀)双因素作用下,OPC的抗卤水冻蚀性很差,其冻融破坏起因于Na2SO4·10H2O的结晶压作用。盐湖卤水对混凝土的冻融损伤作用,既有降低冰点、缓解冻融抑制损伤的正效应,又有促进盐类结晶、产生盐结晶压引起损伤的负效应。APC在西藏盐湖的抗卤水冻蚀性很差,在内蒙古盐湖卤水中会发生冻融破坏。在正常温度的单一腐蚀因素和(干湿循环+腐蚀)等双因素作用下,OPC、APC和HSC的腐蚀破坏以形成多种腐东南大学博士学位论文 蚀产物的化学腐蚀为主,NaCl-KCl物理结晶腐蚀为辅。并且发现2种新的腐蚀产物——水化硅铝酸钙镁(C1-xMx)0.94(S1-yAy)H(x=0.4,y=0.13)球形晶体族和硅灰石膏CaCO3·CaSiO3·CaSO4·15H2O。第六章,运用XRD、DTA-TG、IR、SEM-EDAX和MIP分析了HSC-HPC的腐蚀产物、微观结构和孔结构,研究了高强非引气HPC在盐湖地区单一、双重和多重因素作用下的耐久性形成机理,提出了HPC结构的腐蚀优化机理。结果表明,非引气HSC-HPC因其细小孤立的湿胀或自收缩裂纹、过渡孔-凝胶孔为主的孔结构、强化的界面过渡区和致密的CSH凝胶等结构特征,造就其很高的抗卤水冻蚀性。HPC及纤维增强HPC在盐湖地区的腐蚀条件下,将发生水化产物的轻微腐蚀效应、基体CSH凝胶的腐蚀转化效应、FA等未水化活性掺合料颗粒的腐蚀诱导水化效应和微裂纹愈合效应等4个方面的有利作用。 第七章根据不同混凝土在4种典型盐湖的单一、双重和多重因素作用下的大量数据,研究了混凝土对氯离子的吸附/结合规律,提出了线性氯离子结合能力和非线性系数的新概念。结果表明,在较低的自由氯离子浓度范围内,混凝土对氯离子的结合规律以线性吸附为主;在较高的自由氯离子浓度范围内,混凝土对氯离子的结合表现出Langmuir非线性吸附规律。通过实验确定了不同混凝土的线性氯离子结合能力及其非线性系数数值,可供应用。从化学结合与物理吸附方面探讨了混凝土的氯离子吸附/结合机理,其化学结合机理主要体现在AFt-AFm和CH分别与NaCl、KCl、CaCl2或MgCl2反应形成Friedels盐和含有MgCl2的络合物,其物理吸附机理包括CSH凝胶表面的吸附作用和水泥浆体孔隙内表面的吸附作用。 第八章针对以冻融或腐蚀为主要失效特征的混凝土结构,研究了不同混凝土在单一冻融因素和(冻融+盐湖卤水腐蚀)双因素作用下的损伤失效规律,总结并提出了具有普适意义的损伤速度和损伤加速度的混凝土损伤演化方程。结果表明,混凝土在与冻融或腐蚀有关的耐久性因素作用下,开始时其损伤以一定的初速度产生,之后以一定的加速度发展。损伤初速度与损伤加速度取决于结构所处的环境、气候和受力状态,并与混凝土的原材料、配合比和养护条件密切相关。初步建立了一套基于损伤演化方程的预测混凝土结构使用寿命的基本方法与理论框架,并将这种预测方法应用于青海盐湖钾肥工程、南京地铁和润扬大桥等重大工程的混凝土结构使用寿命的预测。为今后解决非氯盐环境条件下重大混凝土工程的寿命设计和耐久性评估问题,提供了很好的借鉴作用。 第九章在深入探讨当前混凝土氯离子扩散理论存在8个问题的基础上,对Fick第二定律进行了有效的理论修正,推导出综合考虑混凝土的氯离子结合能力、扩散系数的时间依赖性、结构微缺陷和荷载影响的氯离子扩散新方程,针对有限大体与无限大体、齐次边界条件与非齐次边界条件、线性氯离子结合与非线性氯离子结合问题的I维、II维与III维氯离子扩散新方程的解析解,得到适应不同条件的氯离子扩散理论新模型。提出了模型参数的测定方法,确定了关键参数的取值规律和建立初步数据库,分析了不同理论条件和实验因素对混凝土使用寿命的影响规律,对盐湖地区HPC的使用寿命进行耐久性设计,探索了不同盐湖地区HPC结构的耐久性设计参数问题。结果表明,采用高强非引气HPC,完全能够解决盐湖地区混凝土结构的寿命问题,适当增大保护层厚度,在盐湖地区则有可能实现西部混凝土结构百年寿命的设想。 第十章归纳了全文结论和创新点,提出了进一步研究的建议和设立ChinaDuraCrete项目的设想。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 龚守同;董必钦;;深圳滨海医院高性能混凝土技术与应用[J];山西建筑;2010年22期
