高性能混凝土杂散电流与疲劳.docx

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1、附件5：才涔夫挈研究生学位论文开题报告登记表（专业学位）论文题目高性能混凝土杂散电流与疲劳破坏的研究青海大学研究生院制填表时间2016年10月20日简表姓名学号专业学位类别专业学位申请学位出生日期性别民族籍贯研究方向结构工程与建筑材料邮箱导师姓名刘连新导师学历硕士导师职称教授论文题目高性能混凝土杂散电流与疲劳破坏的研究开题时间2016.11论文类型（）研究报告；（）规划设计；（）产品开发；（）案例分析；（）管理方案;项目来源（）纵向课题；（J）横向课题；（）自选课题；（）其它学项目名称及编号西宁轨道交通工程混凝土结构关键技术研究及示范（2013-G-Q06A）项目负责人项目来源青海省科学技术厅

2、起止时间项目简介：轨道交通作为一种新型的城市公共交通系统，成为近年来解决城市交通问题的一个重要途径。本项目服务于工程，为西宁轨道交通的设计、施工和验收提供重要的技术支撑，重点解决西宁轨道交通设计、施工和竣工验收过程中涉及到混凝土结构耐久性和寿命的关键技术难题。青海大学课题组承担了本项目中轨道梁的疲劳性能研究工作。使用结构实验室IOoOKN疲劳试验机对试验梁进行疲劳加载试验;使用干电池对钢筋混凝土梁通杂散电流使钢筋锈蚀,做腐蚀下的疲劳试验。重点分析轨道梁表面混凝土的开裂机理与防护措施、在反复荷载作用下无腐蚀疲劳试验及杂散电流-疲劳荷载之间的耦合作用下混凝土的疲劳特性与钢筋锈蚀研究，为西宁轨道交通

3、项目的顺利实施提供可靠的技术保证。学位论文研究内容简介研究目的、方法、方案等：通过配制不同配合比的4种高性能钢筋混凝土矩形梁和T形梁。对矩形梁和T形梁分别做静力试验，确定破坏荷载；并对矩形梁在无腐蚀和杂散电流腐蚀下、T形梁在无腐蚀下分别做疲劳试验；疲劳试验完成后，取出梁中的钢筋，通过钢筋锈蚀率及钢筋疲劳后的力学性能，分析杂散电流对高性能钢筋混凝土梁的腐蚀特征。本研究目的是为了探究杂散电流腐蚀对轨道梁受力性能的影响；在电流腐蚀下，不同配合比的轨道梁锈蚀率的比较与探究；探究不同强度的高性能混凝土梁的疲劳性能与疲劳特征；探究不同疲劳荷载及杂散电流耦合下，轨道梁力学性能的变化、疲劳破坏特征；同时研究结

4、果为青海地区轨道交通高性能混凝土结构的耐久性和安全性问题提供理论依据。承诺我保证开题报告内容真实可靠，无抄袭、侵犯他人知识产权等内容。研究生签字：导师签字：年月曰开题报告正文一、选题依据与研究内容1选题依据（从选题与本类别（专业领域）相关行业职业背景的关联度、社会应用价值或理论意义、国内外研究现状及发展动态分析、应用前景等方面展开论述。附主要参考文献目录）（1）研究意义1）青海省环境严酷，对混凝土工程耐久性要求很高，因此使用高性能混凝土。2）研究高性能混凝土，以满足在恶劣环境下抵抗侵蚀的工程要求，从而对六抗“特性提供理论研究依据，对延长建筑物使用寿命起到示范意义。3）青海省经济人口的增长，交通

5、压力增大，而轨道交通能大量的节省时间和能源，缓解交通压力。4）随着轨道交通建设中高性能钢筋混凝土的广泛应用，许多承载构件都处于高应力以及杂散电流腐蚀状态，使得钢筋混凝土结构的腐蚀及疲劳不容忽视。西宁地区的高海拔高寒干旱大气环境特征对轨道交通高性能混凝土的后期开裂影响严重，因此对轨道梁在疲劳下的裂缝开展规律的研究十分必要。（2）高性能混凝土国内外研究现状高性能混凝土具有强度高、耐久性好、原料来源广、制作工艺简单、每方材料成本较低、环保性能好、适合各种自然环境等优点，因此它是世界使用量最大、最为广泛的首选建筑材料。它是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，是以耐久性为主要设

