地铁盾构隧道越江段洪汛期仿真模拟

地铁盾构隧道越江段的安全快速开挖,与隧道洞身所承受的总应力有密切关系。依托南京地铁某区间下穿长江盾构隧道工程,借助有限元模拟软件ANSYS,基于摩尔库伦理论和荷载-结构的数值模拟方法,选取了长江近十年洪汛期水位计算总应力,对长江隧道洞身周围总应力分布特点和隧道管片的内力分布进行一定研究。数值模拟结果表明同一掘进深度,不同工况下,总应力沿隧道断面环向分布规律大致相同;盾构隧道的埋深和地层的渗透系数影响着总应力的分布,渗透系数相差越大,引起总应力的波动越大;水位越高,越江段隧道衬砌管片受到的内力就越大,两者是正相关。     

干湿交替下表层混凝土中氯离子传输:原理、试验和模拟

在干湿交替下表层混凝土内水分的不同传输机理的基础上,建立了干湿交替下表层混凝土内氯离子传输模型。利用上游加权"预估–校正"有限差分格式求解了对流占优的氯离子对流–扩散问题。进行了混凝土的氯离子吸附试验,并采用分段函数来表达氯离子吸附曲线。进行了为期120d的干湿交替下混凝土内氯离子传输试验研究。利用建立的模型和试验测得的基本材料参数进行了数值计算,计算结果同干湿交替试验中实测的氯离子含量分布吻合较好,证明了干湿交替下表层混凝土内氯离子传输模型的正确性和考虑干湿交替过程水分本身传输的重要性。研究表明:干湿交替下混凝土内氯离子入侵比永久浸没于氯盐溶液中的混凝土要严重得多。同时,由于混凝土对氯离子的强吸附性,干湿交替下混凝土中氯离子传输的影响深度小于水分传输。     

小型盾构极小曲率隧道管片结构优化设计

通过对小型盾构混凝土管片的手孔、配筋布置的优化设计,提高混凝土管片的质量与整体结构强度,确保在极小曲率隧道转弯时避免了破损,提高了隧道的防水性能与外观质量,为此类工程盾构隧道管片设计施工提供参考。     

干湿循环作用下混凝土裂缝区域氯离子的传输状态

研究了干湿循环作用下混凝土裂缝区域的氯离子浓度分布和裂缝影响区域.制备了不同宽度横向裂缝的混凝土试件,采用干湿循环加速氯离子对混凝土的侵蚀,定期检测不同侵蚀周期试件破型后裂缝侧面以及试件上表面至钢筋方向的氯离子浓度.试验结果表明:氯离子浓度随着传输深度增加而降低,在20 mm处基本稳定.随着干湿循环的进行,在20个干湿循环周期后,裂缝宽度为0.1~0.5 mm的试件,裂缝侧面30 mm处氯离子浓度都大于0.1%,钢筋在裂缝左右30 mm范围内有锈蚀的危险.并且由于二维传输的互相影响,裂缝宽度越大,相同传输深度氯离子浓度也越高.     

基于隧道防水机理的隧道管片拼缝渗漏原因及治理方法的研究

管片拼缝渗漏水是运营地铁盾构隧道的常见病害,会影响地铁隧道结构服役性能.但市场上的渗漏治理技术水平和使用材料质量参差不齐,多数都不能从根本上解决问题,经常出现复漏现象,甚至会引发次生病害.文章结合盾构管片拼缝防水原理,利用原防水结构,从根源上对拼缝渗漏治理方法进行探讨和研究,以期为从业者提供参考和借鉴.     

