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南方沿海地区蒸压预应力高强混凝土管桩耐久性研究

作　者: 艾立涛
导　师: 杨医博
学　校: 华南理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 南方沿海地区蒸压管桩耐久性寿命评估
分类号: TU473.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

蒸压预应力高强混凝土管桩（以下简称管桩）作为一种优质的桩基础材料，具有工业化生产、单位承载力高、造价低、施工快捷等诸多优点，在我国南方沿海地区运用已十分广泛。目前，对管桩性能评价主要是强度，而对管桩耐久性评价和寿命评估的研究不足，在地下水中侵蚀性介质浓度较高的沿海地区，如何保证管桩耐久性已经成为业内亟待解决的问题。因此，针对南方沿海地区环境特点，开展管桩耐久性研究，具有重要的现实意义。首先，本文通过在应力作用下模拟裂纹的管桩混凝土试验，研究了裂纹对管桩混凝土的性能影响，结果表明：在空气、自来水和盐水等三种养护条件下，随着压应力水平的增加，微裂纹数量增加，混凝土电量值均有增加的趋势。为避免裂纹引起管桩的耐久性问题，建议施工前后应采用不同的混凝土抗氯离子性能指标。其次，通过短期和长期试验对比研究了三种技术措施（矿物掺合料、钢筋阻锈剂、水泥基渗透结晶防水材料）对管桩混凝土性能的影响，同时分别对钢材（端头板、预应力主筋、螺旋筋）和静压施工后管桩桩头进行了长期性能试验，探讨在不同腐蚀环境下管桩的耐久性能。研究结果表明：（1）现有掺磨细砂的管桩混凝土电量值较小，随着龄期的增长，在微腐蚀、弱腐蚀、中腐蚀环境下，混凝土电量值变化不大，桩身可不作防护；在强腐蚀环境下，管桩混凝土电量值有增加的趋势，此时应对管桩采取防护措施。（2）通过短期和长期实验证明，单掺粉煤灰或矿渣微粉替代磨细砂均使得管桩混凝土电量值增加，其中长期实验结果证明，掺入矿渣微粉不能提高管桩混凝土的抗氯离子性能，而且矿渣微粉成本较磨细砂要高，综合分析，建议管桩仍采用磨细砂为矿物掺合料。（3）掺入有机阻锈剂对管桩混凝土的蒸养强度有不利影响，而对管桩混凝土的蒸压强度和抗氯离子性能影响不大，在腐蚀环境下，有机阻锈剂可以延缓管桩混凝土中钢筋发生锈蚀时间和降低锈蚀速度。因此，当阻锈剂用于管桩时，应对混凝土配合比和生产工艺进行适当调整以满足管桩拆模要求。（4）水泥基渗透结晶防水材料不能改善管桩混凝土的抗氯离子性能，在管桩中不能发挥其裂缝自愈和能力，而且水泥基渗透结晶防水材料成本较高，因此，不建议管桩使用水泥基渗透结晶防水材料。（5）对于管桩的接头防腐蚀，微腐蚀、弱腐蚀环境的管桩接头可不做防护，中腐蚀环境下管桩接头部分钢材宜采用涂刷热沥青或包裹浸渍热沥青的玻璃纤维布等措施作防腐处理；在强腐蚀环境下，建议应考虑采用耐候钢制作端板或增加腐蚀裕量2mm以上，保证钢材满足设计使用要求。最后，基于欧洲Duracrete耐久寿命评估方法，通过研究影响混凝土耐久寿命评估的几个关键参数，假定表面氯离子浓度等于环境中氯离子浓度，管桩混凝土氯离子扩散系数基本无衰减的前提条件下，得到了在氯盐环境下管桩耐久寿命评估模型。研究结果表明：（1）现有蒸压管桩可用于微腐蚀、弱腐蚀、中腐蚀环境，不应用于强腐蚀环境；在微腐蚀、弱腐蚀、中腐蚀环境水下区，管桩可不做防护处理；在干湿交替区，宜掺加阻锈剂，并建议管桩尽量避免在干湿交替区应用；（2）施工前管桩混凝土抗氯离子性能可采用3d龄期的试件测定，提前1d切割试件进行保水；施工后管桩混凝土抗氯离子性能可用桩头抽芯样测定，测定时氯离子在管桩外侧，其中电量值采用电量法测定，氯离子扩散系数采用RCM法测定，由于电量法简单快速，而且电量值和氯离子扩散系数之间存在较好的线性关系，建议采用电量值进行评价。（3）在微腐蚀、弱腐蚀、中腐蚀环境下，50年、70年、100年设计年限的管桩耐久性指标为：施工前混凝土电量值分别小于800C、700C、500C或者氯离子扩散系数分别小于2.510-12m~2/s、2.010-12m~2/s、1.210-12m~2/s；施工后混凝土电量值分别小于1000C、800C、600C或者氯离子扩散系数分别小于3.510-12m~2/s、2.510-12m~2/s、1.510-12m~2/s。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-15
