干旱区生态环境知识资源中心(Arid): 大风戈壁地区高性能混凝土配制、养护、耐风蚀技术研究及应用

Arid

	大风戈壁地区高性能混凝土配制、养护、耐风蚀技术研究及应用
	朱昌岳; 张戎令; 党振峰; 段荣福; 牛叔强; 王效有; 朱秀军; 李启成; 石小清; 赵清贵; 罗海英; 苑宝华; 张爱萍; 王起才; 于本田; 王朝阳; 郑建锋; 蔡洪; 高玉华; 吉俊福; 何学东; 蔺俊杰; 李盛; 李全文; 万鹏洲
完成单位	中铁二十一局集团有限公司
登记(发布)日期	2013
中文摘要	1、课题来源及立项背景兰新铁路第二双线(新疆段)LXTJ7标段工程位于吐鲁番市和乌鲁木齐市达坂城区境内,线路东起DK1717+223.66,沿既有兰新铁路南侧向西以隧道群穿越天山至白杨河特大桥头(DK1751+667.73),线路全长34.405km,主要有：路基23.468公里,桥梁16座,共4909.08米;涵洞50座,共1322横延长米;隧道5座,共6026米;轨道工程68.8单线公里,防风工程约22.1195公里。设计采用高性能混凝土,设计年限100年。线路穿越多种特殊地段和区域,不同地段和区域的气候、地理特征为： (1)穿越三十里风区和达坂城风区,风力强劲; (2)砂石料缺乏; (3)穿越人烟稀少的戈壁区,生活生产物资匮乏; (4)地质复杂,盐渍土、松软土、沙土遍布; (5)夏季持续高温区,干旱少雨,高温持续,昼夜温差大; (6)长达4～5个月的冬季寒冷期。针对这些特殊地段,研究高性能混凝土工程在高寒、高温、干旱、高碱及风沙环境条件下强度及耐久性等指标增衰规律具有十分重要的意义,对于保证混凝土质量有十分重要的作用。针对工程具体情况,中铁二十一局集团公司立项后,以兰新铁路第二双线(新疆段)LXTJ7标段为工程背景,开展了兰新第二双线三十里强风区和达坂城风区“大风戈壁地区高性能混凝土配制、养护、耐风蚀技术研究及应用”。2010年6月,该项目在二十一局集团公司批准立项,研究周期3年。 2、技术原理及性能指标 2.1技术原理：针对沙漠、戈壁、强风环境下高性能混凝土所面临的技术问题,现采用以下原理进行解决。 1)优化骨料：通过分析卵石粒径大小、颗粒级配对碎卵石破碎面、粒形的影响,以及分析碎卵石、机制砂的颗粒特性(如粒形、破碎面、石粉含量等)及颗粒级配对高性能混凝土性能的影响,进行骨料的优化,以满足高性能混凝土对骨料性能的需求。 2)优化矿物掺合料：考虑到粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰均属于活性细粉材料,采用适当的比例,可使胶凝材料空隙率达到最小,从而使整个混凝土形成紧密的堆聚结构体系。还可以很大程度上改善混凝土内部胶凝材料体系的孔结构、改善浆-集界面结构,并可降低混凝土中的水化热;同时在高性能混凝土中掺加由有机和无机材料复合而成的抗裂致密剂。其能降低混凝土中固液相的表面张力、缓冲混凝土的内应力,从而减少混凝土的收缩和开裂;同时可抑制碱-骨料反应,改善混凝土拌合物的和易性;能有效减少混凝土中连通的毛细孔通道,提高混凝土的抗渗性;通过密实填充效应、火山灰效应及表面活性效应,使混凝土中形成合理的孔级配,不仅能使混凝土的强度稳步增长,而且能显著提高混凝土的致密性、耐腐蚀性等性能。因此,可以考虑将粒径分布范围不同的粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰及抗裂致密剂按一定的优化比例复合掺入到混凝土中,这样可以充分发挥它们各自的优点、取长补短,以到达最佳的效果。 3)提高结构的抗风蚀能力处于严重风蚀环境中的混凝土,除混凝土的配合比和耐久性应满足相应要求外,还应采用合理的防风蚀措施,以保证硬化混凝土的耐久性。兰新二线沿线大风将加剧使用阶段混凝土的表面损伤速度。造成混凝土表面的水泥石剥落及出现坑窝的损伤;同时风害会加剧使用阶段混凝土的开裂。根据兰新二线沿线特点及混凝土自身特点,一方面提高混凝土自身耐磨性能,通过改善混凝土的孔结构等来提高混凝土自身的密实性,进而提高混凝土自身的耐风蚀性;另一方面在结构体表面进行涂层,通过涂层增强结构表面的耐风蚀性。 4)优化养护方式由于标段穿越“三十里强风区和达坂城风区”,干旱少水、大风、夏季高温、冬季低温,昼夜和季节温差大的戈壁环境条件,使得沿线混凝土的养护至关重要。