高原环境引气混凝土研究现状及抗冻耐久性提升措施分析

青藏高原平均海拔4 000多米,海拔高、气压低、正负温交替天数多,冻融破坏是导致高原地区混凝土结构物性能劣化的最主要因素之一。文章对高原环境下引气混凝土的研究现状进行了分析,论述了低气压对引气剂溶液引气性能、混凝土含气量、孔结构与气孔结构的影响规律,提出了高原环境下提高混凝土抗冻耐久性的相关措施。

整平胶结层沥青混凝土配合比设计与质量控制

抽水蓄能水库整平胶结层沥青混凝土存在配合比设计实用性较差和现场施工质量合格率低的问题,为此开展了整平胶结层沥青混凝土矿料合成级配特性分析,探讨了马歇尔击实次数对孔隙率的影响,并提出试件密度与孔隙率试验优化方法以及现场孔隙率控制措施。

防渗面板水工沥青混凝土试拌试铺方案 设计与试验分析

通过施工条带和碾压区优化设计,提出防渗面板水工沥青混凝土试拌试铺试验方案,分析沥青混合料摊铺后降温特性以及不同碾压工艺对现场压实度的影响,同时探讨现场芯样孔隙率与无核密度检测结果的相关性。试验结果表明现场温度降温速度为0.8~1.0℃/min,摊铺后可保证至少有1 h的施工碾压时间,振动复压2遍可达到现场孔隙率要求,低温施工和接缝处应适当增加碾压遍数,无核密度仪检测对于孔隙率超标的芯样辨别度高,可用于现场质量快速无损检测。

排水沥青混合料透水性能的评价研究

排水沥青面层的主要功能为排水功能 ,即在降雨期间 ,雨水通过结构内部的孔隙排出路面 ,使路表保持相对干燥 ,从而提高行车安全度。排水功能的大小与混合料的透水能力有关。根据水流在其结构内部的流动特征 ,本文提出了透水能力的计算和测试方法。通过在不同空隙率和坡度条件下对排水沥青混合料的透水能力进行测试 ,得到了混合料透水能力与其混合料空隙率和路面横坡 ,以及混合料目标空隙率与降雨强度的关系 ,用于指导排水沥青面层的结构设计和混合料组配设计。

OGFC面层在公路隧道防火中的作用

研究了 OGFC路面在隧道防火中的应用 ,并分析了其防火效果。 OGFC沥青混合料孔隙率高达 15 %～ 2 5 % ,可以把泄漏在 OGFC路面层的液体燃料迅速排入道路两侧边沟。本文对比分析了 OGFC/SMA/ AK三种沥青混合料的排油速率和饱油孔隙率。通过室内马歇尔试件的汽油燃烧试验和隧道内燃料泄漏模型的计算分析 。

硬化混凝土气孔参数的研究

通过试验研究，采用显微计数观测法测定了硬化混凝土的含气量、气孔比表面积、气泡间距指数等气孔参数。探讨了气孔参数、强度等级、引气量水平、水灰比等因素对普通混凝土和粉煤灰混凝土抗冻融耐久性的影响。研究指出，硬化混凝土中的实际含气量和新拌混凝土引气量线性相关。气泡间距指数随引气量的增加而减小。气孔的比表面积随引气量的变化而变化。硬化混凝土中的实际含气量、气泡间距指数和抗压强度是影响混凝土抗冻性的决定性因素。

空隙率对沥青混合料性能影响

基于室内试验并以AC13为例,对空隙率与沥青饱和度和吸水率、沥青混合料力学性能(模量、劈裂强度,抗剪强度)、冻融劈裂强度(比)及疲劳寿命间关系展开研究.研究结果表明:空隙率影响沥青混合料性能,其间存在很好的相关性;随着沥青混合料的空隙率增大,沥青饱和度降低,吸水率增大;空隙率增大,沥青混合料力学性能(模量、劈裂强度、抗剪强度)降低;空隙率增大,沥青混合料冻融劈裂强度降低,冻融劈裂强度比减小,沥青混合料抗水损坏性能降低;随着空隙率增大,沥青混合料剪切疲劳寿命减少.

排水面层沥青混合料组成设计的研究

排水面层沥青混合料为骨架空隙结构 ,它对组成材料具有更严格的要求 ,其组成设计与普通沥青混凝土也有差别 .结合国内外排水沥青面层研究成果和实践经验 ,根据排水面层沥青混合料的结构组成特点和排水沥青面层的路用性能 ,提出了比较合理的排水面层沥青混合料组成设计的方法 .

