隧道洞渣加工机制砂制备超高性能混凝土及其力学性能研究

采用隧道洞渣加工机制砂替代传统河砂制备超高性能混凝土(UHPC)。研究不同替代率对其工作性能、干缩、抗折强度、抗压强度和微观性能的影响规律。结果表明:机制砂替代河砂,其工作性能尽管存在一定程度的下降,但依然具备良好的工作性能;机制砂替代掺量为40%时,相应抗压强度和抗折强度均最优;UHPC微观形貌受机制砂影响显著,随着机制砂替代率的增大,UHPC微观孔隙和裂缝逐渐增加。机制砂粗糙的表面和不规则边缘更利于与水泥浆体紧密连接,不规则边缘构造在机制砂颗粒间产生互锁效应,能够进一步增强水泥浆体和骨料的机械咬合力。但是,钢纤维与机制砂界面过渡区微观结构相对疏松,且含有较多微孔洞,使得该处具有较弱的桥接能力,从而导致整体抗折强度的降低。总而言之,洞渣加工机制砂替代传统河砂制备UH-PC是一个行之有效的策略。

隧道洞渣制备机制砂的细度模数控制系统研究与应用

隧道洞渣岩石特性多变,成品机制砂细度模数波动大,不利于工程应用。通过理论分析和试验研究等方法,研究了各公称粒径区间占比对细度模数的影响,将0~5.0 mm砂分为0~2.5 mm与2.5~5.0 mm两区间,以《建设用砂》细度模数的计算公式为基础,结合实测数据得出细度模数简化预测公式,并基于该预测公式构建了控制逻辑,实现了细度模数的在线调配与闭环控制。研究结果表明:将0~5.0 mm砂分为0~2.5 mm与2.5~5.0 mm两区间,可推导出细度模数的简化预测公式,通过两区间砂的比值即可快速准确预测细度模数;当细度模数在2.6~2.8之间且调配系数k取2.1时,m3与m2的比值为3.1~4.8,m3与v的比值为78.12~120.96。基于简化预测公式构建的细度模数控制系统,可实现细度模数稳定控制,对隧道洞渣资源化利用有积极作用。

隧道洞渣粗骨料混凝土抗冻性能试验研究

通过高寒地区隧道洞渣粗骨料混凝土冻融循环试验,研究在不同冻融循环次数下,隧道洞渣粗骨料取代率对混凝土抗冻性能的影响,分析试件相对动弹性模量、质量、抗压强度和劈裂抗拉强度损失率的变化规律。结果表明:混凝土的抗冻性能与洞渣粗骨料取代率呈负相关,当洞渣粗骨料取代率达到30%时,洞渣粗骨料混凝土相对动弹性模量、质量、冻融试验后的抗压强度和劈裂抗拉强度损失率与普通混凝土相差不大,其抗冻性能相对较好,冻融循环50次前试件破坏程度均较小而100次之后试件严重破坏,在冻融循环后期粉煤灰的填充效应随着洞渣粗骨料取代率的增加而增加。

隧道洞渣砂-粉煤灰混凝土基本力学性能研究

以高原地区隧道洞渣砂取代率、粉煤灰取代率作为变量,设置20组试验,对掺粉煤灰、隧道洞渣砂混凝土的坍落度、立方体抗压强度fcu、劈裂抗拉强度ft、轴心抗压强度fc、弹性模量Ec进行研究,并对掺粉煤灰、隧道洞渣砂混凝土的龄期与fcu之间的关系进行了研究。试验结果表明:洞渣砂随取代率升高坍落度降低;当洞渣砂取代率为0~70%时,其对混凝土力学性能有益,洞渣砂取代率为50%时达到强度峰值;粉煤灰对早期混凝土力学性能存在不利影响,粉煤灰掺量越高,混凝土早期力学性能越差,当龄期发展到56 d时,掺入粉煤灰的混凝土后期强度发展速率较快。

山区铁路隧道洞渣处置及对策研究

我国山区铁路隧道工程占比高、洞渣数量多。科学处置隧道洞渣是推进铁路高质量发展的具体举措。从隧道洞渣综合利用、隧道弃渣场选址、隧道弃渣场生态修复研究和隧道弃渣场安全研究4个维度系统梳理总结既有山区铁路隧道洞渣处置实践成果及存在问题,并提出对策建议,旨在为后续洞渣科学处置、规章建制等提供参考。

