多源固废土壤固化剂固化粉土质砂力学性能试验研究

粉砂土易松散难压实,遇水易崩解,在填筑路基时易出现各种病害,严重影响公路的使用性能。采用水泥和石灰固化的粉砂土具有较高的强度和良好的路用性能,但水泥和石灰生产成本高且生产过程排放大量二氧化碳,环境污染严重。为改善粉砂土力学性能,降低固化成本及环境污染,将电石渣、粉煤灰等工业固废制备成固化剂,用于固化粉土质砂,并探究了固化剂掺量、压实度、养护龄期等因素对固化土力学性能的影响。试验结果表明:1)固化土的CBR、无侧限抗压强度和劈裂强度随固化剂掺量的增大先升高后降低,10%固化剂掺量的固化土力学性能最佳;固化土的CBR、无侧限抗压强度和劈裂强度都随压实度的增长而增加;2)固化剂掺量≥2%的固化粉土质砂,能满足《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)规定的上路床的填筑要求;3)固化剂掺量≥6%的固化粉土质砂,能满足《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20—2015)规定的底基层的强度要求。

沥青路面降温技术综述

为了进一步推动沥青路面降温技术的发展与应用,系统地调查了国内外相关研究动态,明晰了沥青路面光热环境,梳理总结了现有沥青路面降温方式及其降温原理,综述了各降温技术研究现状,并结合降温效果、路用性能、环境效应等对各降温技术进行了评价。评价结果表明:沥青路面降温技术包括主动降温与被动降温2种类型,其中主动降温技术基于降温原理可分为热阻集料降温法、热反射涂层降温法、辐射粉体降温法和相变材料降温法,被动降温技术可分为人工洒水法、路面储水降温法和热管降温法。4种主动降温技术均可达到良好的降温效果,且采用复合式结构或材料,如热反射-热辐射-隔热层复合降温涂层等还可进一步提升降温效果。

基于油石分离的再生集料颗粒形态多尺度变化

为研究废旧沥青混合料(recycle asphalt pavement,RAP)再生工艺对集料颗粒形态特征的影响,采用油石分离处置技术制备再生集料,建立考虑再生集料颗粒宏观-细观-微观的多尺度评价指标体系,结合三维扫描仪和集料图像测量系统测量新集料、未处置RAP和再生集料颗粒的球度、针片状指数、梯度棱角性和纹理指数等4个形态评价指标,对比分析3种集料颗粒的形态特征与多尺度变化规律。结果表明:相比于新集料颗粒和未处置RAP颗粒,再生集料颗粒的形态特征在宏观尺度上的指标参数变化不大,在微观-细观尺度上的指标变化较大,梯度棱角性平均减小12.5%,纹理指数平均增大14.0%,3种集料的4个形态指标均符合正态分布。相比于未处置RAP颗粒,再生集料颗粒的球度、梯度棱角性和纹理指数的标准差均明显变小,表明油石分离处置技术对改善再生集料颗粒的宏观-微观-细观形态特征的变异性有积极作用。对RAP进行高掺量再生利用时,应考虑再生集料颗粒的梯度棱角性和纹理指数与混合料路用性能的关联关系。

固废基土壤固化剂对固化土延迟力学性能的影响

以矿渣、脱硫石膏、粉煤灰和水泥为原料,制备了固废基土壤固化剂。通过正交试验和控制变量试验优化了固废基土壤固化剂的配合比,并研究了延迟时间对固化土力学性能的影响规律。结果表明:水泥掺量对固化土无侧限抗压强度影响最大,其次是矿渣∶脱硫石膏,而矿渣∶粉煤灰对固化土无侧限抗压强度影响最小;固废基土壤固化剂的最优配合比为水泥掺量0.3%,矿渣∶脱硫石膏4∶1,矿渣∶粉煤灰3∶1;不同固废基土壤固化剂配合比和掺量下,固化土的无侧限抗压强度均随着延迟时间的延长而降低。最后,通过实际工程验证了该固废基土壤固化剂在施工延迟条件下的可行性。

