聚丙烯纤维和硅粉对隧道衬砌混凝土抗渗阻裂性能的影响

摘要

随着国家经济的发展，交通基础设施的建设需求不断扩张，隧道工程越来越多。随之带来的各种隧道工程问题也不断出现，特别是隧道工程的渗漏、开裂等病害问题越来越突出，已成为隧道工程领域的普遍问题。如何从混凝土材料方面提高隧道衬砌的防水、抗渗和阻裂性能，对改善隧道衬砌结构的工作特性，提高隧道耐久性具有重要的工程意义和广阔的推广运用前景。
　　本文通过在隧道衬砌混凝土中掺入聚丙烯纤维和硅粉，达到提高和改善衬砌材料抗渗和早期抗裂性能的目的。为验证其有效性和合理性，论文通过系统的试验研究和理论分析，详细探讨了聚丙烯纤维和硅粉对衬砌混凝土力学性能、抗渗性能和早期抗裂性能的影响，并从微观结构方面对上述影响规律的机理进行详细阐述，获得了如下基本认识:
　　(1)聚丙烯纤维和硅粉对混凝土强度的影响具有相互制约的关系。硅粉能显著提高混凝土强度，但同时会增加混凝土的脆性。纤维对混凝土强度影响较小，不及硅粉显著;纤维掺量过高时甚至会削弱混凝土强度。但纤维能抑制裂缝的扩展速度，提高混凝土残余强度。
　　(2)抗渗试验结果表明掺入硅粉能显著提高混凝土的抗渗性能，但掺入纤维对抗渗不利。预加载抗渗试验进一步说明硅粉增加混凝土脆性的特征。混凝土抗渗性和抗压强度具有明显的相关性，提高抗压强度有利于改善其抗渗性能。
　　(3)纤维能显著抑制早期裂缝开展，控制加载后抗渗性能的劣化。掺入纤维和硅粉，混凝土早期裂缝由宽、长且集中逐渐改善为细、短且发散的形态。纤维能显著提高混凝土的早期抗裂等级。
　　(4)电镜扫描图像显示纤维在混凝土中三维乱向分布，与混凝土基质紧密粘结，共同受力变形。
　　(5)采用分形理论分析硅粉混凝土空隙分形特征，结果表明计盒维数值随硅粉掺量增加不断减小，密实性不断提高，抗渗性能不断增强。压汞试验结果进一步验证了硅粉混凝土的平均孔径、临界孔径随硅粉掺量增加而不断减小，孔隙形态和分布得到明显改善。
　　上述研究成果对认识聚丙烯纤维和硅粉掺量对隧道衬砌混凝土抗渗阻裂性能的影响具有重要意义，可为其在隧道工程中的推广应用提供理论依据和数据参考。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 论文的研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 隧道衬砌混凝土的研究现状

1．2．2 隧道衬砌混凝土抗渗阻裂性能的研究现状

1．3 聚丙烯纤维硅粉混凝土的研究现状

1．3．1 聚丙烯纤维对混凝土抗渗阻裂性能的研究现状

1．3．2 硅粉对混凝土抗渗阻裂性能的研究现状

1．4 本论文的研究内容和技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

2 聚丙烯纤维和硅粉对混凝土力学性能的影响

2．1 试验方案设计与材料准备

2．1．1 原材料

2．1．2 配合比设计

2．1．3 试验分组

2．1．4 试件制备

2．2 试验方法

2．2．1 抗压强度试验

2．2．2 劈裂抗拉强度试验

2．3 对抗压强度的影响规律

2．4 对劈裂抗拉强度的影响规律

2．5 本章小结

3 聚丙烯纤维和硅粉对混凝土抗渗性能的影响

3．1 试验方法

3．2 对抗渗性能的影响规律

3．2．1 渗透高度法

3．2．2 预加载抗渗试验

3．2．3 渗透性与抗压强度的关系

3．3 本章小结

4 聚丙烯纤维和硅粉对混凝土早期抗裂性能的影响

4．1 试验方法

4．2 对早期抗裂性能的影响规律

4．2．1 聚丙烯纤维对早期抗裂性能的影响规律

4．2．2 硅粉对早期抗裂性能的影响

4．3 本章小结

5 聚丙烯纤维和硅粉对混凝土性能的影响机理分析

5．1 聚丙烯纤维混凝土电镜扫描试验

5．1．1 纤维-混凝土的粘结特征

5．1．2 纤维在混凝土中的分布状态

5．2 硅粉混凝土空隙分形维数分析

5．2．1 基于SEM图像的计盒维数算法验证

5．2．2 硅粉混凝土空隙分维数分析

5．3 硅粉混凝土压汞试验

5．4 本章小结

6 结论和展望

6．1 主要结论

6．2 进一步研究的建议

参考文献

附录

作者简介