隧道洞渣点荷载与饱和抗压强度相关性研究现状分析

饱和抗压强度是评价隧道洞渣能否用于制备机制骨料的关键指标,但现有饱和抗压强度测试方法呈现出制样要求复杂、测试程序严格以及预处理时间长等问题,而隧道洞渣具有形状不规则、块体尺寸不一、含水状态变化大等特征性能,无法满足力学性能快速评价需求,限制了隧道洞渣的机制骨料制备与应用。因此,亟需开展隧道洞渣饱和抗压强度快速评价方法的研究。通过分析隧道洞渣的性能特征以及不同行业对机制骨料母岩饱和抗压强度的规定,从标准层面与研究层面探讨隧道洞渣饱和抗压强度与点荷载强度指数的相关性,论证了基于点荷载强度指数评价隧道洞渣饱和抗压强度的可行性。通过总结点荷载评价方法的影响因素,发现岩性、含水状态、试件尺寸以及强度对点荷载预测效果影响显著,在实际工程应用中需重点考虑以降低评价误差率。提出适用于点荷载快速试验的条件,即隧道洞渣厚度宜控制在35~60 mm,宽度宜控制在40~60 mm,最长边宜控制在35~60 mm,从而提高了点荷载评价方法的稳定性,为机制骨料用隧道洞渣的绿色化应用提供技术支撑。

基于超声波的机制骨料用隧道洞渣母岩抗压强度快速评价方法

为快速判定隧道洞渣母岩是否能用于机制骨料的制备,研究变质岩、沉积岩、火成岩隧道洞渣母岩的超声波速度与频域特征,分析洞渣母岩岩性、含水率及试件尺寸对隧道洞渣母岩超声波速度的影响规律,并建立了基于超声波波速的隧道洞渣母岩抗压强度超前预报模型。研究结果表明:隧道洞渣母岩超声波信号参数能够较为准确地反映岩石抗压强度,母岩的饱和单轴抗压强度与其超声波波速呈现正相关性,且试件尺寸对超声波速度影响不大;频域信号及其主频幅值能反映岩石内部缺陷情况,频域分布最为分散且主频幅值低时可以认为岩石内孔隙数量较多;超声波信号图谱特征受岩性及矿物组成影响显著,金属矿物中声波信号频域降低少,波速更快;试件含水率对母岩的抗压强度影响能够通过超声波波速反映,同种岩性的隧道洞渣母岩抗压强度大小依次为:烘干状态>自然状态>饱水状态。按照变质岩、沉积岩、火成岩三大类岩性分类建立隧道洞渣母岩饱和抗压强度评价模型,其中变质岩与岩浆岩的单轴抗压强度与超声波波速呈线性关系,沉积岩单轴抗压强度与超声波波速呈指数关系;通过实际工程验证发现,波速与饱和抗压强度具有良好的相关性,证明该评价模型具有较高的可信度。

山体隧道洞渣碱活性评定及碱骨料反应抑制措施研究

对某高速隧道洞渣进行了碱活性判定,从密实性和疏水性方面提出了碱骨料反应抑制措施,并通过膨胀率、强度综合评价抑制效果,从吸水率、孔溶液中碱含量探究了抑制机理。结果表明:洞渣骨料属于高活性碱-硅酸骨料,存在碱骨料反应风险;控制粉煤灰掺量不低于30%可有效抑制洞渣碱骨料反应;采用10%~12%的RMA纳米防腐剂或2.5%~7.5%的TIA抗侵蚀抑制剂优化单掺30%粉煤灰可以兼具强度保障和碱骨料反应抑制;单掺粉煤灰、复掺粉煤灰和RMA纳米防腐剂主要通过降低孔溶液中游离态的碱离子,实现碱骨料反应的抑制;复掺粉煤灰和TIA抗侵蚀抑制剂主要通过碱离子和吸水率的双重降低,实现碱骨料反应的抑制。