第一章绪论  15-33
  1.1 研究背景  15-24
    1.1.1 预应力高强混凝土管桩概述  15-17
    1.1.2 南方沿海地区的环境特点及腐蚀作用  17-19
    1.1.3 管桩的耐久性问题  19-21
    1.1.4 提高管桩耐久性的措施  21-24
  1.2 管桩耐久性研究进展  24-31
    1.2.1 管桩耐久性评价研究进展  25-28
    1.2.2 管桩耐久寿命评估研究进展  28-30
    1.2.3 存在的问题  30-31
  1.3 本文研究内容  31-33
第二章混凝土原材料和试验方法  33-52
  2.1 混凝土原材料  33-36
  2.2 混凝土制备方法  36-37
    2.2.1 试件成型  36
    2.2.2 养护制度  36-37
  2.3 混凝土抗压强度试验方法  37-38
    2.3.1 试验仪器  37
    2.3.2 试验步骤  37
    2.3.3 结果计算  37-38
  2.4 混凝土抗氯离子渗透性能试验方法  38-47
    2.4.1 电量综合法  38-42
    2.4.2 RCM 法  42-47
  2.5 混凝土抗硫酸盐侵蚀性能试验方法  47-49
    2.5.1 试验试剂和溶液  47
    2.5.2 试验设备和仪器  47-48
    2.5.3 试件的制作  48
    2.5.4 抗硫酸盐侵蚀试验  48-49
    2.5.5 结果计算  49
  2.6 微观分析试验方法  49-52
    2.6.1 压汞法实验  49-51
    2.6.2 扫描电镜实验  51-52
第三章裂纹对管桩混凝土性能影响的实验研究  52-62
  3.1 实验方案  52-54
    3.1.1 配合比  52
    3.1.2 裂纹模拟方法  52-53
    3.1.3 养护环境  53-54
  3.2 实验结果与分析  54-60
    3.2.1 不同养护方式对管桩混凝土抗压强度的影响  54-55
    3.2.2 裂纹对管桩混凝土表面氯离子渗透深度的影响  55-56
    3.2.3 裂纹对管桩混凝土抗氯离子性能的影响  56-60
  3.3 本章小结  60-62
第四章矿物掺合料对管桩混凝土性能影响的实验研究  62-72
  4.1 实验方案  62-63
    4.1.1 配合比  62
    4.1.2 试验设计  62-63
  4.2 实验结果与分析  63-70
    4.2.1 矿物掺合料对管桩混凝土工作性能和抗压强度的影响  63-67
    4.2.2 矿物掺合料对管桩混凝土抗氯离子性能的影响  67-70
  4.3 本章小结  70-72
第五章阻锈剂对管桩混凝土性能影响的实验研究  72-79
  5.1 实验方案  72-74
    5.1.1 配合比  72
    5.1.2 试验设计  72-74
  5.2 实验结果与分析  74-77
    5.2.1 阻锈剂对管桩混凝土工作性能和抗压强度的影响  74-75
    5.2.2 阻锈剂对管桩混凝土抗氯离子性能的影响  75
    5.2.3 阻锈剂的阻锈效果评价  75-77
  5.3 本章小结  77-79
