采用ptn材料密封石灰岩的抗冻胀试验研究

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1、采用PTN材料密封石灰岩的抗冻胀试验研究第一章绪论1.1研究背景在工程建设当中经常使用到天然石料作为水利、土木工程的建筑材料，常用的建筑石料有花岗岩、辉绿岩、玄武岩、石灰岩、砂岩、板岩等。其中石灰岩由于分布十分广泛具有硬度小、容易开采、成本较低的特点，广泛应用于水利工程中，石灰石为其商品名称。虽然石灰石有良好的经济适用性，但是石灰岩的强度和耐久性不算太高（不如花岗岩）。特别地，在寒区工程建设当中，由于其本身的孔隙率较大、吸水性较强，导致其容易由昼夜温差变化、年间冬夏交替引起冻融循环进而发生损伤断裂等弱化。石灰石作为

2、岩石的一种，当先经历了低温条件形成含冰岩体后成为冻岩，继而在冻融循环变化会发生裂化现象进一步影响工程构筑物的寿命。以往对冻害研究一般只集中于冻土，而冻岩与冻土的重大区别在于岩体内有大量随机分布的裂隙存在，因而存在裂隙冰，有这一重大区别难以将冻土方面知识直接扩展到冻岩上来。而相对冻土而言，有关冻岩的研究相对较少，主要原因在于冻岩破坏有一定的隐性和表现滞后性同时冻岩的试验研究相对复杂实施难度较大。而冻岩作为土工材料或低温环境常常会引起不同程度的工程破坏。如岩质边坡的冻胀剥蚀、断裂、位错等问题；隧道围岩因冻融循环引起损伤

3、及引起隧道衬砌冻胀破坏进而引起隧道的正常运行。再如路基、渠道、挡土墙等工程构筑物发生不同程度的冻害破坏。近年来有大量学者致力于将传统的岩石力学基础上考虑低温的效应提出冻岩力学的概念及研究课题。PTN（PolyurethaneTriethylcitrateN-N-dimethylethanolamine）是一种较新的防水涂料，是在原来常用的防水涂料-聚氨酯基础上加入沥青及增溶剂和低温固化剂的复合材料，经过试验表明具有较好的胶结性特性及防水特性，同时温度性能也相对优越。目前《渠道防渗工程技术规范》（GB/T50600-

4、2010）也推荐采用PTN材料作为填缝材料。考虑岩石受冻后成为冻岩后发生冻融循环效应会岩体承载能力有较大影响。考虑PTN与岩石表面有较好的粘合性能对岩石进行包裹密封处理防水处理，可以有效的防止水分渗入岩石，使冻岩可以运用在低温坏境。..........1.2国内外研究现状与评述近年来，世界范围内岩石冻融力学研究程度大幅增加，国内主要针对岩石冻融力学中的物理、力学性质研究和冻融循环引起的损伤机理研究进行较多的研究。刘泉声等将目前冻岩研究主要分为三大方向：（1）水分迁移机制等研究、（2）冻胀方面的研究如冻胀力与冻胀裂隙

5、扩展研究、（3）冻岩现场原位或模型试验。冻融水分迁移机制主要根据冻土与冻岩的区别裂隙冰的存在进行研究。在岩土工程中冻土的研究早于冻岩，经过多年的研究与探索目前许多学者将冻土力学等理论应用到冻岩研究过程中，相对来说冻岩的成果相对较小。如对冻岩的水分迁移及冻胀预报主要沿用冻土多年提出来的多种假定模型如水动力学模型、刚冰模型、分凝势模型、多场耦合模型。其中水动力学模型主要根据非饱和土壤水动力学的相关理论作为依据，即以基质势理论为主要根据将冰体生成看做基质势的增大引发水流的移动。对于均匀岩体，S.Akagam*50mm（高

6、*直径）的圆柱体试样。在实验室用钻芯取样机钻取样品，岩石试样的取样方法为垂直于岩石的沉积方向，要求所取试件相隔一定距离，尽量避免相隔太近钻芯工程中对试件的损伤，并且在钻芯工程中有裂纹和风化程度较高的试件全部舍弃，尽量保证其石灰石原有的物理性质，见图2-2。然后对所取芯样通过箱式切割机切割试件高度约52mm左右、最后用磨光机打磨至50mm左右，见图2-3，图2-4。由于所取原料石灰石本身于天然岩石，每一块石灰石由于本身的构造、矿物成分、孔隙等都有差异，并且在加工过程中对石灰石有一定的损伤，为保证所取实验所用的试件的一

7、致性，去除那些因为加工过程中圆柱体表面产生轻微裂纹和缺角的试件，选取那些均质的石灰石试件以备后期试验。石灰石的密度范围较大（2.2-2.8g/cm3），由于石灰石的密度可以间接地反映石灰石的力学性质，它与石灰石的孔隙、含水状态、矿物成分有一定的关系，在工程实际中有一定的参考价值（可以用于比较岩石分类、风化程度、孔隙大小）。随机取6个加工完成的石灰石岩石试样，用游标卡尺量取石灰石圆柱体的直径和高(精确至0.1mm)。由于试件为圆柱体，测量直径的时候，需要在圆柱体上、下截面测量两组相互正交的直径，取上下截面直径的平均值

8、。用游标卡尺测量两次高（相互垂直）并计算算术平均值，用直径和高的算术平均值即可计算圆柱体试样的体积，然后对石灰石试件进行称重，并计算即可得单个试件的密度。........第三章PTN材料低温状态下底料优选试验......153.1试验准备............153.1.1基材水泥砂浆试试块的制备.........153.1.2试件成型......163.