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大型桥梁高性能混凝土的制备及其耐久性研究
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  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    U444.18
  • 关键词:
  • 成果简介:
    一、主要内容及特点:针对河北地区冬季寒冷、夏季湿热、春秋季风、沿海区域地下水位较高、盐碱含量高的工程环境条件,开展大型桥梁关键部位混凝土耐久性研究。调查表明,“碳化、氯离子引起的钢筋锈蚀以及冻融循环作用是河北地区高速公路桥梁关键部位混凝土耐久性劣化的主要原因,裂缝是混凝土耐久性破坏的潜在巨大威胁”。因此,该项目主要围绕带裂缝混凝土的氯离子扩散、碳化及冻融循环展开系统试验研究、理论分析及应用研究,深入探讨桥梁混凝土耐久性劣化机理,建立了带裂缝混凝土氯离子扩散模型、碳化模型,并提出提升桥梁结构混凝土耐久性的新技术。项目研究采用理论分析、试验研究及数值模拟相结合的方法,完成了以下研究内容。 1.提出了一种制备带裂缝试件的新方法,并设计了一种裂缝宽度、深度、间距可控的高精度制备裂缝装置。采用该装置,制备了不同微细裂缝宽度、不同深度、不同间距的带裂缝混凝土试件(微细裂缝宽度为0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm),进行混凝土氯离子扩散、碳化以及冻融循环等性能创新耐久性试验。 2.带裂缝混凝土试件氯离子扩散试验表明,氯离子会沿平行与垂直裂缝方向的双向扩散,扩散速度和深度增大,氯离子浓度提高,裂缝加剧了氯离子侵入混凝土。 3.带裂缝混凝土试件碳化试验表明,裂缝周围产生双向碳化作用,导致混凝土碳化深度和范围增大,裂缝加速了混凝土碳化。 4.混凝土冻融循环劣化的机理是,水分在混凝土孔隙中形成单向迁移重分布,导致大孔及表层孔隙饱和程度不断提高并最终超过临界值,致使在后续冻融循环中孔壁开裂形成微裂缝,微裂缝扩展、连通,导致混凝土表面剥落、相对动弹性模量下降。裂缝使混凝土饱水程度提高,加速加剧了冻融循环破坏。 5.分析了混凝土饱水程度、应力状态对碳化、氯离子扩散的影响,结果表明,饱水程度、拉应力、裂缝等因素产生耦合作用,使氯离子扩散深度和浓度随饱水程度提高而提高,拉应力状态下混凝土碳化深度增大50%以上。 6.建立了冻融循环、碳化及氯离子侵入及考虑各因素之间的耦合效应的数学模型,结合密涿高速结构混凝土裂缝宽度限值准则进行使用寿命分析,结果表明,在正常使用条件下,Q1标混凝土满足设计使用年限要求。 7.提出了采用纤维网增强混凝土免拆模板的新技术,施工完成后作为钢筋保护层,提高了桥梁保护层混凝土抗裂性、抗腐蚀性、抗冻性,从而大幅度提高结构耐久性。 二、推广应用情况:研究成果在密涿高速Q1标钢箱梁工程中首先应用。在密涿高速公路Q1标钢箱梁工程中,桥面采用钢纤维混凝土,钢纤维品种选用钢丝切断端钩型,钢纤维抗拉强度大于1000MPa,综合考虑强度和施工性能要求,确定钢纤维合理掺量。研究成果的应用,提高了钢箱梁工程混凝土的力学性能、耐久性和质量,而且经济效益提高,工程使用寿命大幅度延长。
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