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原文传递京沪高速铁路桥梁混凝土聚脲防护技术的应用研究

论文题名：	京沪高速铁路桥梁混凝土聚脲防护技术的应用研究
关键词：	高速铁路;桥梁工程;混凝土桥面;聚脲弹性体;涂层防护;耐久性
摘要：	京沪高速铁路位于中国华东和华北地区，京沪高速铁路桥梁混凝土长期在自然环境(大气腐蚀、温度、湿度变化)和使用环境(荷载作用频率增加、材料与结构的疲劳)下服役，其耐久性问题一直以来备受工程界和学术界的关注。聚脲技术(Spray Polyurea Elastomer，简称SPUA)被公认为桥梁混凝土涂层防护最有效的方法。而京沪沿线复杂的气候条件对SPUA涂层的性能与施工提出了严峻的考验。本文研究了京沪高铁工程现场和实验室模拟条件下SPUA涂层的常规性能，SPUA涂层混凝土在弯曲荷载-氯盐作用下的裂缝情况、吸水率、附着性、氯离子含量以及钢筋锈蚀情况，主要研究内容和研究结论如下：　　首先，验证京沪高速铁路SPUA材料在实验室标准条件下的固化时间，拉伸性能、附着性以及耐介质性能随时间的发展情况。研究表明，该SPUA涂层属于快速固化体系，其固化时间与耐介质性能符合京沪高速铁路的要求，养护4d后拉伸强度、断裂伸长率与附着力均达到《京沪高速铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防护涂层暂行技术条件》(简称《暂行技术条件》)规定的16MPa、400％与2.5MPa技术指标；　　第二，考察京沪高速铁路沧州段、济南段、徐州段、蚌埠段、常州段以及昆山段现场试样在不同环境条件下的拉伸性能发展规律。结果表明，各工段现场采集的试样达到《暂行技术条件》中技术指标要求的时间有所不同，常州段(>35℃)试样为2d，蚌埠段(<0℃)为4d，昆山段为5d(RH>95％)；济南段(>35℃)为6d，沧州段、徐州段(<0℃)养护7d以上才能达到《暂行技术条件》规定的16.0MPa拉伸强度与400％伸长率的要求；　　第三，对比研究了京沪高速铁路现场采集的三种配套基层处理系统在不同环境下的性能发展规律，结果证实：环氧类基层处理系统对环境温湿度依赖性最强，低温下与京沪高铁SPUA涂层相容性较差，京沪高铁SPUA配套基层处理系统宜选用聚氨酯类；　　第四，采用自制弯曲荷载-氯盐浸泡实验装置，研究了荷载以及氯盐共同作用对SPUA涂层以及SPUA涂层混凝土的影响，得出以下研究结果：　　 ①裂缝实验结果表明：京沪高铁SPUA涂层混凝土裂缝宽度为0.021～0.376mm，无涂层混凝土裂缝宽度为0～0.319mm，在弯曲荷载比为0.1时SPUA对混凝土表面裂缝发展有一定抑制作用，并能有效封闭裂缝以及抑制裂缝扩展，可有效地防止混凝土开裂从而提高耐久性；　　 ②吸水率实验证实：京沪高铁SPUA涂层混凝土吸水率为0.62％～1.35％，无涂层混凝土吸水率为5.86％～7.89％，SPUA涂层混凝土吸水率为无涂层混凝土的16％。京沪高铁SPUA涂层能有效阻止水分的侵入，从而提高桥梁混凝土的耐久性；　　 ③附着性实验研究表明：弯曲荷载比为0时，京沪高铁SPUA涂层混凝土附着力为2.8MPa～5.27MPa，弯曲荷载比为0.5时，附着力为1.25MPa～2.7MPa，弯曲荷载对SPUA涂层混凝土附着力的降低影响较明显；　　 ④氯离子含量实验表明：弯曲荷载-氯盐浸渍共同作用下浸泡90d时，SPUA涂层混凝土的氯离子含量为1E-4～0.3481，无涂层混凝土的氯离子含量为0.15～0.8564，浸泡150d后，SPUA涂层混凝土的氯离子含量为1E-4～0.453，而无涂层混凝土中氯离子含量为0.466～1.4622，说明SPUA涂层混凝土具有良好的抵抗氯离子扩散的能力；　　 ⑤混凝土电阻率以及半电池电位实验结果表明：其中无涂层混凝土中的钢筋锈蚀概率>95％，SPUA涂层混凝土中的钢筋锈蚀概率在5％左右。京沪高速铁路SPUA防护涂层能有效的防止混凝土中钢筋锈蚀，从而提高桥梁混凝土的耐久性；　　最后探讨了京沪高铁SPUA的施工工艺，比较京沪高速铁路不同的施工方案、基层处理系统工艺以及喷涂设备，设计了京沪高铁专用SPUA喷涂施工车；并探讨了两种施工方案的综合技术经济评价。　　通过上述实验研究和理论分析，为在建京沪高速铁路的建设提供科学合理的实验数据与理论支持，为SPUA技术在今后高速铁路桥梁混凝土防护领域的应用奠定了基础，也为同类桥梁混凝土构筑物的建设起到借鉴作用。
作者：	刘旭东
专业：	材料学
导师：	黄微波
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文