混凝土的滲流特性及防水耐久性研究.pdf

1、地下工程和水工混凝土結構防水耐久性一直是關注的焦點。特別是近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，基礎設施建設的不斷推進，隧道和水工結構在我國獲得了長足的發(fā)展，中國隧道總里程數(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構的滲漏水問題也非常嚴重，幾乎所有的隧道和大壩都存在滲漏問題。因此，研究混凝土的防水耐久性，具有非常重要的意義。 本文圍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

2、立了滲透時間和滲透深度關系模型；研究了水在混凝土裂縫內(nèi)的滲流規(guī)律；設計了拉應力滲水裝置，研究了混凝土在拉應力條件下的滲透性；在理論研究基礎上結合南京長江隧道工程和錦屏大壩建設項目，提出了適合工程應用的防水耐久性設計指標。 混凝土作為結構防水的主體，是本文首要的研究對象。通過對混凝土滲流曲線的分析，得出了水在混凝土內(nèi)的非線性Darcy滲流特性，存在明顯的啟動壓力梯度。由于啟動壓力梯度的存在，水在混凝土內(nèi)的滲透過程和傳統(tǒng)Darcy模

3、型下的滲透過程有很大不同，特定水壓下水在混凝土內(nèi)存在由啟動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)越低以及啟動壓力梯度越低，滲透達到平衡的時間越長。在滲透模型分析基礎上，提出了驗證非線性滲流的簡便方法，即：在低水壓下測量水在混凝土內(nèi)的滲透深度變化規(guī)律，如在一定時間后滲透深度不發(fā)生變化則可認為滲流滿足非線性Darcy模型。 裂縫作為引起混凝土防水耐久性劣化的最主要原因之一，本文對其滲流特性進行了詳細的

4、研究。文中采取拼接法制作裂縫，實現(xiàn)了對裂縫寬度的定量化控制。通過試驗驗證了在混凝土等寬、平直光滑裂縫及傾斜光滑裂中，在層流狀態(tài)下，滲流均滿足由納維-斯托克斯方程推得的滲流方程。在此基礎上進一步研究了混凝土中的真實裂縫的滲流規(guī)律，提出了通過引入裂縫的“迂曲度”和“粗糙度影響系數(shù)”來修正立方定理，并描述真實裂縫的滲流特性。通過試驗得出了混凝土真實裂縫的迂曲度相近（不超過1．1），粗糙性影響系數(shù)同樣相近（不超過1．2）的結論。 在混凝

5、土開裂過程中拉應力一直扮演著重要作用，拉力對混凝土滲透性的影響也是本文關注的主要對象。本文設計了拉應力滲水裝置，在較好地解決了應力施加及密封問題的基礎上，研究了拉應力對混凝土的滲透性影響。結果表明：在拉應力較小的時候，混凝土滲透性變化很?。辉诶瓚ο禄炷翝B透性能的劣化并不是一個緩慢的過程，而是在某一個較小應力范圍突變的過程。 結合南京長江隧道工程，基于保守的線性Darcy滲透模型為管片混凝土防水耐久性提出了設計指標。如混凝土服

6、役過程不受任何應力作用，混凝土的滲透系數(shù)K0應滿足：K0≤9．513×10-20㎡（或9．513×10-13m/s）；如混凝土在拉應力條件下服役，則混凝土滲透系K0應滿足：K0≤7．928×10-20㎡（或7．928×10-13 m/s），在本工程中設計參數(shù)以后一個指標為準，并且拉應力不應超過2．9MPa，同時不應出現(xiàn)貫穿裂縫。在此基礎上又進一步提出了更適合工程應用的滲透深度指標，即：1．5MPa恒定水壓加載5天（120小時）滲透深度H

7、不應超過11mm。此外，對實際工程中使用的管片混凝土的滲透性進行了測量，并結合前述指標對防水耐久性進行了分析。結果表明工程中所用混凝土滿足指標。此外，本文也基于更為符合實際滲流規(guī)律的非線性Darcy滲流模型，對長江隧道管片混凝土進行了分析，結果表明：在管片混凝土服役過程中，在1年左右時間水在混凝土內(nèi)的滲透將達到平衡，平衡深度在13．5mm左右，可以很好的將滲透深度控制在鋼筋保護層厚度之內(nèi)。 文中還結合大壩碾壓混凝土的滲流特性，對