花岗岩隧道洞渣在AC-20C沥青混合料中的应用

针对沥青混合料用集料匮乏问题,通过室内试验和实体验证,探究了花岗岩隧道洞渣在沥青混合料中的适用性,分析了花岗岩隧道洞渣生产质量控制方法,研究了花岗岩隧道洞渣沥青混合料的路用性能。结果表明:花岗岩隧道洞渣提高与沥青黏附性后,可用于沥青路面中、下面层粗集料。现场采用三级破碎和除尘相结合工艺,可生产颗粒形状和粉尘含量满足要求的粗集料。花岗岩隧道洞渣粗集料的AC-20C沥青混合料的70℃动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比分别为4981次/mm、89.6%、83.9%,满足技术要求。

隧道洞渣资源化利用研究现状及展望

近些年来我国隧道建设取得重大进展,但随之而来的问题是大量的隧道洞渣难以处理。基于隧道洞渣性能波动大,有害物质含量多,难以利用的特点,不仅需要对洞渣的性能影响因素进行研究,还需要对开挖出的隧道洞渣进行合理的分级分类,以期实现大规模、高效率的回收利用。从隧道洞渣的可利用途径、隧道洞渣的性能影响因素、隧道洞渣的分类分级三方面综合讨论了国内外隧道洞渣的试验研究,并对今后隧道洞渣的高质化、快速化利用提供了建议。

隧道洞渣加工混凝土在其结构工程中的应用

为研究石灰岩洞渣作为骨料应用于混凝土中是否具有应用价值,以青峰岭隧道为依托工程,通过分析隧道地层岩性,以岩石单轴饱和抗压强度为依据,确定隧道洞渣具备加工的可行性,并选取合适的洞渣强度快速评价标准与适配的加工工艺生产出质量优良的集料,并成功应用于隧道结构实体。通过隧道洞渣加工混凝土,隧道共产出约8万t集料,资源利用化率达到30%,为后续的洞渣利用提供了一定的借鉴经验。

隧道洞渣在改良路基中的应用

文章以巴平高速公路工程高液限土路基为研究对象,提出采用换填法,以隧道洞渣为原材料对高液限土进行换填,并通过试验探究隧道洞渣改良高液极限土的力学性能。结果表明:不同掺量隧道洞渣可显著提高土体的强度,且15%为隧道洞渣掺量的最佳值,可以显著提高路基土体性能。同时,对隧道洞渣改良土在15%掺量下路基边坡稳定性进行了数值模拟,进一步验证了利用隧道洞渣改善路基土性能的可行性。研究结果可为类似工程提供指导。

山区高速公路隧道洞渣填筑路基施工技术研究

近年来高速公路建设里程不断扩充,尤其西部山区高速公路线路规划在森林自然保护区内,随着经济发展对文明施工要求越来越严格,严禁在保护区内设置临建设施。设计的隧道和边坡爆破弃方需远运至弃土场处理,不仅增加了工程投资,也增加了隧道洞渣运输造成的碳排放,同时导致了天然资源浪费。同时山区高速涉及的高填方路基填筑需要大量开采砂石骨料等,造成了自然资源和生态环境的严重破坏。本文贵州德余高速为依托,对提高隧道施工、洞渣资源化利用率和高填方路基填筑施工质量,分析施工经验,提供参考。

隧道洞渣加工碎石剩余石屑用于铁路混凝土的可行性研究

基于天然河砂日益短缺的困境,为有效利用隧道洞渣加工碎石副产品石屑,从原材料控制、配合比设计、性能检测等方面对石屑用于铁路混凝土进行了可行性研究。试验结果表明:石屑在C30及以下普通混凝土中可作为胶凝材料的补充,改善混凝土的整体和易性,有利于界面的改善。各项性能符合设计及施工性能要求,石屑混凝土二次利用洞渣,减少了环境污染,为项目降本增效,具有很好的经济和社会效益。

