混凝土导电特性及其影响因素试验研究

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1、国内图书分类号：TU528.59密级：公开国际图书分类号：691西南交通大学研究生学位论文混凝土导电特性及其影响因素试验研究年级2014级姓名梁坤申请学位级别工学博士专业桥梁与隧道工程指导老师周晓军教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TU528.59U.D.C:691SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationEXPERIMENTALSTUDYONELECTRICCONDUCTIVITYCHARACTERISTICSANDINFLUENTIALFACTORSOFCO

2、NCRETEGrade:2014Candidate:LiangKunAcademicDegreeAppliedfor:Doctor’sDegreeSpeciality:BridgeandTunnelEngineeringSupervisor:Prof.ZhouXiaojunMay,2018西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要混凝土道床是地铁杂散电流必经的路径，因此提高道床混凝土的绝缘性可增大轨-地过渡电阻，为地铁杂散电流的控制提供一种方法。由于混凝土电阻率的影响因素较多，导致目前的相关研究共面临三大问题：（1）混凝土电阻率的提高水平

3、不能满足工程的需求；（2）由于原材料、工艺水平等要求，实验室制备的高绝缘混凝土无法在工程中大范围应用；（3）地铁运营环境下，尤其在富水条件下，混凝土道床轨-地过渡电阻将大幅度降低。本文依托广州地铁设计研究院有限公司的科研项目，采用理论分析和试验研究相结合的方法，对地铁运营环境下混凝土电阻率的影响因素以及高绝缘混凝土的导电特性进行系统的研究，共取得了如下成果：（1）根据混凝土孔隙的形成过程把孔隙分为大孔和小孔，并采用双正态分布曲线拟合孔径分布微分曲线。建立了考虑孔径分布和双电层导电特性的混凝土导电模型，并通过对实验数据的拟合证明了模型的准

4、确性。通过对模型的分析得出：混凝土电导率不仅受到饱和度、孔隙率的影响，同时孔径分布也是重要的影响因素。在混凝土中，较小孔隙起到连通较大毛细孔的作用。在孔隙率一定时，较小孔隙比例的增加会增加混凝土孔隙的连通性，从而增加了混凝土的电导率。同时，混凝土交流阻抗谱的弥散效应也受到孔径分布的影响。以上规律为提高混凝土电阻率的研究提供指导。（2）研究了提高混凝土绝缘性方法的可行性，通过试验测试了混凝土电阻率的影响因素，并制备了两组高绝缘混凝土。研究结果表明：混凝土的电阻率受到水胶比、掺合料、外加剂、水泥种类等的影响。其中水胶比主要改变了混凝土的孔隙

5、率；掺合料主要优化了混凝土的孔径分布；外加剂改变了混凝土的孔隙结构；水泥种类主要影响水化生成物的种类。这些作用均会对混凝土电阻率产生一定的影响。最后，依据上述试验规律，采用高铝水泥及高密实混凝土思想、掺合料技术、绝缘外加剂技术制备了两种高绝缘性混凝土。（3）通过轨道模型试验研究了高绝缘混凝土在地铁工程中的应用，并分析了降雨对轨-地过渡电阻的影响。结果表明：高绝缘性混凝土可在一定程度上提高轨-地过渡电阻。轨-地过渡电阻受降雨、绝缘垫缺失影响较大。降雨导致绝缘垫、道床表面形成导电水膜，并且部分水份渗入混凝土，提高了混凝土的饱和度，在这两个因

6、素作用下，轨-地过渡电阻将下降3个数量级以上。采用氟碳漆对混凝土道床表面进行喷涂处理可防止水份进入混凝土，从而提高混凝土道床的轨-地过渡电阻。（4）采用试验方法研究了地下水、应力及电压对混凝土电阻率的影响。分析结果表明：地下水会通过毛细作用的方式进入混凝土，增加混凝土的饱和度和电导率。在试验的基础上建立了地下水沿混凝土毛细孔上升的改进的Terzaghi模型。该模型考虑第II页西南交通大学博士研究生学位论文0.5了湿润锋上部的混凝土饱和度不断降低的现象，解释了毛细上升曲线偏离t的规律。应力作用导致混凝土微观裂缝发展，引起孔隙溶液分布的变化

7、，进一步影响混凝土的电阻率。电压对混凝土电阻率也会产生一定的影响。关键词：杂散电流；混凝土电阻率；绝缘混凝土；毛细现象；饱和度西南交通大学博士研究生学位论文第III页AbstractImprovingtheballastbedtoearthresistanceofmetrocanbeaneffectivewaytoenhancetheelectricresistivityofconcrete,becausetheconcreteballastbedistheonlywayformetrostraycurrent.It’soneofthe

8、methodsforreducingthestraycurrent.Forplentifulinfluentialfactorsofconcreteresistivity,therearethreeprob