活化赤泥微粉温拌剂制备及泡沫温拌沥青性能研究

对烧结法赤泥进行高温活化处理,制备活化赤泥微粉矿物发泡温拌剂,在不同温拌条件下制备泡沫温拌沥青同时进行发泡特性测试,并采用室内试验测试发泡后沥青胶浆的性能,初步证实了赤泥作为矿物发泡温拌剂的可行性,并揭示了温拌剂及发泡残留水对沥青胶浆性能的影响规律。结果表明:活化赤泥微粉矿物发泡泡沫沥青具有超长半衰期;当温拌剂掺量为25%,发泡温度为150℃时,泡沫沥青发泡性能最好;温拌剂的掺入提高了沥青胶浆的高温稳定性,降低了温度敏感性;然而发泡残留水的存在削弱了沥青胶浆的低温性能,且随着试验温度的降低削弱作用更加显著。

乳化沥青复合冷再生混合料研究

路面基层废旧料的研究利用可节约工程建设成本,缓解路面养护带来的资源和环境压力。文章通过对路面基层与面层废旧材料分析与设计,确定最佳含水率与合适沥青用量,通过劈裂试验和冻融试验,评价掺加基层废旧料的乳化沥青复合冷再生混合料的性能。结果表明:矿料类型对乳化沥青冷再生混合料最佳含水率和劈裂强度影响较大;在低油量范围内,掺加基层废旧料的乳化沥青复合冷再生混合料劈裂强度较高,具有一定的抗弯拉能力和抗水损害能力,抗冻融能力一般;乳化沥青复合冷再生混合料具有感温性,属于粘弹性材料;掺加基层废旧料乳化沥青复合冷再生混合料性能够基本满足再生技术规范使用要求。

含餐厨废油的道路坑槽修补用冷补沥青室内性能评价

采用经过简易处理的餐厨废油与柴油混合作为稀释剂,利用自主研发的辅助添加剂制备道路坑槽修补用冷补沥青.首先采用3种柴油与餐厨废油质量比来配制稀释剂,然后以3种辅助添加剂掺量及5种基质沥青与稀释剂的质量比来调配冷补沥青,并基于冷补沥青布氏黏度的测试结果优选了2组冷补沥青配方;通过冷补沥青混合料的拌和试验、黏附性测试和间接拉伸强度试验,推荐了含餐厨废油冷补沥青混合料的最佳沥青用量.结果表明:餐厨废油的布氏黏度与柴油的布氏黏度相近,具备稀释基质沥青的功能,但掺量较高时会对冷补沥青的黏附性产生轻微的负面影响,因此需控制其掺量以保证冷补沥青的黏附性;含餐厨废油冷补沥青的建议配方为:稀释剂中柴油与餐厨废油质量比85∶15~65∶35,基质沥青与稀释剂的质量比79∶21~77∶23,辅助添加剂掺量3%~4%(外掺);含餐厨废油冷补沥青混合料的最佳沥青用量为4.7%~5.0%.

泡沫轻质土处治拓宽路基差异沉降分析

针对高速公路路基拓宽差异沉降控制问题,本文依托于某实体拓宽工程,建立了拓宽路基有限元分析模型。首先,评价了常规密度填料下的拓宽路基差异沉降,结果表明新老路基的差异沉降量和横坡度均不能满足要求。然后,开展了轻质化泡沫轻质土拓宽路基分析,并基于横坡度和差异沉降控制指标,确定了泡沫轻质土浇筑的最佳湿密度为0.8 g/cm3,最佳弹性模量为470 MPa,以及泡沫轻质土处治拓宽路基时容许高度为6 m。最后,对比分析了泡沫轻质土和常规填土下的路基工后沉降,发现泡沫轻质土可有效降低路基和地基的沉降、水平位移及路基横坡度。

纳米材料对SBS改性沥青蠕变及抗老化性的影响

以零维纳米二氧化硅(Nano-SiO2)、一维碳纳米管(CNTs)和微米级炭黑为试验材料,通过多应力重复蠕变恢复试验,借助黏弹原理,探究不同材料对SBS改性沥青蠕变及抗老化性的改善效果.结果表明Nano-SiO2对SBS改性沥青高温抗变形能力的改善效果随其掺量先减后增,CNTs则相反,且Nano-SiO2掺量为3%、CNTs为0.5%时,改善效果最明显.一维CNTs对SBS改性沥青蠕变参数的改善优于炭黑,Nano-SiO2最差.基于老化指数可知,Nano-SiO2、CNTs和炭黑对改善SBS改性沥青抗老化性是有利的,且纳米材料改善效果优于微米级材料,Nano-SiO2优于CNTs.