6、计指标，针对不同用途和要求，采用现代技术制作的低水胶比的混凝土。主要技术用途是采用优质的化学外加剂和矿物外加剂，前者可改善工作性，生产低水胶比的混凝土，控制混凝土的坍落度损失，提高混凝土的致密性和抗渗性；后者可参与水化，起到胶凝材料的作用，改善界面的微观结构，堵塞混凝土内部孔隙，提高混凝土耐久性。高性能混凝土能够大量充分利用现代工业废料作为胶凝材料，已达到节能、节料、降低成本、减小劳动力提高效率、减少环境污染的目的。吴中伟认为高性能混凝土针对不同用途要求，对耐久性、工作性、强度和体积稳定性等性能有重点地予以保证。针对混凝土的过早劣化，发达国家在20世纪80年代中期便开始研究高性能混凝土。美国西

7、雅图双联广场使用C135高性能混凝土（1988年）美国芝加哥水塔大厦使用C75高性能混凝土（1975年）美国纽约TrUmP塔楼使用C65高性能混凝土（1981年）加拿大多伦多NovaScotia广场中心大厦使用C80高性能混凝（1987年）日本明石海峡大桥使用C40高性能混凝土（1988年）日本是高性能混凝土研究较早、水平较高、应用较广的国家。该国科研人员研制出耐久性达500年以上的混凝土。加拿大矿产能源研究中心（CANMET）开发研究大掺量粉煤灰混凝土，并对其工作性能、物理力学性能和耐久性进行了系统的研究用。荷兰对大掺量矿渣微粉混凝土的研究和应用已有50多年的历史和相当成熟的经验，该国的海工

8、结构大多数采用大掺量矿渣微粉混凝土，设计使用寿命也均在100年以上。地铁工程钢筋混凝土抗杂散电流腐蚀模拟试验研究的结果表明，采用优化配制的复掺优质粉煤灰和矿渣微粉的高性能混凝土抗杂散电流腐蚀能力比同水胶比基准混凝土提高68倍网。越来越多的工程实例证明，高性能混凝土正以其优良的技术性能、显著的经济效益和卓越的环保意义在工程领域广泛应用，它的发展前途无比广阔，应用前景无限美好。（3）杂散电流对钢筋混凝土的腐蚀国内外研究现状由于我国经济的飞快发展，各个大城市为了满足人们快捷出行的需要，同时加快城市建设的脚步，越来越多的城市开始兴建轨道交通，而轨道交通中的杂散电流腐蚀不容忽视。国外对混凝土耐久性研究开

9、始的比较早，国外是从20世纪30年代开始重视和研究混凝土的耐久性，而国内从20世纪60年代初才开始对钢筋锈蚀进行研究。1979年北京地铁科研所进行了大规模的测量调查，证实了其存在性及危险性，从而引起了各方面的广泛关注，之后便开始有大量研究人员开始研究杂散电流对钢筋混凝土的腐蚀。我国的张誉网、樊云昌网和干伟忠等人先后对杂散电流引起的钢筋混凝土构件腐蚀进行系统的研究；杨向东“1蔺安林I、周晓军B利吴熊冈等人则深入的研究了杂散电流对混凝土性能的影响，得出了杂散电流导致的钢筋锈蚀膨胀会使混凝土强度降低的结论；贺鸿珠“5】、杜应吉“61的研究表明矿物掺合料对杂散电流的有.定的抑制作用，并对杂散电流的防护

10、措施提出了很多的建议。张二猛口的研究表明在侵蚀介质作用下，单一氯离子作用较氯离子与硫酸根离子复合状况下的侵蚀更为严重，在同一组试验里，阴极部位的钢筋较阳极部位更容易发生锈蚀，杂散电流的存在改变了离子的迁移和吸附状况，对钢筋的锈蚀影响较大，且随电流增大而加强。杜应吉网认为混凝土的电阻可以成为衡量混凝土减少杂散电流的腐蚀的指标。混凝土开裂与杂散电流的累积电量相关，在试验中，混凝土试件开裂时的腐蚀电量在28564952mAh范围以内。丁大鹏I在对杂散电流防护研究中认为，在高架桥施工中，对梁片结构钢筋进行处理，形成钢筋网；同时，在梁端焊接连接端子，通过电缆连接使所有梁片中作为收集网的结构钢筋实现电气连

11、通。梁、墩柱间可通过对支座进行绝缘处理，实现两者钢筋的非电气连接。关于防护杂散电流的方法，现在的主流设计思想是“以防为主，以排为辅，防排结合,加强监测“3】。1HSchwa1m等人最早发现杂散电流会使地下金属构件产生严重的加速腐蚀作用】。S-Mura1idharan等人认为土壤中的金属构件中交流杂散电流所产生的腐蚀作用要比直流杂散电流小得多31。ZGCheN引等对上海地铁线路附近的埋地天然气管线进行现场测试，结果发现管地电位被扰动达到200mV,土壤电位梯度也达到了62mVm,已远超我国相关规范的规定。S-Srikanth等人研究表明，土壤表面的电位梯度和管地电位差在不同的位置测量的结果随时间

