寒冷地区道路混凝土抗盐冻剥蚀性能研究

摘要

在寒冷地区，使用除冰盐对路面进行除雪，往往会导致路面的剥蚀和开裂，使水泥混凝土路面达不到设计的使用年限。目前，道路混凝土所采取的措施提高了混凝土的抗水冻性能，但没有解决道路混凝土的盐冻剥蚀问题。为此，本文选择适合评价寒冷地区道路混凝土抗盐冻性能的试验方法，研究降低混凝土盐冻剥蚀量和相对动弹性模量损失率的措施，提高道路混凝土的抗盐冻剥蚀性能，使混凝土能够满足寒冷地区的使用要求。
　　本文比较了国内外的混凝土抗冻性能试验方法。从传热介质的种类、试件与传热介质的接触方式、评价参数及试验方法的可操作性方面考虑，选择CDF方法研究道路混凝土抗盐冻剥蚀性能。并根据CDF方法的规定，研发了混凝土盐冻试验机组。该设备具有自动控制温度、自动断电保护及自动记录存储数据等功能。
　　研究了抗折强度、水灰比、掺合料及引气剂对道路混凝土抗盐冻剥蚀性能的影响，结果表明：混凝土的盐冻剥蚀量和相对动弹性模量损失率随抗折强度的增加而减小；混凝土的抗盐冻剥蚀性能随水灰比的减小而提高；在混凝土中添加掺合料及引气剂能够减小混凝土的盐冻剥蚀量和相对动弹性模量的损失率，其中复掺掺合料混凝土的抗盐冻剥蚀性能优于单掺掺合料的混凝土。因此，在实际工程中应提倡掺合料的复掺技术。
　　采用WHY-100型全自动应力试验机进行重复加载试验，研究重复荷载对道路混凝土抗盐冻剥蚀性能的影响。结果表明：重复荷载作用后，混凝土的盐冻剥蚀量和相对动弹性模量损失率随荷载水平的增加而增大，道路混凝土抗盐冻性能明显下降。
　　研究内掺有机硅对混凝土抗压强度、盐冻剥蚀量及相对动弹性模量损失率的影响，同时观察混凝土试验面的剥蚀状况。结果表明：内掺有机硅后，普通混凝土28d抗压强度提高了4.9％，高性能混凝土28d抗压强度基本保持不变；普通混凝土及高性能道路混凝土的盐冻剥蚀量和相对动弹性模量损失率明显降低。有机硅外加剂改善了混凝土表面的剥蚀状况和内部微观结构，提高了道路混凝土的抗盐冻性能。
　　此外，本文配制的有机硅涂料能够显著地降低混凝土的盐冻剥蚀量和相对动弹性模量损失率，较明显地改善了道路混凝土盐冻后的表面剥蚀状况。经 SEM观察表明：盐冻后微观结构较致密，没有出现裂缝，干燥后没有NaCl晶体析出。与减小水灰比、添加掺合料和引气剂相比，表面涂刷有机硅是提高寒冷地区道路混凝土抗盐冻剥蚀性能的更有效措施。
　　本文评价了各种措施对道路混凝土抗盐冻性能的改善作用，阐述了提高寒冷地区道路混凝土的抗盐冻剥蚀机理及技术途径，为抗盐冻剥蚀道路混凝土的应用及推广提供了依据。