DMP-30对环氧树脂/酸酐体系固化反应动力学与力学特性的影响

利用差热式扫描量热仪(DSC)、万能拉伸试验机和扫描电子显微镜(SEM)等技术方式研究不同改性促进剂DMP-30(2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚)掺量对DMP-30/E-44/MeTHPA共混体系黏时特性、固化反应动力学和力学性能等方面的影响,利用外推法确定共混体系在实际生产操作时的固化工艺参数。结果表明:DMP-30缩短了体系的胶凝时间,可以显著改善共混体系的固化反应过程;随DMP-30掺量的增加,共混体系的表观活化能先减后增,力学强度先增后减,当DMP-30掺量为3 M_( phr)(M_(phr)为其相对于树脂的质量分数)时整体性能最优,共混体系的表观活化能最小(69.21 kJ/mol),拉伸强度(85.8 MPa)、拉伸模量(1536.9 MPa)和断裂伸长率(18.2%)均达到最大值;DMP-30掺量为3 M_(phr)时,体系的胶凝温度、固化温度和后处理温度分别为92.54、117.86和129.56℃。

强夯法加固粉土路基现场试验研究

依托典型黄泛区高速公路工程,开展了松铺高度为4 m的粉土路基强夯填筑试验研究,通过试验路测试,优化了相关工艺参数,分析了强夯法加固粉土路基的效果。结果显示,采用1500 kN∙m的夯击能填筑松铺高度为4 m的黄泛区粉土路基是可行的,其合理设计和工艺参数为夯击能采用1500 kN∙m,夯击数为10击,夯间距为3.2 m,土的含水率宜控制在最佳含水率的−5%~3%范围内;经多点夯、满夯之后,强夯路基的空间密度仍呈现不均匀分布,其中夯锤下的土体压实度略高于夯间2个百分点,上部土体的压实度则显著高于下部土体约6个百分点;夯后路基的平均静回弹模量约为52 MPa,其中夯间承载能力略低于夯锤以下约2.7 MPa;为保证路基支撑的均匀性,强夯路基上部应该设置一定厚度的均匀过渡层,强夯路基上部设置2 ×20 cm石灰处置土过渡层后,路基静回弹模量约提高1倍,路基支撑均匀。

基于图神经网络轨迹预测的合流区交通冲突预测方法

为保证高速公路合流区路段的交通安全,减少交通冲突,提出一种基于图神经网络轨迹预测的合流区交通冲突预测方法。该方法包括基于时空图卷积神经网络的轨迹预测方法以及基于预测轨迹的交通冲突预测方法。利用Mirror-Traffic数据集进行交通冲突指标阈值计算,并通过一定的轨迹数据处理方法得到适用的数据,进行网络模型训练和验证。结果表明,严重冲突的后侵入时间(post-encroachment time, PET)阈值为2.0 s,轻微冲突的PET阈值为5.36 s。该轨迹预测方法的平均位移误差为1.5 m,最终位移误差为2.1 m,时间成本为0.59 s,与其他4种方法相比,本研究方法的轨迹预测整体效果最好。在交通冲突预测方面,采用准确率、精确率、召回率和F_(1)评价交通冲突预测模型,结果表明交通冲突预测效果较好。本研究提出的方法保证了预测的正确性,增强了预警系统下行车的安全性,提高了预警系统下的合流区通行效率。