地铁盾构隧道施工技术现状

随着中国城市地铁的开发,在地铁隧道的建设上广泛地利用了安全、环境、迅速的施工方法,已逐渐成为国内外研究的热点。通过综述我国城市地铁盾构隧道修建技术的发展历程及近期新的发展趋势,讨论了采用盾构法修建地铁隧道存在的技术问题,介绍了地铁隧道的盾构开舱技术、盾构施工对环境的影响、单层管片衬砌的耐久性不足、关于土压盾构与泥水盾构的考虑,展望了未来我国地铁盾构隧道关于特种断面盾构的制造与应用、盾构扩挖修建车站技术、无刀盘的开敞式网格盾构、压缩混凝土衬砌,以及盾构导洞超前再钻爆法扩挖(混合法)等发展方向与研究趋势。     

原位合成SAR表层处理混凝土的碳化性与氯离子渗透性研究

本文根据吸水性树脂遇水膨胀的性能特点,通过原位合成吸水性树脂对混凝土表层进行了处理.研究了混凝土经原位合成吸水性树脂表层处理前后的碳化性和氯离子渗透性;建立了碳化深度-初始电流-电通量之间相关性.试验结果表明:处于混凝土表层内的吸水性树脂吸水或吸湿后,变成膨胀水凝胶,密实了表层混凝土内的孔隙,提高了处理混凝土的碳化性能和氯离子渗透性能;随着碳化龄期的不断增长,混凝土的初始电流和氯离子电通量大幅度降低;混凝土的碳化深度与其电通量负相关.     

考虑骨料表面强化的再生混凝土内氯离子传输细观数值模拟

采用纳米强化再生骨料表面的措施来改善再生骨料性能,建立多相再生混凝土细观数值模型,进行氯离子在再生混凝土内部传输的模拟和试验验证,并预测了氯盐环境下再生骨料表面强化混凝土耐久性寿命。结果表明:数值模拟得到的氯离子在再生混凝土内的分布与试验结果吻合较好;同一深度处,越靠近骨料表面,氯离子浓度越大,其中未强化再生骨料表面的氯离子浓度要大于强化再生骨料表面的氯离子浓度;增加保护层厚度可以有效提高纳米强化再生混凝土在氯盐环境下的耐久性寿命;随纳米包裹层氯离子扩散系数的减小,再生混凝土的耐久性寿命有所增加。     

复杂环境下粉煤灰水泥石的离子浓度分布与维氏硬度劣化规律

地铁工程混凝土结构处于硫酸盐、氯盐及杂散电流共存的复杂环境。本文针对地铁工程环境下混凝土的耐久性问题,研究了硫酸盐、氯盐及电场共同作用下,粉煤灰掺量对水泥石内硫酸根离子浓度分布、氯离子浓度分布和维氏硬度分布的影响,并基于Logistic函数建立维氏硬度预测模型,最后采用XRD分析了水泥石劣化的机理。结果表明:随侵蚀深度的增加,水泥石内硫酸根离子浓度不断降低,氯离子浓度呈现先增后降的趋势;侵入水泥石的氯离子和硫酸根离子的含量都随粉煤灰掺量的增加而先减后增,当粉煤灰掺量为10%(质量分数)时,侵入水泥石的氯离子与硫酸根离子的含量最低;被侵蚀后的水泥石内维氏硬度分布分为劣化区、增强区和完好区三个区域;预测模型可以准确表征水泥石内维氏硬度分布规律;适量粉煤灰的掺入可以减少受侵蚀后试件内的钙矾石(AFt)和石膏含量。     

浅谈混凝土盾构管片原材料质量控制的措施

现阶段,城市轨道交通建设中常用的施工技术是盾构法。随着我国科学技术的不断发展,地铁盾构法隧道施工技术越来越成熟,应用越来越广,随着对盾构管片的需求急剧升高,人们对盾构管片的质量越来越关注。盾构管片在地铁盾构技术中发挥中重要的作用,其不仅要满足设计的要求,而且对于特殊环境要满足其特定的工况。本文主要对影响盾构管片的质量因素进行分析,并提出原材料质量控制措施,以供同行专家参考。     