2 何韶东;李书惠;;粉煤灰高性能混凝土在杭州湾跨海大桥工程中的应用[J];粉煤灰;2008年03期
3 王成启;时蓓玲;马勇;;抗氯盐硅酸盐水泥在洋山港码头二期工程中的应用[J];水运工程;2008年12期
4 李北星;王长德;贺图升;;大型渡槽高性能混凝土的配制与性能研究[J];混凝土;2007年09期
5 汪冬冬;王成启;时蓓玲;;热养早期推定混凝土抗氯化物渗透能力研究[J];混凝土;2008年04期
6 李北星;周明凯;王稷良;;巴东长江大桥主梁C60高性能混凝土的研究与应用[J];世界桥梁;2008年02期
7 王博;包立志;胡利俊;戴会生;;C50预制箱梁混凝土配合比设计及生产控制[J];21世纪建筑材料;2010年02期
8 才世平,于文勇,吴晨龙;混凝土耐久性问题及其提高措施探讨[J];黑龙江交通科技;2003年03期
9 李军,刘惠敏;混凝土耐久性问题及其提高措施探讨[J];黑龙江交通科技;2004年01期
10 张玉江;杜强;;高性能混凝土在博斯腾湖东泵站工程中的应用[J];新疆水利;2005年03期
11 刘建军;姜芳禄;张海辉;;矿渣微粉高性能混凝土及其工程应用[J];中国港湾建设;2006年06期
12 努尔拉提·热孜依万;努尔开力·依孜特罗甫;吾提库尔·胡斯曼;;掺矿渣掺合料的C60高性能混凝土试验研究[J];水利建设与管理;2008年08期
13 蒋银岚;胡智伟;;高强及高性能混凝土的特征和研究现状[J];山西建筑;2010年24期
14 孙凌,王俊,张春平;混凝土耐久性问题及其提高措施探讨[J];交通科技与经济;2002年01期
15 程懋堃;;结构混凝土的可持续发展以及结构设计的节约[J];建筑结构;2006年06期
16 戴焕文;霍志刚;刘海峰;;抗硫酸盐侵蚀高性能混凝土的研究[J];山西建筑;2009年12期
17 卜祥禹;;高性能混凝土用原材料及配合比设计探讨[J];陕西水利;2009年02期
18 刘桂兰;冀凯;郝广志;;C60高强高性能混凝土在奥运地铁支线的应用[J];商品混凝土;2007年06期
19 李超;黄雁飞;王迎飞;陈中杰;胡国栋;;HSP型聚羧酸减水剂性能试验研究[J];华南港工;2008年02期
20 李超;黄雁飞;王迎飞;陈中杰;胡国栋;;HSP型聚羧酸减水剂性能试验研究[J];水运工程;2008年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王博;胡利俊;戴会生;;C50预制箱梁混凝土配合比设计及生产控制[A];2009'中国商品混凝土可持续发展论坛暨第六届全国商品混凝土技术与管理交流大会论文集[C];2009年
2 王毅;刘兴荣;温金保;李克亮;;聚羧酸系高性能减水剂在温福铁路客运专线中的应用[A];聚羧酸系高性能减水剂研究与工程应用——第三届全国混凝土外加剂应用技术专业委员会年会论文集[C];2007年
3 冯健;;铁路客运专线高性能混凝土的原材料选择与配制[A];中铁隧道集团2006年客运专线专题技术交流大会论文集[C];2006年
4 马希和;平树江;王立勇;朱晓文;周淑春;王军强;;近海地区“双掺”高性能混凝土桥耐久性的模拟试验研究[A];中国公路学会桥梁和结构工程分会2004年全国桥梁学术会议论文集[C];2004年
5 孙家瑛;;跨海大桥混凝土抗裂技术措施研究[A];纤维混凝土的技术进展与工程应用——第十一届全国纤维混凝土学术会议论文集[C];2006年
6 宋少民;未翠霞;;活性粉末混凝土耐久性的研究[A];全国高性能混凝土和矿物掺合料的研究与工程应用技术交流会论文集[C];2006年
7 秦鸿根;孙伟;张亚梅;潘钢华;刘小琴;;苏通大桥不同结构部位高性能混凝土配合比与应用研究[A];中国混凝土进展2010[C];2010年
