地铁免蒸养盾构隧道管片混凝土的设计与制备及其工程应用

论文摘要

管片是盾构隧道的关键构件材料。我国大多数管片生产企业采用蒸汽养护来提高混凝土早期脱模强度,蒸汽养护会给管片混凝土的体积稳定性和耐久性能带来不良影响,而且蒸汽养护时耗能巨大。今后20年内地铁隧道工程对管片的需求将持续增长,从我国节能环保的长期战略角度,以及管片混凝土耐久性改善等问题来看,有必要开发免蒸汽养护管片高性能混凝土来替代原有的蒸汽养护管片混凝土。本文依托武汉市科技攻关项目和武汉地铁隧道工程,针对蒸养条件对混凝土性能造成的不良影响,深入分析影响混凝土早期强度的各关键因素,提出了免蒸养管片混凝土优化设计方法：采用本文开发的超早强型聚羧酸减水剂,提高管片混凝土12h脱模强度；掺加活性矿物掺合料,提高管片混凝土的体积稳定性和耐久性能。运用该设计方法制备的高性能、高耐久管片混凝土12h脱模强度达23.5Mpa,氯离子扩散系数分别为5.1×10-13m2／s、28d干缩值1.8×104,90d干缩值2.2×10-4,相对于蒸养管片混凝土,其体积稳定性和耐久性均有所提高,解决了蒸养管片混凝土体积稳定性和耐久性劣化以及生产能耗高的难题。系统研究了不同分子结构的聚羧酸和早强组分对水泥浆体流动度,凝结时间差影响,确定了超早强聚羧酸减水剂的复配方案,并配制出了适用于免蒸养条件的超早强型聚羧酸减水剂,其减水率达31.6%,初凝时间差为-75min,终凝时间差为-115 min,其分散性能良好,具有良好的早强促凝效果。通过水化热、XRD、SEM和孔结构等微观测试手段研究了免蒸养超早强聚羧酸对胶凝材料水化历程的影响,探明了超早强聚羧酸提高混凝土早期强度的机理；研究免蒸养管片高性能混凝土组成、结构及耐久性的关系,为免蒸养隧道管片混凝土的设计提供参考。本研究成果已成功应用于武汉市地铁隧道管片生产制备,生产处的管片尺寸误差小,表观外观圆滑平整,气泡少,无缺棱掉角现象,经现场拼装质量完全达到设计要求。本成果取得了显著的经济效益和社会效益。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 前言
• 1.1.2 预制混凝土
• 1.1.3 超早强聚羧酸减水剂
• 1.1.4 我国混凝土管片生产现状
• 1.2 本文研究的内容
• 1.3 本课题的研究目的与意义
• 第2章 免蒸养超早强型聚羧酸减水剂复合配制研究
• 2.1 试验材料
• 2.2 免蒸养超早强型聚羧酸减水剂复合配制原则及功能要求
• 2.3 免蒸养超早强型聚羧酸减水剂复合配制的制备路线
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 水泥净浆性能试验
• 2.4.2 砂浆减水率
• 2.4.3 力学性能检测
• 2.5 超早强聚羧酸母液的优选
• 2.6 超早强聚羧酸减水剂早强组分的优选
• 2.6.1 早强组分EPSA-1的影响
• 2.6.2 早强组分EPSA-2的影响
• 2.6.3 早强组分EPSA-3的影响
• 2.7 超早强聚羧酸减水剂复配优化方案
• 2.8 超早强聚羧酸的早强机理及水化、微观分析
• 2.8.1 聚羧酸的作用机理
• 2.8.2 不同结构聚羧酸水化热
• 2.8.3 免蒸养超早强聚羧酸水化热
• 2.8.4 不同结构聚羧酸X射线衍射结果分析
• 2.8.5 免蒸养超早强聚羧酸X射线衍射结果分析
• 第3章 免蒸养管片高性能混凝土配合比优化设计及其性能研究
• 3.1 实验材料及实验方法
• 3.2 影响混凝土早期强度的因素
• 3.2.1 水泥用量对混凝土早期强度的影响
• 3.2.2 水灰比对混凝土早期强度的影响
• 3.2.3 砂率对混凝土早期强度的影响
• 3.2.4 减水剂掺量对混凝土早期强度的影响
• 3.2.5 混凝土矿物掺合料对混凝土早期强度的影响
• 3.3 免蒸养盾构管片高性能混凝土正交实验设计
• 3.3.1 坍落度
• 3.3.2 收光抹面时间
• 3.3.3 12h强度
• 3.3.4 28d强度
• 3.4 免蒸养管片混凝土配合比优化
• 3.4.1 粉煤灰掺量对混凝土力学性能的影响
• 3.4.2 免蒸养管片高性能混凝土水化进程
• 第4章 免蒸养管片混凝土体积稳定性及耐久性能研究
• 4.1 免蒸养管片混凝土体积稳定性
• 4.1.1 原材料
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.3 粉煤灰对免蒸养管片混凝土收缩性能的影响
• 4.1.4 养护条件对管片混凝土收缩性能的影响
• 4.2 免蒸养管片混凝土徐变性能
• 4.2.1 粉煤灰对免蒸养管片混凝土徐变性能的影响
• 4.2.2 养护条件对管片混凝土徐变性能的影响
• 4.3 免蒸养管片混凝土耐久性
• 4.3.1 抗氯离子渗透性
• 4.3.2 抗碳化性能
• 4.3.3 抗冻性能
• 4.3.4 抗硫酸盐侵蚀性能性能
• 4.4 免蒸养管片混凝土孔结构及水化微观结构
• 4.4.1 粉煤灰对免蒸养管片混凝土孔结构的影响
• 4.4.2 不同养护条件对管片混凝土孔结构的影响
• 4.4.3 免蒸养管片混凝土水化微观形貌
• 第5章 免蒸养混凝土管片的制备
• 5.1 C50混凝土管片技术要求和特点
• 5.2 免蒸养管片成型工艺
• 5.2.1 工艺流程
• 5.2.2 管片生产配合比
• 5.2.3 生产质量管理控制
• 5.2.4 现场生产情况图片
• 5.3 管片性能检验
• 5.3.1 管片外观尺寸误差检验
• 5.3.2 管片三环拼装检验
• 5.3.3 单块管片抗渗检验
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文及参与研究项目