12、变化，说明了杂散电流的影响，管线迅速失效主要是由于杂散电流的腐蚀导致凶。GSantiQ.ZhuK.ZakowskiJ.Fitzgera1d等通过现场试验验证了杂散电流对管线局部区域具有强烈的腐蚀作用.董志君等人对运行了5年的深圳地铁系统中的21个区间上的轨道纵向电阻和轨地过渡电阻进行现场实测293叫结果表明走形轨纵向电阻和轨.地过渡电阻发生劣化而产生了杂散电流。1.Sandro1ini对意大利Ticino高铁高架桥不同截面的绝缘电阻进行现场测量31-321,结果表明支座跨及跨跨之间的绝缘电阻具有空间异性和时变性。1.Berto1ini等对钢筋混凝土构件的杂散电流腐蚀过程进行了试验研究田I,研究

13、表明杂散电流能够使混凝土中钢筋的阳极区发生加速腐蚀，并且在氯离子存在时的腐蚀液中加速腐蚀作用更加明显。杂散电流的腐烛防护主要分为防、排、测三个方面。目前我国在研究如何提高轨地绝缘的措施、排流网的设置及监测系统方面已经有了很大的进展，并应用于工程中，如青岛蓝色硅谷轨道交通快线工程、上海轨道交通明珠线、天津地铁一号线等等。（4）混凝土梁疲劳试验研究国内外研究现状陈梦成M等人认为在相同应力水平下，氯盐、杂散电流等单因素状况对钢筋混凝土构件存在不同程度的损伤，相对于空气状态下疲劳构件都有较显著的提高，且在氯盐和杂散电流耦合下构件损伤最为显著。朱红兵网在对T形梁的疲劳试验研究中发现裂缝的宽度，高度及裂缝

14、数目在整个疲劳试验过程中大致可以分为快速发展阶段、稳定阶段、破坏阶段。杨德滋的认为残余挠度随着荷载循环次数N的增加，初期增长也较快，后期增长也较快，而中间发展较慢，中间段的发展类似于混凝土的徐变。孙晓东阳则认为随着疲劳循环次数的增加，累积塑形变形越来越小，加载应力应变曲线接近直线。构件在疲劳时刚度降低是梁挠度逐渐增大的主要原因。构件刚度降低的主要原因有口%（1）疲劳荷载作用下，受拉区混凝土疲裂以及钢筋与混凝土之间粘结的逐渐破坏；（2）受压区混凝土在疲劳荷载作用下动力徐变的逐渐增加；（3）在疲劳荷载作用下，钢筋周期应变软化以及在疲劳过程中其截面的不断削弱。孙俊祖网等人的研究表明在疲劳反复荷载作用

15、下，试验梁开裂后随循环次数的增加跨中挠度的变化具有明显的两阶段特征，即缓慢增大并趋于稳定；与之相应，也间接反映出试验梁的刚度变化同样具有两阶段的变化特征，即缓慢减小并趋于稳定。董福星I叫等的研究表明，在疲劳荷载下，混凝土变形逐渐增大，材料性能逐渐劣化，疲劳损伤不断积累。袁迎曙等人研究表明的钢筋锈蚀导致混凝土结构劣化的原因有3种：（1）由于钢筋锈蚀使钢筋有效截面减小、钢筋与混凝土粘结力下降，从而降低了结构的承载能力；（2）由于钢筋锈蚀体积膨胀，使得混凝土产生顺筋胀裂，从而降低了结构的刚度,增大了变形，甚至使混凝土保护层剥落，影响结构的正常使用；（3）由钢筋锈蚀在混凝土中产生相当大的拉应力，使混凝土承受双向或三向的应力。冯蕴雯等人研究表明的与空气环境下材料的疲劳极限试验对比，在腐蚀环境中，金属试件的疲劳寿命将有很大程度的降低。在淡水环境下，低碳钢的疲劳寿命将降至原来的70%75%,不锈钢降至原来的25%-65%;在海水中，不锈钢降至原来的20%-55%oRodrigUeZ通过对不同配筋率、箍筋间距以及不同锈蚀率的钢筋混凝土梁的抗弯试验发现：钢筋锈蚀率小的梁一般为受弯破坏，而钢筋锈蚀率和箍筋间距较大时，往往会发生剪切破坏5叫钢筋混凝土梁的强度和刚度随着纵筋