橡胶沥青混合料疲劳性能影响因素研究

参考美国国家公路与运输协会（AASHT0）标准TP8要求，根据中国沥青混合料的成型现状，采用材料试验机（material test system，MTS）控制加载，选择改进的三分点加载小梁弯曲疲劳试验对橡胶沥青混合料疲劳性能影响因素进行了研究．研究表明：橡胶沥青油石质量比在7．5％～9．0％时，橡胶沥青混合料的疲劳寿命随沥青掺量的增加而增大；在正常的空隙率范围内，随着空隙率的减小，橡胶沥青混合料的疲劳寿命逐渐增加，但饱和度太高，对混合料的疲劳性能不利；胶粉掺量在19％时的疲劳性能最好．对各影响因素进行关联度分析表明，空隙率对橡胶沥青混合料的疲劳性能影响最为显著，沥青饱和度、油石质量比和胶粉掺量对疲劳性能也有较大影响．

引气剂对硬化混凝土力学性能与气泡特征参数的影响

对比研究了烷基苯磺酸盐类与皂甙类引气剂对混凝土力学性能和硬化后含气量、气泡间距系数、孔径分布、气泡平均直径等气泡特征参数的影响。结果表明:当新拌混凝土含气量小于6.5%时,随着含气量的增大,混凝土的抗折强度基本不受影响,抗压强度显著降低,混凝土的折压比提高,脆性显著降低,韧性大幅提高;与新拌混凝土的含气量相比,硬化后混凝土的含气量大幅降低;随着混凝土含气量的逐渐增加,硬化后混凝土的气泡间距系数减小,气泡平均直径降低,气泡总数提高。另外,烷基苯磺酸盐类引气剂比皂甙类引气剂的稳泡性能更好,可使硬化后的混凝土气泡结构更优。

高频振捣对引气混凝土气泡特征参数的影响

研究了高频振捣对不同品种引气混凝土气泡参数的影响.结果表明:高频振捣后,混凝土含气量大幅度降低;适当的高频振捣有利于改善引气混凝土气泡结构,但过度的高频振捣不利于改善掺稳定性较差的引气剂的混凝土气泡结构.掺不同引气剂的混凝土经高频振捣后其气泡结构有较大差异,优质引气剂经高频振捣后可在混凝土中形成大量微小气泡,气泡间距系数显著降低.

低气压环境对混凝土含气量及气孔结构影响研究

通过低气压试验箱模拟高原不同海拔地区气压环境，研究了低气压对引气混凝土含气量及气孔结构的影响。试验结果表明：环境气压的降低将显著削弱引气剂的引气能力，当搅拌气压降低至50kPa时，混凝土含气量降低约20％～49％；混凝土含气量随环境气压降低呈线性减少，初始含气量越高，随环境气压降低含气量减少速率越大；混凝土塌落度越大，其抵抗因环境气压降低造成含气量降低的能力越强；低气压下搅拌后硬化的混凝土气孔结构参数整体要劣于常压下搅拌的硬化混凝土，具体表现为气泡间距系数偏大，单位体积气泡数量较少，气泡比表面积以及气泡平均直径增大的特点，但总体上看，当混凝土含气量达到一定值后，低气压下硬化混凝土的气泡间距系数可达到在200～300μm之间。

非饱和含砂细粒土的气体渗透特性研究

为了探讨非饱和含砂细粒土的气体渗透规律,制备不同含水率和干密度试样进行气体渗透试验,并基于多孔介质渗流理论分析进气压力、孔隙比和饱和度等对气体渗透率的影响规律,总结了非饱和土中渗透率的经验公式。试验结果表明,随着进气压力的增加,土样气体渗透率测试值逐渐趋于稳定值;含水率较高时,进气压力对土样气体渗透率的影响程度较大;含水率较低时,土样气体渗透率随进气压力增加而变化幅值较小。气体渗透率随土样含水率的增加(或饱和度的增加)呈减小趋势;当含水率低于最优含水率时,气体渗透率变化较小,但当含水率大于最优含水率后,气体渗透率急剧降低;在最优含水率两侧,土样微观结构的差异(絮凝结构和分散结构)是导致气体渗透率发生突变的主要原因;气隙比可有效表征土体孔隙比与饱和度对气体渗透率的影响规律,气体渗透率与气隙比呈良好的幂函数关系,并采用已有文献中试验数据验证了经验公式的合理性。

引气剂对混凝土气泡特征参数的影响

对比研究了掺6种引气剂混凝土的含气量、气泡间距系数、孔径分布及气泡平均直径等气泡特征参数.结果表明,除个别引气剂外,掺不同引气剂的新拌混凝土,其含气量与硬化混凝土含气量及气泡间距系数之间不存在相关性;即使新拌混凝土含气量相同,掺加不同品种引气剂混凝土的气泡间距系数、孔径分布依然有显著差别.同一品种引气剂,随含气量增加,气泡间距系数先减小后增加,小气泡和气泡总数先增加后减少;含气量过大,气泡结构变差.用含气量来评价掺不同品种引气剂混凝土的抗冻性,可能会产生较大的偏差.

