【碩士】混凝土的滲流特性及防水耐久性研究【2009】

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　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：材料學(xué)　　授予學(xué)位：工學(xué)碩士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　地下工程和水工混凝土結(jié)構(gòu)防水耐久性一直是關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，隧道和水-T結(jié)構(gòu)在我國(guó)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，中國(guó)隧道總里程數(shù)已居世界第一，大壩的數(shù)量也居世界第一，但隧道和大壩等水工結(jié)構(gòu)的滲漏水問(wèn)題也非常嚴(yán)重，兒乎所有的隧道和大壩都存在滲漏問(wèn)題。因此，研究混凝土的防水耐久性，具有非常重要的意義。　　本文嗣繞混凝土防水耐久性的中心內(nèi)容，從水在多孔介質(zhì)中滲流基本理論入手，研究分析了混凝土的滲流特性；建立了滲透時(shí)間和滲透深度關(guān)系模型；研究了水在混凝．十裂縫內(nèi)的滲流規(guī)律；設(shè)計(jì)了拉應(yīng)力滲水裝置，研究了混凝土在拉應(yīng)力條件下的滲透性；在理論研究基礎(chǔ)上結(jié)合南京長(zhǎng)江隧道工程和錦屏大壩建設(shè)項(xiàng)目，提出了適合工程應(yīng)用的防水耐久性設(shè)計(jì)指標(biāo)?！　』炷鳛榻Y(jié)構(gòu)防水的主體，是本文首要的研究對(duì)象。通過(guò)對(duì)混凝十滲流曲線的分析，得出了水在混凝-十內(nèi)的非線性Darcy滲流特性，存在明顯的啟動(dòng)壓力梯度。由于啟動(dòng)壓力梯度的存在，水在混凝土內(nèi)的滲透過(guò)程和傳統(tǒng)Darcy模型下的滲透過(guò)程有很人不同，特定水壓下水在混凝十內(nèi)存在由啟動(dòng)壓力梯度決定的滲透平衡深度。經(jīng)分析可知，同等條件下，水壓越高、滲透系數(shù)越低以及啟動(dòng)壓力梯度越低，滲透達(dá)到平衡的時(shí)間越K。在滲透模型分析基礎(chǔ)上，提出了驗(yàn)證非線性滲流的簡(jiǎn)便方法，即：在低水壓下測(cè)量水在混凝十內(nèi)的滲透深度變化規(guī)律，如在一定時(shí)間后滲透深度不發(fā)生變化則可認(rèn)為滲流滿(mǎn)足非線性Darey模型?！　×芽p作為引起混凝土防水耐久性劣化的最主要原因之一，本文對(duì)其滲流特性進(jìn)行了詳細(xì)的研究。文中采取拼接法制作裂縫，實(shí)現(xiàn)了對(duì)裂縫寬度的定量化控制。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了在混凝十等寬、平直光滑裂縫及傾斜光滑裂中，在層流狀態(tài)下，滲流均滿(mǎn)足由納維一斯托克斯方程推得的滲流方程。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了混凝十中的真實(shí)裂縫的滲流規(guī)律，提出了通過(guò)引入裂縫的“迂曲度”和“粗糙度影響系數(shù)”來(lái)修正立方定理，并描述真實(shí)裂縫的滲流特性。通過(guò)試驗(yàn)得出了混凝土真實(shí)裂縫的迂曲度相近(不超過(guò)1．1)，粗糙性影響系數(shù)同樣相近(不超過(guò)1．2)的結(jié)論。　　在混凝土開(kāi)裂過(guò)程中拉應(yīng)力一直扮演著重要作用，拉力對(duì)混凝十滲透性的影響也是本文關(guān)注的主要對(duì)象。本文設(shè)計(jì)了拉應(yīng)力滲水裝置，在較好地解決了應(yīng)力施加及密封問(wèn)題的基礎(chǔ)上，研究了拉應(yīng)力對(duì)混凝土的滲透性影響。結(jié)果表明：在拉應(yīng)力較小的時(shí)候，混凝土滲透性變化很小：在拉應(yīng)力下混凝土滲透性能的劣化并不是一個(gè)緩慢的過(guò)程，而是在某一個(gè)較小應(yīng)力范圍突變的過(guò)程。　　文中還結(jié)合大壩碾壓混凝土的滲流特性，對(duì)大壩的防滲結(jié)構(gòu)的防水耐久性進(jìn)行了分析。并通過(guò)試驗(yàn)分析提出，在考慮拉應(yīng)力條件下，可以在原有設(shè)計(jì)抗?jié)B等級(jí)基礎(chǔ)上增加2個(gè)等級(jí)：　　而采用非線性Darcy滲流模型，則可為防滲結(jié)構(gòu)的厚度設(shè)計(jì)提供一定依據(jù)?！　≡谖恼伦詈螅Y(jié)合本文的研究結(jié)果，為高性能混凝土防水耐久性的設(shè)計(jì)提出了一些建議。建議在實(shí)際工程中，高性能混凝土防水耐久性的設(shè)計(jì)可以基于非線性Darcy模型進(jìn)行，以滲透深度不超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度為指標(biāo)，這樣可以實(shí)現(xiàn)混凝土綜合耐久性的提高。　　

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