目录

寒冷地区道路混凝土抗盐冻剥蚀性能研究

STUDY ON FREEZE-DEICING SALT SCALING RESISTANCE OF THE PAVEMENT CONCRETE IN COLD REGIONS

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第1章 绪 论

1.1 水泥混凝土路面的发展状况及耐久性

1.1.1 国内外水泥混凝土路面的应用及发展现状

1.1.2 水泥混凝土路面的环境及作用行为

1.1.3 水泥混凝土路面的耐久性

1.2 混凝土冻融破坏机理的研究现状

1.2.1 静水压力理论

1.2.2 渗透压力理论

1.2.3 温度应力假说

1.2.4 微冰晶假说

1.2.5 临界饱水程度理论

1.2.6 其它假说

1.2.7 盐冻破坏机理

1.3 混凝土冻融损伤过程及特征

1.4 混凝土抗冻性能的影响因素

1.4.1 混凝土的孔结构

1.4.2 水灰比

1.4.3 含气量

1.4.4 混凝土饱水状态

1.4.5 混凝土受冻龄期

1.4.6 水泥品种及集料质量

1.4.7 外加剂及掺合料种类的影响

1.4.8 冻结温度和冻结速率

1.4.9 混凝土抗盐冻性能的主要影响因素

1.5 混凝土冻融损伤预测模型

1.5.1 动弹性模量损伤预测模型

1.5.2 灰色系统理论预测混凝土冻害损伤

1.5.3 混凝土冻融损伤的可靠度分析与预测模型

1.5.4 基于神经网路的混凝土冻融损伤预测模型

1.6 本论文研究的目的及意义

1.7 本文的研究内容

第2章 原材料与研究方案

2.1 原材料

2.1.1 水泥

2.1.2 矿物掺合料

2.1.3 超塑化剂

2.1.4 引气剂

2.1.5 缓凝剂

2.1.6 粗集料

2.1.7 细集料

2.1.8 拌合水

2.2 研究方案

2.2.1 掺合料及引气剂对道路混凝土受冻前除冰盐溶液渗透深度及渗透质量的影响

2.2.2 掺合料及引气剂对道路混凝土抗盐冻性能的影响

2.2.3 重复荷载下道路混凝土抗盐冻性能的研究

2.2.4 内掺有机硅对道路混凝土抗盐冻性能的影响

2.2.5 有机硅涂层对道路混凝土抗盐冻性能的改善作用

2.2.6 寒冷地区抗盐冻道路混凝的技术途径

第3章 混凝土抗冻性能试验方法的选择

3.1 引言

3.2 我国混凝土抗冻性试验方法及评价参数

3.3 美国混凝土抗冻性能试验方法及评价参数

3.4 欧洲混凝土抗冻性能试验方法及评价参数

3.5 国际材料协会混凝土抗冻性试验方法及评价参数

3.6 混凝土抗冻性试验方法的比较

3.6.1 试件和传热介质接触方式存在着差异

3.6.2 试验采用的传热介质的不同

3.6.3 评价参数的不同

3.7 本文采用的试验方法

3.7.1 本文的试验方法

3.7.2 试验设备

3.7.3 混凝土试件的成型及处理过程

3.7.4 混凝土抗盐冻试验过程

3.7.5 混凝土抗盐冻性能的评价

3.8 本章小结

第4章 掺合料及引气剂对道路混凝土

4.1 前言

4.2 试验方案

4.2.1 试验方案

4.2.2 试验过程

4.2.3 配合比设计

4.3 道路混凝土受冻前除冰盐溶液的渗透深度及渗透质量

4.4掺合料及引气剂对道路混凝土抗盐冻性能的影响

4.5 除冰盐溶液渗透深度及渗透质量与抗盐冻性能的相关性

4.6 本章小结

第5章 重复荷载下道路混凝土的抗盐冻性能

5.1 引言

5.2 试验方案

5.2.1 混凝土配合比

5.2.2 循环荷载加载方式

5.2.3 试验过程

5.3 结果讨论与分析

5.3.1 重复荷载作用下道路混凝土的损伤程度

5.3.2 重复荷载作用下道路混凝土的抗盐冻性能

5.4 机理分析

5.5 本章小结

第6章 内掺有机硅对道路混凝土抗盐冻性能的影响

6.1 引言

6.2 试验方案

6.2.1 试验方案

6.2.2 有机硅外加剂

6.2.3 混凝土配合比

6.3 试验结果及分析

6.3.1 有机硅（L型）对混凝土力学性能的影响

6.3.2 有机硅外加剂（L型）对混凝土的抗盐冻性能的影响

6.3.3 混凝土试验面的剥蚀情况

6.4 机理分析

6.5 本章小节

第7章 有机硅涂层对道路混凝土抗盐冻性能 的改善作用

7.1 引言

7.2 试验方案

7.2.1 试验方案

7.2.2 有机硅的涂刷方法及过程

7.2.3 混凝土配合比

7.3 试验结果与分析

7.3.1 抗折强度对混凝土抗盐冻性能的影响

7.3.2 水灰比、掺合料及引气剂对道路混凝土抗盐冻性能的影响

7.3.3 AS型抗盐冻外加剂对混凝土抗盐冻性能的影响

7.3.4 道路混凝土试验面的剥蚀状况

7.4 AS型抗盐冻外加剂改善道路混凝土抗盐冻性能机理

7.5 工程实例

7.6 本章小结

第8章 寒冷地区抗盐冻道路混凝土技术途径

8.1 前言

8.2 道路混凝土抗盐冻性能评定

8.3 寒冷地区抗盐冻道路混凝土的技术途径

8.4本章小结

结 论

展 望

参考文献

附录 1

附录 2

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

致 谢

个人简历