8 游宝坤;陈旭峰;董同刚;;关于矿物掺合料掺量与HPC耐久性关系的研讨[A];全国高性能混凝土和矿物掺合料的研究与工程应用技术交流会论文集[C];2006年
9 段遵莉;王安岭;黎吉军;;高性能混凝土在北京首都国际机场GTC工程中的应用[A];全国高性能混凝土和矿物掺合料的研究与工程应用技术交流会论文集[C];2006年
10 苏强;曾龙德;;用锂渣粉配制C40高性能混凝土的试验研究[A];高性能砼与高性能减水剂技术研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 余红发;盐湖地区高性能混凝土的耐久性、机理与使用寿命预测方法[D];东南大学;2004年
2 胡建勤;高性能混凝土抗裂性能及其机理的研究[D];武汉理工大学;2002年
3 谢友均;超细粉煤灰高性能混凝土的研究与应用[D];中南大学;2006年
4 曹辉;低温高性能混凝土性能与应用研究[D];中国矿业大学(北京);2009年
5 周立霞;西北戈壁地区高性能混凝土耐久性研究[D];兰州交通大学;2011年
6 王珍;高性能混凝土建筑火灾烧损试验研究[D];西南交通大学;2011年
7 刘燕;缺陷混凝土抗氯离子渗透性能及对结构可靠度影响研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
8 杨则英;既有钢筋混凝土桥梁安全性耐久性综合评估方法研究[D];大连理工大学;2004年
9 刘治猛;新型水性高分子混凝土外加剂的合成与应用研究[D];华南理工大学;2010年
10 苏安双;高性能混凝土早期收缩性能及开裂趋势研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 纪花;掺粉煤灰高性能混凝土的研制与应用技术[D];西安建筑科技大学;2005年
2 马少军;高性能混凝土及其抗裂性能的研究[D];西北农林科技大学;2004年
3 丁以兵;高性能混凝土自养护研究[D];合肥工业大学;2006年
4 李高峰;高性能混凝土无粘结预应力楼盖的性能和工程设计研究[D];兰州理工大学;2006年
5 黄冠群;高性能混凝土生产过程环境协调性研究[D];广西大学;2008年
6 吴超;高性能混凝土及其耐碱性能的研究[D];华中科技大学;2007年
7 吴建成;低水泥用量配制高性能混凝土的研究[D];重庆大学;2001年
8 夏京亮;桥用花岗岩高性能混凝土的配制与耐久性研究[D];武汉理工大学;2011年
9 乔宏霞;高性能混凝土抗硫酸盐侵蚀试验研究[D];兰州理工大学;2003年
10 张平均;低成本高性能混凝土(LC-HPC)的研究与应用[D];武汉理工大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 阮晓琴;向“子孙”结算资源费 ST盐湖摊牌促合并[N];上海证券报;2008年
2 本报记者 于猛;他,唤醒了盐湖[N];人民日报;2005年
3 李志林朱章安 通讯员 成新平;盐湖镇引来山泉解民渴[N];湖南日报;2007年
4 见习记者 黄丽萍;ST盐湖 集团借壳大步向前[N];中国证券报;2008年
5 本报记者 姚伟见习记者 李域;盐湖集团一石二鸟后遗症:ST盐湖、盐湖钾肥联动?[N];21世纪经济报道;2008年
6 张楠;“盐湖系”停牌锁定重组成本[N];中国证券报;2008年
7 本报记者 朱益民;盐湖钾肥合并案的幕后角力:为了让ST盐湖更值钱[N];21世纪经济报道;2008年
8 本报记者 张楠;盐湖钾肥 矿产资源费议案再上股东会[N];中国证券报;2009年
9 马晓芳;盐湖集团一季度利润增2.6倍[N];第一财经日报;2009年
10 记者 姚富昌;开展联合执法 保护盐湖生态[N];运城日报;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978