干湿循环作用下氯离子在聚丙烯纤维混凝土中传输性能研究

为探究干湿循环作用下聚丙烯纤维混凝土中氯离子的传输规律,设计了四种掺量的聚丙烯纤维混凝土,对其在不同干湿循环周期下的自由氯离子含量和总氯离子含量进行测量,分析聚丙烯纤维掺入对混凝土氯离子结合性能及氯离子扩散系数的影响。结果表明:0.15%(体积分数,下同)聚丙烯纤维的掺入可以增加混凝土密实度,降低自由氯离子含量;而大量纤维的掺入(＜0.45%)导致混凝土内部自由氯离子含量增加,增大了混凝土的氯离子结合能力。聚丙烯纤维掺量0%~0.45%范围内,氯离子结合能力与纤维掺量存在二次函数关系。聚丙烯纤维的掺入降低了干湿循环后期氯离子扩散系数,增大了时间依赖系数m,有利于提高混凝土抗氯离子侵蚀能力。     

剪应力作用下混凝土结构氯离子传输试验研究

实际工程中混凝土结构受到正应力和剪应力共同作用会加速耐久性劣化,但混凝土结构在剪应力作用下的氯离子侵蚀规律研究却鲜见报道.提出新的耐久性试验加载方式使混凝土小梁承受长期剪应力作用.试验研究了剪应力作用下混凝土结构氯离子侵蚀规律,结果表明,剪应力作用会使混凝土结构的氯离子渗透性增加,随着荷载水平的提高,氯离子扩散系数Di显著增大.最后,根据试验数据建立了混凝土试件在剪应力作用下氯离子扩散系数数学模型,量化分析了剪应力作用大小对混凝土氯离子扩散系数的影响.     

暴露和浸泡混凝土氯离子结合能力相关性研究

在盐湖现场暴露和长期浸泡环境下进行了混凝土腐蚀试验,分别测定了不同试验环境下混凝土构件在不同深度的总氯离子含量(Ct)和自由氯离子含量(Cf),运用了回归法分析盐湖卤水浸泡和盐湖现场暴露环境下混凝土氯离子结合能力的相关性系数KR与其扩散深度、混凝土抗压强度的相关性.分析结果表明:氯离子结合能力相关性系数KR随着混凝土抗压强度的增加而降低;对于混凝土抗压强度小于58.6 MPa时,其KR值均大于1.2且随着氯离子扩散深度的增加而增大,当混凝土抗压强度为80.6 MPa时,其KR值仅为0.8且随着氯离子扩散深度的增加而降低.因此,为了更准确的预测盐湖现场环境下的实体结构的寿命,需要利用RE=2.687e-0.0142fc+(0.0111-0.0002fc)xRI将室内环境下的氯离子结合能力换算成现场环境下的氯离子结合能力.     

塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子渗透性试验研究

采用快速氯离子迁移系数法(RCM)对塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子渗透性进行研究,主要考察了塑钢纤维掺量、陶粒类型和陶粒预湿时间三个影响因素对氯离子掺透性的影响.研究结果表明,塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子扩散系数随纤维掺量的增大而减小,且掺量为9 kg/m3时,氯离子扩散系数值最小;相较于粉煤灰陶粒,页岩陶粒制备的塑钢纤维轻骨料混凝土氯离子扩散系数更低;陶粒预湿时间对塑钢纤维轻骨料混凝土的氯离子扩散系数影响不大,但未掺纤维的轻骨料混凝土氯离子扩散系数随陶粒预湿时间的增加而增大.     

干湿循环下煤矸石混凝土孔结构特性及抗氯离子侵蚀机理

氯离子侵蚀是影响混凝土耐久性的重要因素。通过干湿循环试验,研究了煤矸石混凝土的抗氯离子侵蚀性能,分析了煤矸石体积取代率(0%、20%、40%、60%)对氯离子浓度分布和表观扩散系数的影响。通过压汞试验,测定了煤矸石混凝土的孔结构参数,通过计算其孔隙体积分形维数,研究了孔结构对煤矸石混凝土抗氯离子侵蚀性能的影响。结果表明:随着煤矸石掺量的增加,自由氯离子的浓度先减小后增加,而表观扩散系数先增加后减小;煤矸石掺量为40%时,混凝土密实性最好,孔隙体积分形维数最大;与未添加煤矸石的混凝土相比,掺量40%的煤矸石混凝土氯离子浓度最低,此时抗氯离子侵蚀性能最好,且表观扩散系数下降35.68%。     

