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青岛海湾大桥混凝土防护用新型聚脲材料性能研究

作　者: 李志高
导　师: 吕平
学　校: 青岛理工大学
专　业: 材料学
关键词: 喷涂聚脲弹性体 青岛海湾大桥 海工混凝土 防护涂层
分类号: U444
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


在建中的青岛海湾大桥（以下简称大桥）是我国北方盐冻海域首座特大型海上桥梁集群工程,为了避免海水浸泡、盐雾腐蚀、冻融破坏等海洋环境因素的影响,采用聚脲涂层防护技术提高大桥的耐久性和安全性。本文根据大桥环境特点,采用宏观与微观相结合的方法,研究青岛海湾大桥防护用新型喷涂聚脲弹性体（Spray Polyurea Elastomer,简称SPUA）材料的耐海洋腐蚀性能、SPUA涂层混凝土吸水性、附着性、抗冻性、抗氯离子渗透性能,主要内容如下:首先,探讨新型SPUA材料强度随养护龄期的发展规律,并根据大桥所处的腐蚀环境,考察海水浸泡、干湿交替、冻融循环和盐雾腐蚀因素对SPUA涂层宏观性能的影响,并采用扫描电镜（SEM）对腐蚀后SPUA涂层进行微观分析。研究表明,该SPUA体系强度发展很快,属于快速固化型,适于海洋环境施工,在上述环境老化180d后,SPUA的拉伸强度分别下降了4.0%、6.4%、9.0%和25.7%,宏观试验与微观分析结果均表明,SPUA具有优异的耐海洋腐蚀性能。第二,研究了不同腐蚀介质下SPUA涂层混凝土的吸水性和附着性,并与大桥采用的环氧涂层进行对比分析。吸水性测试结果表明,与无涂层混凝土相比,环氧涂层混凝土和SPUA涂层混凝土浸泡48h后吸水率分别下降了94.4%和96.3%。吸水率还可以有效评价混凝土保护涂层抗酸、碱侵蚀能力,在酸、碱作用下,混凝土吸水性增大,但SPUA涂层混凝土吸水性变化很小,说明SPUA涂层具有优异的耐酸碱腐蚀性能。附着力测试结果表明,在海洋腐蚀环境下,冻融破坏对涂层混凝土附着力影响最大,经600次冻融循环后,环氧涂层完全脱落失去防护效果,而SPUA涂层混凝土的附着力为4.02MPa,仅下降了3.6%。第三,研究了SPUA涂层混凝土在质量分数为3.5%盐溶液中的抗冻性,并与环氧涂层混凝土进行对比。研究表明,SPUA涂层混凝土在盐溶液中的抗冻融能力优于环氧涂层混凝土,当混凝土保护涂层存在缺陷时会大大降低其抗冻融性能。同时还研究了养护龄期对SPUA涂层抗冻性影响,养护龄期为1d的SPUA涂层混凝土经600次冻融循环后,SPUA涂层表面完好无损,质量和相对动弹性模量损失均不变。第四,采用电量法（RCP）、自然浸泡法和干湿循环法三种试验方法,研究了环氧、聚脲两种混凝土保护涂层抵抗氯离子渗透的能力。研究表明,RCP法和自然浸泡法均能有效评价上述混凝土保护涂层抗氯离子渗透能力。在RCP法试验条件下,混凝土保护涂层能显著提高混凝土的抗氯离子渗透能力,并随涂层厚度的增加而增大;自然浸泡法条件下,SPUA涂层混凝土试件浸泡120 d后的氯离子扩散系数0.724×10-12m2/s,与无涂层混凝土试件相比,降低了67.9%,说明SPUA涂层大大提高了混凝土氯离子的抗渗性。干湿循环法条件下,无涂层混凝土试件干湿循环120 d后的氯离子扩散系数与自然浸泡相比,增加了40.6%,而SPUA涂层混凝土试件干湿循环120 d后氯离子扩散系数保持不变,说明干湿循环对SPUA涂层混凝土的抗氯离子渗透性能无影响。最后简单介绍了SPUA技术在青岛海湾大桥的施工工艺,并探讨了模板内衬预制防护涂层新技术在青岛海湾大桥的应用研究。通过上述试验研究和理论分析,为在建青岛海湾大桥的建设提供了科学合理的试验数据,为SPUA新技术在海工混凝土防护领域的应用奠定了基础,也为同类海工混凝土构筑物的建设起到借鉴作用。