抗冻混凝土的设计

根据国内外有关混凝土抗冻理论和收集到的试验数据,本文认为混凝土耐久性指数是评判混凝土抗冻性的一个可靠指标,混凝土耐久性指数取决于气泡间距和水灰比,而气泡间距又是含气量和水灰比的函数。因此,我们建立了混凝土耐久性指数与含气量和水灰比的数学关系式,根据这些关系,提出了定量设计抗冻混凝土的方法。

气孔结构对水泥混凝土抗盐冻性能影响的研究

参照CDF盐冻试验标准研究了气泡间距系数对水泥混凝土抗盐冻性能,研究结果表明:混凝土抗盐冻性能随气泡间距系数减小而迅速提高,并具有很好的相关性;当气泡间距系数在0.2 mm以下时,混凝土剥蚀量的下降幅度随气泡间距系数减小而减缓,控制气泡间距系数可很好地改善混凝土的抗盐冻性能。

塑性混凝土渗透试验方法的探讨

分析了土和普通混凝土的渗透试验方法,比较了流量法、渗水高度法、抗渗等级法和相对系数法,建议塑性混凝土按渗透系数大小选择抗渗试验方法。通过对沥青混凝土和黏性土渗透系数与孔隙率的关系分析,建议塑性混凝土在相对渗透系数计算公式中的孔隙率取0.06。

级配组成与沥青混合料体积参数的关系

通过试验与统计分析,探讨了粗、细集料用量之比对其级配组成和体积参数的影响,进而探讨了粗、细级配混合料体积参数及设计沥青用量的差异及其主要影响因素.研究结果表明:在连续级配组成的沥青混合料中,粗、细集料用量之比虽然对各自的级配组成有影响,但主要影响的是细集料的体积结构组成;在设计空隙率相同的条件下,粗级配混合料较之细级配混合料有着较高的矿料间隙率和设计沥青用量;在粗集料用量未超过70%(质量分数)时,沥青混合料通常呈悬浮密实结构.

关于抗冻混凝土的含气量及气泡间距临界值的探讨

通过研究对水灰比、含气量对混凝土气泡结构和抗冻性的影响,FHWA质疑了ACI关于保证混凝土抗冻耐久性的含气量与气泡间距的临界值。研究结果表明,在水灰比为0.4～0.5、含气量为2.5%～4.5%范围内,含气量为3.5%和4.5%的混凝土的抗冻性能相似,耐久性系数都在80%以上。水灰比对混凝土抗冻性的影响很小,没有发现水灰比与引气混凝土抗冻性之间存在明显的联系。对混凝土抗冻耐久性具有决定性的影响是气泡间距系数,随着气泡间距的减小,混凝土的抗冻性能在提高。

基于探地雷达的密级配覆水沥青层的空隙率检测

为了解决目前探地雷达金属板反射法无法对覆水沥青层空隙率进行检测的问题,建立三种不同脉冲波入射角的路面结构FDTD数值模型,研究脉冲波色散现象对单色子波反射系数的影响,在干⁃湿双层体系的假设前提下,考虑脉冲波入射角,以全波形反演理论为基础,提出了一种非线性检测算法,在路表覆水的条件下利用探地雷达获得干燥沥青层的介电常数与空隙率,并建立七种不同含水量干⁃湿双层体系的FDTD数值模型并通过实验室实测对该方法的可靠性进行验证。研究结果表明:在三种数值模型脉冲波入射角范围内,单色子波反射系数变异性很小,可视为常数,即入射波各频率点对应的激励值相同;通过非线性检测算法重构而得的合成脉冲波与实际接收波具有较高吻合度,金属板反射法与非线性检测法介电常数测量误差随湿沥青层含水量升高而增大,但非线性检测算法误差增长远小于金属板反射法;与金属板反射法相比,探地雷达非线性检测算法所获得的介电常数相对误差由10.9%降至1.6%,沥青混合料毛体积密度相对误差由4.6%降至1.1%,空隙率相对误差由24.9%降至7.2%,证明非线性检测算法可有效消除路表覆水的影响,准确计算干燥沥青层的介电常数及空隙率,为沥青面层压实质量实时监控及智能压实技术提供一种精确、高效的方式。