赤泥基注浆加固材料制备与性能研究

为满足岩溶塌陷区注浆加固治理需求,选用赤泥、钢渣等固废,制备高性能赤泥基注浆加固材料,建立凝结时间、力学强度、膨胀性等性能的调控方法。试验结果表明,水泥掺量的变化对结石体7 d抗压强度的影响最大,赤泥基注浆加固材料7 d抗压强度随水泥掺量的增加呈先增大后减小的趋势,当单因素作用时,水泥掺量为15%时强度最高。结合单因素对浆液终凝时间和对结石体7 d力学强度的影响,可确定水泥掺量为15%、钢渣掺量为15%、激发剂掺量为12%时,赤泥基注浆加固材料性能最优且流动性能优异。综合考虑赤泥基注浆加固材料的终凝时间和力学强度,确定每种膨胀剂的最优掺量为UEA膨胀剂6%、CSA膨胀剂6%、塑性膨胀剂0.2%。

考虑地下水与降雨影响的细粒土路基湿度场

为掌握地下水与降雨综合作用下的路基湿度场分布情况,基于饱和-非饱和渗流理论,提出一种降雨入渗边界切换方程,建立非饱和细粒土路基渗流分析模型,并验证其可靠性。分析受地下水影响的粉质黏土路基湿度场分布,结果表明,基质吸力分布与现有设计规范计算结果相同,但基于土水特征曲线得到的饱和度分布要大于规范提供的参考值;选取5种典型降雨强度,计算高压实度粉质黏土路基降雨入渗规律,结果表明当降雨强度小于土体饱和渗透系数时,入渗边坡不会产生暂态饱和区,当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,土体入渗区域为暂态饱和区;分析降雨结束20 d后的路基湿度场分布规律,结果表明,暂态饱和区消散后的入渗深度随降雨强度增大而增加,降雨强度为120 mm/d时,路床底部、上路堤底部两层位坡面饱和度分别为91.6%~95.0%、92.0%~96.7%,硬路肩范围的路床区饱和度近似呈线性分布,约2 m的入渗范围内饱和度提高22%,下路堤底部层位的入渗仅在坡面范围,并未入渗到硬路肩范围。

生态混凝土胶凝材料配合比优化试验研究

以42.5级硫铝酸盐水泥作为研究对象进行改性处理,对生态混凝土胶凝材料的配合比进行了优化研究。针对生态混凝土生态护坡时碱度偏高,无法达到植生要求的问题,兼顾生态混凝土的抗压强度,通过选择不同的矿物掺合料进行胶凝材料的试配试验,并测定其性能。结果表明,将硫铝酸盐水泥作为胶凝材料的主要成分是可行的;在胶凝材料中掺入矿物掺合料能够降低碱度,但效果并不明显;石膏相对于其他矿物掺合料具有更强的控碱能力,且制备的生态混凝土的抗压强度也达到了较为理想的水平;在硫铝酸盐水泥中掺入5%硅灰、20%石膏和15%矿粉,可使生态混凝土的碱度和抗压强度达到较为理想的状态。

海底隧道注浆水泥-水玻璃浆液黏度时变特性

为研究海水环境对于水泥-水玻璃浆液黏度的影响,采用室内试验方法,重点测试水泥-水玻璃(C-S)浆液不同水灰比、C-S体积比、浆液环境(淡水与海水)下浆液黏度的时变特性。结果表明,淡水环境下,C-S浆液黏度变化可划分为初始期与上升期;海水环境下,浆液的黏度变化分为初始期、稳定期与上升期三个阶段。水灰比与C-S体积比直接影响浆液各个阶段的持续时间与黏度;海水环境的复杂离子成分使得浆液黏度在短时间内上升到一定水平后进入黏度稳定期。基于试验结果提出对于海底隧道不良地质体注浆施工的指导建议,研究结论对于保障海底隧道安全建设具有一定的推动意义。

泡沫轻质土低碳材料研发与工程应用关键技术

我国交通基础设施建设存在大量如台背、肥槽等结构物回填工程,采用传统回填土方法普遍存在因压实质量难以控制产生欠压区,由此造成工后沉降严重、差异沉降难以控制,导致桥台处、涵洞处或其他结构物回填区过渡位置"跳车"问题日益凸显,差异沉降控制成为交通基础设施建设中的关键难题之一.