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原文传递自密实防水混凝土的改性机理研究及其在隧道防水工程中的应用

论文题名：	自密实防水混凝土的改性机理研究及其在隧道防水工程中的应用
关键词：	隧道防水;防水混凝土;超塑化剂;抗渗机理;模型试验;数值分析
摘要：	隧道防水工程是隧道建设的有机组成部分，是关系到隧道建设成败的关键环节。就我国目前隧道防水的现状而言，“十洞九漏”是其真实的写照。隧道渗漏水不仅会降低混凝土衬砌的耐久性，而且还会降低隧道内各种设施(如电气设施)的功能，增加隧道的维护成本，甚至影响隧道的安全运营。为了解决长期以来一直困扰我国隧道建设工程界的渗漏水难题，本文受沪蓉高速公路某隧道防水工程建设的委托，以提高衬砌混凝土自身的抗渗能力为指导思想，以提高自密实混凝土的脱模强度、改善自密实混凝土的流变性能及抗裂性能为目标，通过相关理论探索和试验研究，提出了利用自密实防水混凝土(WPSCC)衬砌隧道，在取消防水层(仅加柔性隔离层)的情况下实现隧道有效防水的新方法。本文的主要研究内容包括如下七个方面：1、系统的分析了混凝土渗漏的原因及改善措施，指出了提高混凝土的密实性能及抗收缩性能是提高混凝土抗渗性能的有效途径。基于混凝土自愈合前的泊肃叶渗水量理论模型，通过实验及回归，建立混凝土裂缝自愈合前的泊肃叶渗水量实际计算公式；在此基础上，研究了混凝土裂缝宽度、水压梯度及裂缝暴露于水环境中的时间的长短与单位渗水量的相关性；探讨了混凝土裂缝自愈合宽度与水压梯度的相关性及混凝土裂缝的自愈合机理。 2、在广泛评价、分析现有高效减水剂的作用效果及机理的基础上，以优势互补为指导思想，以SP-B型萘系减水剂及SP-C型聚羧酸系减水剂为主要组分，合成了平均减水率达到29％且能使WPSCC具有良好流变性能及保坍性能的SP-LI型超塑化剂，并对其作用机理进行了探索。 3、在深入分析粉煤灰活性特征及活性激发机理的基础上，以复合激发为指导思想，通过正交试验及分析，探讨了解决粉煤灰在混凝土中应用时脱模强度低(影响施工进度)的新方法，并运用X射线衍射及扫描电子显微镜，分析了复合激发剂激发粉煤灰混凝土早期强度的作用机理。 4、以提高WPSCC流变性能、抗裂性能及脱模强度为目标，应用合成的SP-LI型超塑化剂及CF-LI型复合激发剂，通过正交试验确定了WPSCC的配合比设计方案，并对WPSCC的耐久性进行了研究。 5、通过WPSCC的W/P及相关组分对其流变性能和收缩性能的影响的试验研究，结合XRD及SEM等方法，探索了WPSCC流变学特性、收缩特性及相关机理，并基于Bingham模型，研究了WPSCC的自密实机理。相关研究有助于为WPSCC的配合比设计提供理论依据和指导。 6、通过某隧道中12米(1个模筑长度)的足尺模型试验，探索了WPSCC的施工性能及施工方法，并以现场测试及现场取样测试相结合的方法，测试了WPSCC衬砌隧道时的力学性能及抗渗性能。通过现场足尺模型试验，验证了在取消防水层的情况下，依靠WPSCC衬砌进行隧道防水的可行性、有效性。 7、运用RFPA2D系统建立数值模型，通过对WPSCC及普通防水混凝土渗透系数的不同赋值，对比模拟了隧道围岩及衬砌结构的渗流过程及渗流特征，并对比分析了不同渗透系数下隧道的应力分布规律及孔隙水压分布规律。数值分析结果显示，隧道二次衬砌的抗渗性能对隧道的防水抗渗能力至关重要，使用渗透系数小的WPSCC衬砌隧道，能够有效的提高隧道的防水抗渗能力。
作者：	李厚祥
专业：	采矿工程
导师：	唐春安
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文