全文目录


摘要  7-9
Abstract  9-11
第1章 绪论  11-23
  1.1 课题研究的重要性  11-12
  1.2 国内外海工混凝土腐蚀现状  12-13
  1.3 黄海海域混凝土结构腐蚀机理分析  13-17
    1.3.1 黄海海水的化学成分分析  14
    1.3.2 海洋腐蚀环境  14-15
    1.3.3 海工混凝土腐蚀机理分析  15-17
  1.4 混凝土涂层防护技术  17-21
    1.4.1 海工混凝土涂层防护的必要性  17-18
    1.4.2 国内外海工混凝土涂层防护研究现状  18-20
    1.4.3 海工混凝土涂层防护最新进展  20-21
  1.5 本文研究目的及主要内容  21-23
    1.5.1 研究目的  21
    1.5.2 本文主要研究内容  21-23
第2章 试验方法  23-39
  2.1 涂层耐海洋腐蚀试验  23-28
    2.1.1 拉伸试验  23-24
    2.1.2 海水全浸泡试验  24
    2.1.3 盐雾腐蚀试验  24-25
    2.1.4 干湿循环试验  25-26
    2.1.5 冻融循环试验  26
    2.1.6 酸、碱腐蚀试验  26
    2.1.7 低温弯折性试验  26-27
    2.1.8 耐温度交变性试验  27
    2.1.9 扫描电镜试验  27-28
  2.2 涂层混凝土的吸水性试验  28-29
    2.2.1 试验原料  28
    2.2.2 试件制备  28-29
    2.2.3 试验方法  29
    2.2.4 试验结果计算  29
  2.3 冻融循环试验（快冻法）  29-32
    2.3.1 试验原料及设备  29-30
    2.3.2 试件制备  30
    2.3.3 冻融循环试验过程及方法  30-31
    2.3.4 超声波无损检测  31
    2.3.5 检测准则  31-32
  2.4 氯离子渗透性试验  32-36
    2.4.1 快速氯离子渗透测试法-电量法（RCP）  32-33
    2.4.2 自然浸泡法测定混凝土氯离子渗透性试验  33-34
    2.4.3 海水干湿循环法测定混凝土氯离子渗透性试验  34-35
    2.4.4 氯离子含量的测定  35-36
  2.5 附着力测试试验  36-37
    2.5.1 试件制备  36
    2.5.2 试验方法  36-37
  2.6 模板内衬预制聚脲涂层新技术探索  37-39
    2.6.1 试验原料及设备  37
    2.6.2 试样准备  37
    2.6.3 试验方法  37-39
第3章 涂层耐海洋腐蚀性能研究  39-49
  3.1 概述  39
  3.2 无处理拉伸性能  39-40
  3.3 耐海水腐蚀性能  40-41
  3.4 耐盐雾老化性能  41-42
  3.5 耐干湿循环和冻融循环性能  42-43
  3.6 耐低温弯折性能  43-44
  3.7 耐温度交变性能  44
  3.8 涂层耐酸碱腐蚀性能  44-46
  3.9 老化机理研究  46-48
    3.9.1 表面形貌分析  46-47
    3.9.2 结构分析  47-48
  3.10 本章小结  48-49
第4章 涂层混凝土吸水性与附着性研究  49-56
  4.1 概述  49
    4.1.1 海洋环境中涂层混凝土吸水性  49
    4.1.2 海洋环境中涂层混凝土的附着性  49
  4.2 涂层混凝土的吸水性试验结果与分析  49-53
    4.2.1 海水介质下试件吸水率研究  49-50
    4.2.2 酸碱加速腐蚀条件下试件吸水率研究  50-52
    4.2.3 涂层混凝土耐水性机理分析  52-53
  4.3 涂层混凝土的附着性试验结果与分析  53-54
  4.4 本章小结  54-56
第5章 涂层混凝土的抗冻性研究  56-66
  5.1 概述  56
  5.2 无缺陷涂层混凝土冻融循环试验结果与分析  56-61
    5.2.1 相对动弹性模量及质量损失变化  56-59
    5.2.2 超声波损失  59-61
  5.3 有缺陷涂层混凝土冻融循环试验结果与分析  61-63
  5.4 养护龄期对聚脲涂层混凝土抗冻融性能的影响  63-65
  5.5 本章小结  65-66
第6章 涂层混凝土抗氯离子渗透性能研究  66-81
  6.1 概述  66
  6.2 试验结果及分析  66-78
    6.2.1 电通量加速扩散法（RCP 法）  66-68
    6.2.2 自然浸泡法测定混凝土氯离子扩散性试验  68-72
    6.2.3 干湿循环法测定混凝土氯离子扩散性试验  72-76
    6.2.4 自然浸泡法与干湿循环法比较  76-78
  6.3 涂层作用机理分析  78-79
  6.4 本章小结  79-81
第7章 喷涂聚脲弹性体技术在海湾大桥上的施工工艺及新工艺探索  81-90
  7.1 概述  81
  7.2 聚脲涂层施工工艺  81-86
    7.2.1 混凝土基材处理  81-82
    7.2.2 底漆施工  82-83
    7.2.3 现场遮护和收边处理  83
    7.2.4 聚脲施工  83-85
    7.2.5 安全防护  85
    7.2.6 检测与修补  85-86
  7.3 喷涂聚脲弹性体技术在海湾大桥上的新工艺探索  86-90
    7.3.1 模板内衬预制防护涂层新工艺简介  87-88
    7.3.2 试验结果分析  88-89
    7.3.3 不足与改进  89-90
结论及有待于进一步研究的问题  90-93
参考文献  93-97
攻读硕士学位期间发表的学术论文  97-98
致谢  98

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 桥梁建筑材料
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