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原文传递隧道二次衬砌可喷射高性能混凝土优化设计及性能研究

论文题名：	隧道二次衬砌可喷射高性能混凝土优化设计及性能研究
关键词：	喷射混凝土;抗渗性能;抗裂性能;流变性能;界面抗渗;力学性能
摘要：	相比传统的单层管片衬砌，二次衬砌具有更为优异的力学性能和耐久性能，更能适应当今地下隧道深埋化、超长化、大截面化的发展趋势；同时，单层管片衬砌在使用过程中暴露出越来越多的问题，如管片渗漏水、管片开裂、混凝土碳化、钢筋锈蚀等，而二次衬砌相比管片衬砌具有更为优异的力学和耐久性能，可以预见二次衬砌在未来将会被广泛应用。但是目前已施工完成的二次衬砌隧道中，二衬层多采用模筑施工的普通混凝土，一方面普通混凝土韧性差、易开裂、抗渗防蚀耐久性不足，另一方面支模现浇式施工也与管片衬砌快速建造的理念相违背，很大程度上限制了二次衬砌的推广和应用。本文从材料层次出发研制一种具备高抗渗、高抗裂特点的喷射混凝土材料，不仅能增强二次衬砌材料的耐久性，还将大幅提升二衬结构的施工速度。基于此，本文主要工作如下：　　（1）通过一组正交试验确定了可喷射高性能混凝土基础配比：水胶比0.4，胶骨比1：4，砂率50％，纤维0.1%。然后在基础配比上分析了七种外加材料对混凝土抗渗性能的影响，结果表明：适量的粉煤灰、硅灰、PVA纤维和纳米二氧化硅能够全面提升混凝土在静水浸泡、压力水侵蚀和离子扩散下的抗渗性能；膨胀剂一定程度上提高了初始吸水速率，但大幅降低了材料的吸水率、渗水高度和氯离子迁移速率；减缩剂和憎水剂可降低混凝土在静水作用下的吸水速率及吸水率，但是对混凝土抗氯离子侵蚀性能较为不利。　　（2）研究了不同外加材料对混凝土早期抗裂和长期干缩的影响。粉煤灰增加了混凝土早期开裂风险，但是降低了长期的干燥收缩；硅灰和纳米二氧化硅会导致混凝土早期开裂严重同时增大后期的收缩；PVA纤维显著提高了混凝土塑性状态下的抗裂性，对长期的干燥收缩则影响不大；膨胀剂和减缩剂对混凝土早期和长期的收缩均能起到很好的抑制作用；憎水剂对混凝土早期抗裂性提升最为明显，但一定程度上增大了长期的干缩。　　（3）对比了不同外加材料对混凝土力学性能的影响。粉煤灰、膨胀剂、减缩剂和憎水剂的掺入都会削弱混凝土的抗压、抗拉和抗折强度，其中膨胀剂对力学性能的削弱程度相对较低；硅灰则能大幅增强混凝土的力学性能；纳米二氧化硅有利于试件抗拉和抗折强度的发展，但是一定程度上降低了材料的抗压强度；PVA纤维能增强混凝土的抗拉和抗折强度，对抗压强度影响不大。　　（4）采用FLUENT软件模拟了混凝土泵送和喷射两个施工过程。泵送过程中，泵送流量越大，泵压损失越大；材料的屈服应力、塑性粘度越高，泵压损失也随之升高，其中润滑层砂浆的粘度对泵压损失的影响最大；而泵管形式的变化对泵压损失基本没有影响。喷射过程中，当混凝土流量保持一定时，空气入口压力越大，混凝土出口速度越高，但是对混凝土分散性影响较小；当空气入口压力保持一定时，混凝土流量越大，混凝土出口速度越低，分散性也越差；混凝土自身的流变性对混凝土出口的速度和分散性影响较小。　　（5）探究了不同界面粗糙度和界面剂对界面抗渗及粘结性能的影响。粗糙度越高，界面的抗渗性能越差，但是劈裂抗拉强度越大；在界面涂刷水泥净浆、膨胀水泥浆或是硅灰改性水泥浆既能提高界面的抗渗性能，也能增强新老混凝土的粘结性能。
作者：	徐华生
专业：	建筑与土木工程
导师：	潘金龙;田炜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022