超大跨径混合梁斜拉桥宽箱梁高性能混凝土防裂技术与耐久性研究

论文摘要

论文针对超大跨径混合梁斜拉桥预应力宽箱梁易产生开裂这一突出问题,开展宽箱梁高性能混凝土组成设计、裂缝防治、耐久性和温控防裂施工技术研究。通过研究矿物掺合料、聚丙烯纤维、减缩剂和水化热降低剂对混凝土工作性、力学性能、抗裂性能、耐久性能的影响及其作用机理,模拟计算宽箱梁混凝土在不同施工工况条件下的温度场及温度应力场分布情况,为超大跨径混合梁斜拉桥提供了抗裂、耐久的宽箱梁高性能混凝土配合比及有利于箱梁温控防裂的施工技术方案。首先,对宽箱梁混凝土的组成设计进行了研究,从混凝土工作性、力学性能、抗裂性和耐久性为一体的设计要求出发,制备了胶凝材料用量低(490kg·m-3)、矿物掺合料掺量高（20%～25%）的宽箱梁高性能混凝土,并研究了聚丙烯纤维、减缩剂、水化热降低剂等抗裂组分对该高性能混凝土工作性与力学性能的影响。其后,利用温度-应力试验机、大板法,并辅以水化热、绝热温升、干缩率和徐变度的测试,研究了箱梁混凝土的开裂敏感性和体积稳定性,提出了以温度-应力试验为主的预应力宽箱梁混凝土抗裂性能的评价体系。研究结果表明,箱梁混凝土中掺入矿物掺合料,降低了混凝土绝热温升、干缩率、徐变度和开裂敏感性,有利于混凝土抗裂性能的提高;进一步掺入聚丙烯纤维、减缩剂、水化热降低剂等抗裂组分,发现聚丙烯纤维降低混凝土干缩率和徐变,减缩剂降低干缩率,水化热降低剂降低水化热,进一步有利于混凝土抗裂性能的提高;测试宽箱梁混凝土的各项耐久性指标发现,矿物掺合料的掺入,混凝土抗冻性能和抗氯离子渗透性能提高,碱含量降低,抗碳化性能虽略有下降,但基于混凝土抗碳化性能的耐久性寿命预测超过500年。利用化学结合水、XRD、SEM、MIP等测试方法,对浆体的微观结构与组成进行研究,探讨了粉煤灰对混凝土徐变、干缩、耐久性的作用机理,以及水化热降低剂降热作用机理。研究结果显示:粉煤灰混凝土的徐变性能受到体系水化产物数量、微集料效应和粉煤灰界面结合情况三大因素的共同作用,界面结合力越强,微集料效应发挥程度越高,以及体系的化学结合水量越小,则混凝土徐变度减小越明显。水化热降低剂由于其本身结构中含有的羟基,容易吸附于水泥表面并包裹在未水化的水泥周围,以减少水的进入,减缓水泥水化速度,延长水化时间,从而降低水泥水化热最高值。最后,模拟计算不同施工方案条件下宽箱梁混凝土温度场和温度应力场,分析了浇筑温度、整幅浇筑或分幅浇筑、布置冷却水管或不布置冷却水管等因素对混凝土抗裂安全系数的影响,提出了分幅浇筑且布置冷却水管的防裂技术方案以及控制混凝土内部最高温度和内外温差的防裂措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 桥梁混凝土耐久性问题
• 1.1.2 预应力混凝土箱梁裂缝问题
• 1.1.3 工程背景
• 1.2 国内外相关领域研究现状
• 1.2.1 混凝土耐久性研究
• 1.2.2 预应力混凝土箱梁裂缝分析
• 1.2.3 预应力混凝土箱梁裂缝控制技术
• 1.2.4 高性能混凝土在预应力箱梁中的应用
• 1.3 本研究的技术难点
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 宽箱梁高性能硷组成设计与基本性能研究
• 2.1 箱梁高性能混凝土的技术要求
• 2.2 原材料和试验方法
• 2.2.1 原材料
• 2.2.2 试验方法
• 2.3 箱梁高性能混凝土配合比设计计算
• 2.4 箱梁高性能混凝土配合比优化
• 2.4.1 胶凝材料体系优化
• 2.4.2 骨料体系优化
• 2.4.3 防裂措施体系优化
• 2.5 箱梁高性能混凝土基本性能
• 2.5.1 混凝土新拌物性能研究
• 2.5.2 混凝土力学性能研究
• 第3章 宽箱梁高性能硷抗裂性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 箱梁混凝土水化热学性能研究
• 3.2.1 外加剂对水泥水化热的影响
• 3.2.2 矿物掺合料对水泥水化热的影响
• 3.2.3 箱梁高性能混凝土绝热温升测定
• 3.3 箱梁混凝土开裂敏感性研究
• 3.3.1 大板法
• 3.3.2 圆环法
• 3.3.3 温度-应力试验机法
• 3.3.4 箱梁混凝土开裂性能评价体系
• 3.4 箱梁高性能混凝土变形性能
• 3.4.1 收缩
• 3.4.2 徐变
• 第4章 宽箱梁高性能硷耐久性研究
• 4.1 前言
• 4.2 箱梁混凝土耐久性指标要求
• 4.3 混凝土耐久性研究试验方法
• 4.3.1 抗冻性
• 4.3.2 抗氯离子渗透性
• 4.3.3 抗碳化性能
• 4.4 混凝土耐久性试验结果与分析
• 4.4.1 抗冻性
• 4.4.2 抗渗性
• 4.4.3 抗碳化性能
• 4.4.4 混凝土碱-骨料反应
• 第5章 宽箱梁高性能砼高性能形成亚、微观机理
• 5.1 前言
• 5.2 原材料与试验方法
• 5.2.1 原材料
• 5.2.2 试验方法
• 5.3 矿物掺合料对混凝土高性能形成的亚、微观机理
• 5.3.1 粉煤灰自身微结构特性及其在混凝土中的三大效应分析
• 5.3.2 高性能混凝土胶凝材料的水化性能及亚、微观结构
• 5.3.3 掺和料对高性能混凝土高性能形成的作用机理分析
• 5.4 纤维阻裂作用机理
• 5.5 减缩剂减缩作用机理
• 5.6 水化热降低剂降热作用机理
• 第6章 高性能砼宽箱梁温控计算与防裂施工技术
• 6.1 概述
• 6.2 混凝土温度场-温度应力场理论计算
• 6.2.1 温度场的热传导原理
• 6.2.2 箱梁温度场有限元计算
• 6.2.3 箱梁温度应力场理论计算
• 6.3 宽箱梁温度场-温度应力模拟计算与分析
• 6.3.1 模型参数
• 6.3.2 温度场-温度应力计算结果与分析
• 6.4 宽箱梁高性能混凝土温控防裂施工技术
• 6.4.1 温控指标
• 6.4.2 温控防裂施工技术
• 第7章 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