砂岩隧道洞渣集料在宜巴高速公路中的应用

为探讨宜巴太阳岭砂岩洞渣用作混凝土集料的可行性,对母岩抗压饱和强度、物理化学成分、碱活性进行分析,采用简化砂、石联产工艺生产出砂岩碎石、机制砂并对其基本技术指标进行检测。研究表明,该砂岩洞渣为硬质砂岩,加工的碎石、机制砂可满足混凝土集料技术指标要求。以宜巴高速公路为依托,成功地将砂岩集料配制的混凝土应用于隧道二衬与桥梁桩基、墩柱。

隧道洞渣和路基石渣的资源化利用技术

隧道洞渣和挖方路基石渣常常作为废渣丢弃,既占用土地资源又影响环境,合理利用隧道洞渣和挖方路基石渣是建设绿色工程的必然要求。通过在在建线路上布设碎石加工设备,应用二级破碎工艺,采用源头优选、晾晒石渣、建立质量管理系统等方法加强质量控制,用隧道洞渣和挖方路基石渣加工出满足工程建设要求的碎石,并成功应用于道路工程建设,实现了隧道洞渣和挖方路基石渣的资源化利用。研究表明,用隧道洞渣和挖方路基石渣加工碎石技术可行,将该项技术应用于道路工程建设可节约投资、减少占地、保护生态环境,总结的施工经验可为其他类似工程提供借鉴。

隧道洞渣在建筑材料中的资源化综合利用研究进展

隧道洞渣是一种宝贵资源,因地制宜利用隧道洞渣可解决建筑材料资源短缺与洞渣处理困难的矛盾。本文从隧道洞渣的特点入手,重点介绍了隧道洞渣的分类方法、快速评价技术和资源化综合利用现状等三个方面,同时对隧道洞渣的主要发展趋势进行了展望。

隧道洞渣花岗岩机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响

研究了隧道洞渣花岗岩机制砂中石粉含量对混凝土工作性、抗压强度、电通量的影响。结果表明,当隧道洞渣石粉含量从7.3%增加到18.6%时,混凝土拌合物的流动性降低,尤其是高强混凝土的拌合物黏度显著增大;花岗岩石粉含量超过11.4%时,3、28 d抗压强度有所提高,28 d混凝土电通量有所提高。

隧道洞渣在铁路新型预制聚氨酯固化道床中的应用

隧道建设中产生大量洞渣,如果都作为弃渣处理,不但花费高昂的处置费用,还会对生态坏境造成破坏,如处置不当,还会造成泥石流等自然灾害。铁路有砟轨道中道床大量采用道砟,但我国铁路明确规定洞渣加工成的道砟不得在客运专线正线上使用。新型预制固化道床是在密实道砟单元块中浇注聚氨酯固化材料,固化材料发泡后填充砟间空隙,并黏结道砟,形成弹性道床块,使洞渣加工成的道砟进行工程应用成为可能,而且道床单元块间的填筑碎石也可采用洞渣。本文通过仿真分析研究固化道床中道砟的受力特性,说明道砟材质对固化道床的性能影响较小,洞渣道砟可作为固化道床的骨料使用,并提出了洞渣的分级选用控制标准。基于洞渣骨料制备的固化道床结构绿色环保,具有广阔的应用前景。

石灰岩隧道洞渣集料技术评价及其在沥青混合料中的应用研究

为推广山区石灰岩隧道洞渣的应用,采用室内试验和实体工程验证相结合的方法,探究了石灰岩隧道洞渣在沥青混合料中的适用性,分析了石灰岩隧道洞渣集料的生产质量控制方法,验证了石灰岩隧道洞渣沥青混合料的应用效果。结果表明:石灰岩隧道洞渣可用作沥青路面中下面层粗集料;采用人工优选、集中堆放、颚式破碎机+反击式破碎机+反击式破碎机的三级破碎工艺、预置筛网和引风式除尘相结合的多步骤降尘工艺对石灰岩隧道洞渣集料的生产质量进行控制,经过这些方法处理后,成品集料较洁净、颗粒形状较好、质量可控;配制的AC-20C的60℃动稳定度、残留稳定度、冻融劈裂残留强度比和低温弯曲应变分别为7152次/mm、91.2%、87.9%和2709×10^(-6),铺筑的试验路质量满足现行技术规范要求。该研究成果可为石灰岩隧道洞渣在沥青混合料中的推广利用提供技术支撑与工程参考。