港珠澳大桥混凝土聚脲防护技术应用的研究

摘要

港珠澳跨海大桥位于珠江口伶仃洋海域，连接香港、澳门和珠海，工程建设主要包括:桥梁主体和海底沉管隧道，沉管隧道长期浸泡在海水中。该海域为热带海洋性气候，海水温度和含盐量较高，服役环境复杂，大桥的设计使用年限为120年，其耐久性问题一直以来备受关注。
　　喷涂聚脲弹性体技术在京沪高铁、青岛胶州湾大桥等工程防护方面得到了成功应用，被认为是桥梁混凝土防护最有效的方法之一。而港珠澳大桥这种桥隧结合的结构形式，以及其所处环境条件的复杂性，是对聚脲涂层的性能和施工工艺的严峻考验。
　　本文主要通过在实验室模拟条件下研究了温度、湿度以及酸碱盐浸泡对聚脲涂层和土工布聚脲复合涂层的力学性能的影响，不同涂层厚度对涂层混凝土的抗渗性抗冻性的影响，以及涂层的耐磨性。研究结论如下:
　　(1)温度对聚脲涂层和土工布聚脲复合涂层的影响研究表明:-30℃养护时，涂层均在45d时达到力学性能稳定值，此时聚脲涂层的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度分别是:16.62MPa、449.49％和77.69N/mm;常温25℃和高温50℃养护时，涂层分别在第5d和第2d达到性能的稳定值。三种温度养护条件下，涂层力学性能值均高于实际工程要求值。
　　(2)湿度对聚脲涂层和土工布聚脲复合涂层的影响研究表明:常温25℃、湿度为60％时，涂层在第6d左右达到力学性能的稳定值，以聚脲涂层为例，其拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度分别是:16.98MPa、481.27％和78.31N/mm;当湿度为80％时，聚脲涂层的断裂伸长率是:509.51％;结果表明，断裂伸长率随着湿度的增加而增大，力学性能值均能满足实际工程需要。
　　(3)聚脲涂层在海水中浸泡，其磨耗质量随着浸泡时间的增加无明显变化。浸泡120d后，阿克隆磨耗机行程达到1.61km后，涂层的磨耗质量为0.1102g，实验结果表明聚脲涂层具有良好的耐磨性，能够满足实际工程的需要。
　　(4)聚脲涂层和土工布聚脲复合涂层在腐蚀介质浸泡条件下，其力学性能均有不同程度的降低。三种腐蚀介质浸泡后，力学性能变化趋势几乎一致，虽然有所下降，但仍保持在较高水准，满足实际工程的需要。
　　(5)涂层混凝土的抗冻性与涂层的厚度有关，当涂层厚度为1 mm时，冻融循环次数达到400次时，聚脲防护的相对动弹模量开始出现下降;当聚脲涂层厚度为2mm时，混凝土的相对动弹模量未出现降低;说明2mm厚涂层防护，对混凝土的抗冻性有显著提高。
　　(6)探讨了大桥沉管隧道聚脲防护的施工工艺，为避免接缝处聚脲发生零延伸效应，采用预先粘贴土工布的处理方法，使足够宽的聚脲参与胀缩形变，防止聚脲涂层撕裂。
　　通过上述实验研究和分析，能够为在建的港珠澳大桥提供理论支持和相应的实验数据，为今后聚脲技术应用于混凝土防护领域奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外桥梁混凝土耐久性研究进展

1．2．1 国外桥梁混凝土耐久性研究进展

1．2．2 国内桥梁混凝土耐久性研究进展

1．3 海洋环境混凝土的腐蚀机理

1．3．1 氯盐腐蚀机理分析

1．3．2 硫酸盐腐蚀机理分析

1．4 海洋环境混凝土的涂层防护技术

1．4．1 传统的涂层防护技术

1．4．2 聚脲涂层防护技术

1．4．3 港珠澳大桥沉管对聚脲防护涂层体系的性能要求

1．4．4 港珠澳大桥沉管聚脲涂层施工流程

1．5 主要研究内容

第2章 试验方法

2．1 聚脲涂层常规性能实验

2．1．1 力学性能测试

2．1．2 附着力测试

2．2 聚脲涂层耐介质实验

2．3 聚脲涂层耐磨实验

2．4 聚脲涂层混凝土耐久性研究

2．4．1 聚脲涂层混凝土抗冻性实验

2．4．2 聚脲涂层混凝土抗氯离子渗透实验

第3章 港珠澳跨海大桥防护涂层物理力学性能研究

3．1 概述

3．2 不同养护条件对涂层力学性能的影响

3．2．1 温度对涂层力学性能的影响

3．2．2 湿度对涂层力学性能的影响

3．3 聚脲涂层耐磨性能研究

3．4 聚脲涂层在混凝土基材上的附着力性能影响研究

3．5 本章小结

第4章 港珠澳大桥聚脲涂层耐介质性能研究

4．1 概述

4．2 涂层耐10％NaCl溶液浸泡性能研究

4．2．1 10％NaCl浸泡对涂层拉伸强度的影响

4．2．2 10％NaCl浸泡对涂层断裂伸长率的影响

4．2．3 10％NaCl浸泡对涂层撕裂强度的影响

4．2．4 10％NaCl浸泡对涂层硬度的影响

4．2．5 ATR-FTIR分析

4．3 涂层耐10％NaOH溶液浸泡性能研究

4．3．1 10％NaOH浸泡对涂层拉伸强度的影响

4．3．2 10％NaOH浸泡对涂层断裂伸长率的影响

4．3．3 10％NaOH浸泡对涂层撕裂强度的影响

4．3．4 10％NaOH浸泡对涂层硬度的影响

4．3．5 ATR-FTIR分析

4．4 涂层耐10％HCl溶液浸泡性能研究

4．4．1 10％HCl浸泡对涂层拉伸强度的影响

4．4．2 10％HCl浸泡对涂层断裂伸长率的影响

4．4．3 10％HCl浸泡对涂层撕裂强度的影响

4．4．4 10％HCl浸泡对涂层硬度的影响

4．4．5 ATR-FTIR分析

4．5 本章小结

第5章 港珠澳大桥聚脲涂层混凝土的耐久性

5．1 概述

5．2 涂层混凝土抗冻性

5．2．1 冻融循环对涂层混凝土动弹模量的影响

5．2．2 冻融循环对涂层混凝土质量损失的影响

5．3 涂层混凝土抗氯离子渗透性能研究

5．4 本章小结

第6章 港珠澳大桥聚脲涂层施工工艺

6．1 概述

6．2 施工工艺流程

6．2．1 基材处理

6．2．2 喷涂前准备

6．2．3 喷涂施工

6．3 施工修补

6．4 喷涂收边

6．5 本章小结

第7章 结论及有待进一步研究内容

7．1 结论

7．2 有待进一步研究的问题

参考文献

研究生期间发表的学术论文

致谢