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。

抗裂材料对洞渣砂输水隧洞混凝土强度、变形和抗裂性能的影响

研究了KLJ-1型抗裂剂和轻烧氧化镁两种抗裂材料对洞渣砂输水隧洞混凝土强度、变形和抗裂性能的影响。使用水化量热仪和XRD分析了抗裂材料的作用机理,结合压汞仪(MIP)和扫描电镜(SEM)分析了抗裂剂对混凝土孔隙结构和微观形貌的影响。结果表明:洞渣砂混凝土的强度满足C25的设计要求,且两种抗裂材料提高了洞渣砂混凝土的强度。抗裂材料降低了混凝土的干燥收缩,标准养护下掺KLJ-1型抗裂剂混凝土无明显膨胀。抗裂材料提高了洞渣砂混凝土的抗裂性能,其中KLJ-1型抗裂剂减少了裂缝数量和面积,轻烧氧化镁降低了裂缝宽度和面积。KLJ-1型抗裂剂使水泥水化的C-S-H凝胶分布均匀,轻烧氧化镁水化使体积发生膨胀,两者都改善了混凝土孔结构,使混凝土更加密实。

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。

考虑施工时序的隧道洞渣利用调配研究

为合理分析隧道洞渣加工砂石料过程,考虑实际施工工序的不确定性及其他复杂重叠因素,以时间为分析轴线,结合工点间洞渣相互调配影响,提出了一种有效、简单、直观的隧道洞渣加工砂石料的调配模型。通过对调配模型分析研究,确定洞渣加工利用时的洞渣利用率、骨料需求外购率、最终骨料富余量等多种参数数据,对合理确定洞渣利用量、优化洞渣综合利用、控制工程投资等具有重要意义,同时也为今后其他类似项目研究提供理论依据和参考。

高速公路面层施工中凝灰岩洞渣的应用

基于隧道洞渣的再利用问题,以某高速公路工程为例,对该公路面层施工中凝灰岩洞渣的应用进行探讨。在该高速公路面层施工中应用凝灰岩洞渣时,重视混合料的配合比设计并严格控制原材料选择。最终,通过检测确定了凝灰岩洞渣混合料的相关性能满足高速公路面层的施工技术要求。

浅谈TBM洞渣料利用技术研究

基于TBM洞渣料的特性,结合设计技术要求,对洞渣料开展了抗压强度、颗粒分析、含水率、干密度等特性研究,针对路基填筑、路基水稳层用料拌制及填筑展开了进一步试验工作,并成功运用于现场施工,从而达到节省工程建设投资、减少料源开采和弃渣工程量的目的。

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。

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。

洞渣砂与河砂混凝土性能及微观形貌对比研究

针对眉太高速公路项目太白山隧道洞渣岩石产量大且现场拌和混凝土用河砂资源匮乏的现实问题,将隧道洞渣岩石制成洞渣砂,开展洞渣砂混凝土性能研究。通过测试洞渣砂与河砂混凝土的坍落度、扩展度、抗压强度,氯离子迁移系数和抗压强度耐蚀系数,同时结合扫描电子显微镜和能谱元素分析仪对混凝土细集料界面过渡区的微观形貌及化学元素分析,探讨了洞渣砂对混凝土性能的影响规律以及作为集料制备混凝土的可行性。试验结果表明:洞渣砂具有表面粗糙且多棱角的织构特征,这使得洞渣砂混凝土在流动性上低于河砂混凝土。由于洞渣砂与胶凝材料水化产物结合紧密,界面过渡区结合面积较大,且无明显裂缝,因此洞渣砂混凝土具有更高的抗压强度以及更优的抗氯离子渗透性和抗硫酸盐侵蚀性。

山区高速隧道洞渣在路面结构层中应用探析

隧道工程是山区高速公路建设中不可缺少的组成部分。为解决隧道洞渣的处置问题,某高速公路利用隧道洞渣制备碎石,结合碎石物理力学指标和高速公路路面结构层不同层位性能要求,探讨山区高速隧道洞渣在路面结构层中应用关键技术和控制指标。研究结果表明,隧道洞渣制备碎石部分洞口压碎值较大,但碎石压碎值对水稳基层材料无侧限抗压强度、劈裂强度、回弹模量影响较小;隧道洞渣级配碎石将细集料替换为石灰岩CBR值达到300%以上,满足技术要求;掺加抗剥落剂等措施对提升制备碎石混合料抗水损害性能均有所提升且满足规范要求,最后给出隧道洞渣制备碎石在路面结构层中应用流程。