总结了我国铁路混凝土结构耐久性的发展历程,介绍了我国铁路混凝土结构耐久性的保障方法,并结合现阶段我国铁路工程建设特点,指出了铁路混凝土结构耐久性依然面临服役环境复杂化、原材料资源短缺和过早劣化等挑战,提出了铁路混凝土结构耐久性长寿命化、定量化、智能化和可预测性的发展趋势。

为降低喷射混凝土施工回弹率、提高其早期力学性能和长期耐久性能,结合铁路隧道复合式衬砌结构体系对喷射混凝土的性能要求,研发了喷射混凝土用功能材料,并提出低回弹高早强喷射混凝土制备技术。通过试验室试验和工程应用案例,验证了该功能材料配制技术的可行性和使用效果。试验室试验结果表明:喷射混凝土的施工回弹率与其流变参数密切相关,所研发的功能材料与速凝剂复掺可显著提高喷射混凝土的早期力学性能和耐久性能,并降低施工回弹率。工程应用结果表明:采用本文提出的技术后,所制备的隧道初支喷射混凝土的施工回弹率≤10%,喷射混凝土8 h抗压强度≥10 MPa,24 h抗压强度≥15 MPa,56 d电通量<1200 C,满足隧道高性能混凝土的施工要求。

针对西部地区隧道施工面临的高地热问题,研究了水泥种类对20、60、80℃的衬砌混凝土早期水化温升和抗压强度的影响,并模拟分析了隧道地热环境下不同含气量衬砌混凝土的塑性变形及抗压强度增长规律、外掺石粉制备的低含气量衬砌混凝土的工作性和力学性能以及不同种类保水剂对衬砌混凝土早期失水率的影响,提出了高地热隧道衬砌混凝土的最佳配制参数。结果表明:在高地热环境下低热水泥衬砌混凝土的水化温升较普通水泥衬砌混凝土降低了4℃,90 d抗压强度提高了11.5%~16.5%;衬砌混凝土的含气量越高,高温对其后期强度的降低幅度越显著;复掺石粉可有效改善低含气量衬砌混凝土的工作性,石粉掺量宜为6%~15%;保水剂聚丙烯酰胺对抑制衬砌混凝土早期失水的作用优于纤维素醚,聚丙烯酰胺掺量宜为0.05%~0.10%。

以邢汾高速公路洺水大桥为工程背景,采用紧密堆积模型对C50高性能混凝土进行配合比设计,通过试验验证了混凝土性能,并采用透水模板布对混凝土表面进行了强化处理。试验结果表明,双掺粉煤灰与矿渣粉是配制低渗透性混凝土的经济、有效途径,矿物掺合料的较佳掺量为30%～40%;采用紧密堆积模型可使常用胶凝材料用量降低20kg/m3左右;采用透水模板布后混凝土结构外观无气孔、砂线等缺陷,表层混凝土氯离子扩散系数显著降低,仅为使用钢模板的表层混凝土的14%。

以高吸水树脂(SAP)为内养护水分蓄存载体,采用核磁共振法研究了内养护水分在水泥浆体中的释放规律,探索了其对水泥浆体毛细负压的影响以及参与水化的特征。结果表明,高吸水树脂基内养护水泥浆体的0.1~6ms弛豫峰和32.7~200.9ms、231.0~1629.7ms弛豫峰分别由毛细水、内养护水产生;内养护水分的释放始于水泥浆体水化加速期,内养护时间随蓄水SAP掺量的增加而延长;释放出的内养护水分降低了水泥浆体的毛细负压,同时也促进了水泥浆体的水化;SAP仅控制的是内养护水分的释放速率,内养护水泥浆体与直接增加相同额外水量的浆体后期水化程度相当。

通过优化养护剂组分,研制出有效保水率高、在新鲜混凝土面成膜快的高分子乳液型养护剂,室内对比研究了三种养护方式(标准养护、自然养护和养护剂养护)对混凝土强度、耐久性和塑性收缩、开裂的影响,并采用该养护剂在干旱风沙地区进行了工程应用。结果表明,与标准养护相比,养护剂养护下混凝土7d前强度不降低,56d强度仅降低约5%,90d自然碳化深度为0,氯离子渗透性略有增加;成膜养护剂能有效降低混凝土塑性收缩和开裂程度,用于干旱风沙地区混凝土养护具有明显的技术经济性能优势。

针对目前隧道渗漏水的现状和原因,摈弃以室内试件抗渗等级评价衬砌混凝土防渗性能的传统思路,以改善混凝土流动性及抗裂性进而提升实体结构防渗性能的新思路来进行衬砌混凝土的配制。在此基础上,通过流动性控制、外加剂改性、内养护减缩等途径开展了衬砌混凝土性能优化研究,制备出了不依赖于现场施工水平的大流动性内养护抗裂衬砌混凝土,并结合施工缝及变形缝等细部防水措施,在某富水区地铁隧道进行了工程应用,取得了较好的防渗漏效果。