由于干燥、夏季高温和大风的影响,混凝土在养护期间很难从外界获得水分补充,而其内部水分会大量向外散失,使水泥水化不充分;缺水又导致难以应用传统的养护方式,如洒水养护等;由于大温差会使混凝土中心和表面内外温差较大,尤其是大体积混凝土温度差更大;冬季低温要求混凝土在养护期间应注意保温,否则会发生严重的冻害。因此,通过优化标段内高性能混凝土的养护方式,首先保证混凝土周围的养护湿度一次性满足要求,在养护期间减少水分向外散失,其次采用保温隔热材料,减小混凝土表面温度受外界环境温度的影响,夏季高温时起到隔热作用,保证混凝土表面温度不过高;冬季低温时起到保温作用,保证混凝土表面温度不过低,不发生冻胀。能够保证混凝土中心温度与表面温度差、混凝土表面温度与大气温度差不超过20℃的规范要求。 2.2性能指标：优化设计的混凝土配合比、施工方案及养护措施能抵抗大风、干旱、大温差对混凝土的危害,并使混凝土强度满足工程设计要求;高寒地区混凝土达到高抗冻性要求;有腐蚀介质的工程混凝土能抵抗中等强度以上的硫酸盐腐蚀;大风地区混凝土能抵抗60m/s的风蚀;混凝土抗裂性满足工程要求。该项目研究成果在兰新铁路第二双线(新疆段)LXTJ7标段得到了推广应用,产生直接经济效益共计715万元。三十里风区、达坂城风区在大风、戈壁的地域气候环境下,高性能耐久性混凝土的专项研究,填补了国内技术领域空白,为戈壁地区建设高速铁路提供技术依据。因此该研究成果对类似环境条件下相关工程建设具有较高的经济和社会价值。 3、解决的关键技术及先进性 4.1关键技术： 1)、在兰新线高性能混凝土缺少水分养护,又受到大风、大温差的影响下,为保证混凝土的强度及耐久性,进行相关试验,提出合理的施工方案及养护措施。 2)、针对具体的施工方案及养护措施、当地的原材料,从混凝土耐久性的角度优化混凝土配合比设计。大风、干旱、大温差、戈壁地区与混凝土塑性收缩、干缩、温度裂缝关系的研究;混凝土早龄期受冻及后期抗冻性关系的研究;与混凝土抗碳化、抗腐蚀性、耐风蚀等耐久性关系的研究。 4.2先进性针对三十里大风区、戈壁的地域气候环境下,进行高性能耐久性混凝土的专门研究,为戈壁地区建设高速铁路提供技术依据。包括： 1、碎卵石破碎面机理及试验研究成果,在兰新二线高性能混凝土桥墩、承台、桩基中进行广泛应用,同时做到了环境友好型—避免应用碎石对山体的过度开采。研究成果补充、完善了现有规范。 2、通过风蚀的机理、提高风蚀措施、室内,现场的研究应用,得出了满足兰新二线高性能混凝土设计使用寿命的耐风蚀措施。成果对新疆混凝土结构耐风蚀具有重要意义。 3、通过混凝土结构养护有限元数值计算、室内模拟分析、现场试验及应用,证明了本研究的一种新型保温保湿养护方法的可行性,研究成果开辟了对大风、干旱、大温差地区混凝土养护的一种切合实际,性价比较高的方法。 4、研究成果形成了大风戈壁地区高性能混凝土配制、养护、耐风蚀成套技术。 5、应用情况及应用前景该项目研究成果在兰新铁路第二双线(新疆段)LXTJ7标段混凝土工程建设中得到了推广应用。在三十里风区、达坂城风区这一典型大风、干旱、大温差、戈壁地域气候环境下,高性能混凝土耐久性的专项研究,研究成果补充、完善了现有规范,为戈壁地区建设高速铁路提供技术依据。因此研究成果形成了大风戈壁地区高性能混凝土配制、养护、耐风蚀成套技术。风蚀研究措施的应用,减少了某种程度的维修频次,延长了主体工程混凝土的使用寿命,赢得长期经济效益。为类似环境条件下相关工程建设具有较高的经济和社会价值。我国地域辽阔,各种工程建设中与高性能混凝土类似的工程问题相当广泛,因此该研究成果对类似环境条件下相关工程建设具有较高的经济和社会价值。
中文关键词	大风 ; 戈壁 ; 混凝土 ; 配制 ; 养护 ; 耐风蚀
成果类型	应用技术
中图法分类号	TU528
URL	http://dbpub.cnki.net/grid2008/dbpub/detail.aspx?dbcode=SNAD&dbname=SNAD&filename=SNAD000001571633
来源机构	中铁二十一局集团有限公司
资源类型	成果
条目标识符	http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/243196
推荐引用方式 GB/T 7714	朱昌岳,张戎令,党振峰,等. 大风戈壁地区高性能混凝土配制、养护、耐风蚀技术研究及应用[Z]. 应用技术,2013.