干湿循环和暴露对混凝土氯离子结合能力相关性研究

进行了盐湖现场暴露和干湿循环环境下钢筋混凝土梁腐蚀试验,分别测定了不同试验环境下钢筋混凝土梁在不同深度的总氯离子浓度和自由氯离子浓度,运用回归分析干湿循环和盐湖现场暴露环境下混凝土氯离子结合能力的相关性系数K与扩散深度、混凝土抗强度的关系。结果表明：随着氯离子扩散深度和混凝土的抗压强度的增加,氯离子结合能力相关性系数K呈指数函数形式递减,研究成果可用于利用干湿循环测定的氯离子结合能力来预测实体结构不同深度内的氯离子结合能力。     

Aggregate influence on chloride ion diffusion into concrete

An attempt is made to predict the probable effect of the aggregate on chloride ion diffusion into saturated concrete. It is shown that if the chloride ion diffusion coefficient of an aggregate ranges from 0.2 to 10 times that of the cement paste matrix, then this could result in variations in the concrete chloride ion diffusion coefficient of up to 10:1. Such a variation is equivalent to a change in free water-cement ratio from 0.77 to 0.45.     

骨料包浆预处理对礁石混凝土性能的影响

本文对比研究了不同礁石骨料包浆预处理方法以及高性能包浆胶凝材料对礁石骨料物理性质、氯离子溶出行为以及力学性能的影响;并将包浆预处理后的礁石骨料用于制备礁石混凝土,讨论了包浆预处理和骨料替代率对礁石混凝土力学性能、氯离子渗透特性以及体积稳定性的影响。结果表明,包浆静置后烘干较包浆后自然风干与包浆后标准养护的预处理方式具有最好的骨料改性效果,礁石骨料的空隙率、吸水率、压碎值以及氯离子溶出特性等均被优化。当礁石骨料以20%、40%、60%体积替代率掺入混凝土中时,包浆礁石混凝土28 d抗压强度较未包浆礁石混凝土分别提高了6.67%、15.40%、20.05%,氯离子扩散系数分别降低了6.25%、17.31%、38.10%,干燥收缩率分别降低了5.81%、17.05%、24.43%。礁石骨料经过包浆后改变了其与水泥砂浆之间的界面过渡区,进而改善了礁石混凝土的力学性能、氯离子渗透性能以及体积稳定性。     

基于随机细观骨料的钢筋表面氯离子浓度概率分布研究

氯盐侵蚀诱发钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性失效的主要因素之一。研究钢筋表面氯离子浓度概率分布对于预测海洋工程的服役性能具有十分重要的意义。通过引入随机厚度的界面过渡区,建立了包含骨料、界面过渡区以及砂浆的三相混凝土细观模型。在此基础上,结合氯离子扩散理论,建立了氯离子扩散细观数值模型。研究结果表明,骨料对氯离子的扩散具有阻碍作用,增加了氯离子的扩散路径。通过对6 000个钢筋表面氯离子浓度的模拟结果进行统计分析,发现:当骨料率为40%(体积分数)时,钢筋表面氯离子浓度呈双峰分布;当骨料率小于40%时,钢筋表面氯离子浓度近似呈正态分布;随着骨料率的增加,钢筋表面氯离子浓度不断减小,变异系数不断增大。     

Diffusion of chloride ions from seawater into concrete

The rates of chloride diffusion from seawater into concrete made with different w/c ratios and different types of cements were studied. The effect of cathodic protection on the chloride penetration was also investigated. The effect of w/c ratio on the chloride content was limited mainly to a surface layer of the concrete and to short durations of exposure. For longer durations of exposure and for greater depths of penetration, cement type had a greater influence on the depth of chloride penetration than the w/c ratio. Portland cements gave as much as two to five times higher chloride penetration than blended cements. For the Portland cements as much as 8.6% C₃A was not adequate for reducing the chloride penetration compared with zero-content of C₃A. It appears that the diffusion of chloride ions into concrete is dependent not only on the permeability and the capacity of chloride binding but also on the ion exchange capacity of the system.