第六章水泥基渗透结晶防水材料对管桩混凝土性能影响的实验研究  79-88
  6.1 实验方案  79-81
    6.1.1 配合比  79
    6.1.2 试验设计  79-81
  6.2 实验结果与分析  81-86
    6.2.1 防水材料对管桩混凝土工作性能和抗压强度的影响  81-82
    6.2.2 防水材料对管桩混凝土抗氯离子性能的影响  82-86
  6.3 本章小结  86-88
第七章管桩混凝土和钢材长期性能的实验研究  88-123
  7.1 腐蚀环境  88-89
    7.1.1 管桩混凝土浸泡腐蚀环境  88-89
    7.1.2 钢材浸泡腐蚀环境  89
  7.2 实验方案  89-94
    7.2.1 管桩混凝土长期浸泡实验方案  89-91
    7.2.2 钢材长期浸泡实验方案  91-94
  7.3 管桩混凝土长期实验结果与分析  94-111
    7.3.1 环境对管桩混凝土抗压强度的影响  94-97
    7.3.2 环境对管桩混凝土抗氯离子性能的影响  97-101
    7.3.3 管桩混凝土抗硫酸盐侵蚀性能  101-102
    7.3.4 环境对管桩混凝土中钢筋的锈蚀  102-106
    7.3.5 微观分析结果  106-111
  7.4 钢材浸泡实验结果与分析  111-121
    7.4.1 钢材锈蚀状况  111-118
    7.4.2 钢材锈蚀率  118-121
  7.5 本章小结  121-123
第八章管桩实体长期性能的实验研究  123-145
  8.1 腐蚀环境  123
  8.2 实验方案  123-128
    8.2.1 原材料  123-124
    8.2.2 试验方法  124-127
    8.2.3 试验内容  127-128
  8.3 实验结果与分析  128-143
    8.3.1 环境对管桩芯样混凝土抗压强度的影响  128-134
    8.3.2 环境对管桩芯样混凝土抗氯离子性能的影响  134-140
    8.3.3 环境对管桩芯样混凝土抗碳化性能的影响  140-141
    8.3.4 微观分析结果  141-143
  8.4 本章小结  143-145
第九章基于氯盐渗透南方沿海地区管桩耐久寿命评估研究  145-177
  9.1 氯盐环境下混凝土的耐久寿命评估  145-151
    9.1.1 混凝土耐久寿命的定义  145-146
    9.1.2 氯离子在混凝土中的扩散模型  146-147
    9.1.3 欧洲 Duracrete 耐久寿命评估方法  147-151
  9.2 基于氯盐渗透的管桩耐久寿命评估模型  151-160
    9.2.1 管桩耐久寿命评估的参数取值  151-159
    9.2.2 管桩耐久寿命评估方法  159-160
  9.3 电量综合法与 RCM 法实验结果对比研究  160-166
    9.3.1 实验方案  160-161
    9.3.2 实验结果与分析  161-166
  9.4 管桩耐久寿命评估研究  166-175
    9.4.1 新建工程中管桩耐久寿命评估  166-173
    9.4.2 已建工程中管桩耐久剩余寿命评估  173-175
  9.5 本章小结  175-177
结论与展望  177-180
  1. 研究结论  177-178
  2. 创新点  178-179
  3. 展望  179-180
参考文献  180-186
攻读硕士学位期间取得的研究成果  186-187
致谢  187-188
附件  188

南方沿海地区蒸压预应力高强混凝土管桩耐久性研究

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