沙漠公路风沙流响应规律的平曲线半径研究

以穿越腾格里沙漠腹地的乌玛高速公路沙漠段为背景,基于Fluent欧拉双流体模型,对风沙环境下不同曲面迎风形式、不同半径的沙漠公路曲线路堤进行数值模拟,系统分析了曲面迎风形式和曲线半径对风沙流场结构的影响规律,并据此得到了沙漠公路路堤平曲线半径的建议取值范围,最后结合试验段公路路堤两侧的积沙情况,验证了数值模拟的准确性。结果表明:曲面迎风形式及曲线半径对y截面路堤流场分布影响不大;在路堤迎风侧,凸面迎风平曲线路堤对风沙流具有侧向输导作用,且侧向疏导作用强弱与平曲线半径大小构成反比关系,凸面迎风平曲线半径3000 m及以上时,输导作用不明显;凹面迎风平曲线路堤对风沙流有汇集作用,且汇集作用强弱与平曲线半径大小也构成反比关系,凹面迎风平曲线半径5000 m及以上时,汇集作用不明显;在路堤背风侧,平曲线半径越大,风速恢复区范围越小,当平曲线半径达到3000 m及以上时,风速恢复区长度不变;因此,沙漠地区平面线形应首选直线,在考虑绕避障碍物时,凸面迎风平曲线半径建议不小于3000 m,凹面迎风平曲线半径建议不小于5000 m。研究结果可为沙漠公路平面线型选取提供有效的参考依据。

煤气化炉渣混凝土的制备及其性能研究

以煤制油煤气化炉渣部分替代天然河砂制备的煤气化炉渣混凝土,具有自重轻、密实度高、力学性能与耐久性能良好等优势。通过掺入粉煤灰及聚羧酸减水剂以优化煤气化炉渣混凝土配合比,提高混凝土的工作性能,测试不同水胶质量比、砂率、煤气化炉渣掺量和粉煤灰取代率条件下对煤气化炉渣混凝土力学性能的影响。研究结果表明:煤制油煤气化炉渣具有与普通河砂相似的颗粒与物理性能,在水胶质量比为0.44、砂率为42%、粉煤灰取代率为10%时,混凝土强度性能良好,煤气化炉渣掺量可达到409 kg/m3。通过耐久性能试验,得出煤气化炉渣混凝土可抵抗150次冻融循环,抗渗等级为P12。碳化28 d时,碳化深度小于1 mm,具有良好的耐久性能。

宁夏地区长寿命沥青路面结构力学分析

为研究长寿命沥青路面结构内部的力学响应及行为特性,基于国内外研究现状,依托宁夏地区某新建高速公路试验段,通过优化路面结构、材料和厚度组合,设计了结构1(粒料类+半刚性基层)、结构2(沥青混合料+半刚性基层)和结构3(全厚式沥青路面)3种不同类型的长寿命沥青路面结构方案,采用3D-Move Analysis Ver2.1软件计算了不同层位的力学响应,并对计算结果进行了分析。结果表明:在相同荷载作用下,3种路面结构路表下沥青层内0~5 cm的区域均为高应力复合区,是最容易发生压缩变形和剪切推移等病害的主要区域。此外,最大拉应变主要出现在沥青层底部,是导致沥青路面疲劳开裂的主要原因。3种路面结构均满足长寿命沥青路面设计指标要求,但与结构1和3相比较,结构2在延缓沥青路面疲劳开裂方面具有更大的优势。

母岩类型及石粉含量对机制砂混凝土性能影响研究

设计强度等级C50的机制砂混凝土,研究石粉含量、母岩类型对机制砂混凝土抗压强度、坍落度及微观性能的影响。通过EDS能谱分析、XRD及SEM等微观分析方法,揭示石粉含量、母岩类型对机制砂混凝土性能影响机理。结果表明,母岩类型对机制砂混凝土抗压强度影响较小。随着石粉含量增加,机制砂混凝土抗压强度呈先增后降的趋势,其中石粉含量为机制砂总质量的9%时,石灰岩机制砂混凝土抗压强度最优,为69.6 MPa;当石粉含量为6%时,辉绿岩机制砂混凝土抗压强度最优,为66.0 MPa;当石粉含量为12%时,花岗岩机制砂混凝土抗压强度最优,为68.3 MPa。混凝土坍落度随石粉含量增加而减小。石粉含量增加,在一定程度上抑制了水泥水化,导致未水化的水泥、粉煤灰数量增加;当机制砂混凝土抗压强度最优时,C-S-H凝胶中的Ca/Si(CaO和SiO_(2)物质的量比)最低;石粉含量及母岩类型对机制砂混凝土水化产物影响并不显著。

大掺量煤气化炉渣稳定基层混合料的制备及路用性能研究

为解决传统砂石骨料供应不足、工业固废煤气化炉渣大量堆存的问题,本文利用煤气化炉渣、砂砾土制备路面基层材料,探究煤气化炉渣、水泥剂量与砂砾土掺配最佳比例,从力学性能、路用性能及耐久性能方面研究了水泥稳定煤气化炉渣路面基层材料在公路工程中应用的可行性。研究结果表明:最佳配比为煤气化炉渣和砂砾土的质量比为40%∶60%、水泥剂量7%,该配比下水泥稳定煤气化炉渣路面基层材料7 d无侧限抗压强度超过3.0 MPa,劈裂强度超过0.5 MPa,弯拉强度超过1.5 MPa,具有良好的抵抗竖向变形能力;经过5次冻融循环试验后,试件抗压强度损失比B均在90%以上,质量变化率小于5%,且水稳定性良好;经过180 d干缩试验,A组(煤气化炉渣掺量35%、水泥剂量6%)和C组(煤气化炉渣掺量40%、水泥剂量7%)试件累积干缩量均小于2.5 mm,具有较好的干缩应变。采用SEM、XRD观测煤气化炉渣路面基层材料的水化产物种类及空间分布特征,提出煤气化炉渣强度形成机理,得出主要水化产物为水化硅酸钙(C-S-H)凝胶、Ca(OH)_(2),有利于基层混合料强度的形成。

超高性能混凝土的工作性及力学性能影响因素研究

研究了矿渣粉掺量、硅灰掺量、钢纤维掺量和水胶比对超高性能混凝土(UHPC)工作性和力学性能的影响,并通过显著性分析探讨了各因素对UHPC性能的影响程度。结果表明:随着矿渣粉掺量的增加,UHPC的扩展度和28 d抗压、抗折强度均先增大后减小;随着硅灰掺量的增加,UHPC的扩展度和28 d抗压、抗折强度基本呈先增大后减小的趋势;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的扩展度降低,28 d抗压、抗折强度增大;随着水胶比的增加,UHPC的扩展度增大,28 d抗压、抗折强度先增大后减小;钢纤维掺量对UHPC力学性能的影响程度最大,水胶比对UHPC工作性的影响程度最大;综合考虑工作性和力学性能,自密实UHPC的最佳配合比为矿渣粉掺量20%、硅灰掺量12%、钢纤维掺量2.0%、水胶比0.18。

沙漠公路倒装式沥青路面力学性能研究

沙漠地区昼夜温差大,年最热月、最冷月极端气温均较为明显,公路产生温缩、干缩开裂病害难以避免,造成路面结构强度下降。基于此,提出沙漠公路倒装式沥青路面结构试验段方案,利用粒料类柔性基层防止或延缓沥青路面反射裂缝。根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)中路面结构验算方法,采用HPDS计算软件,分析研究倒装式沥青路面级配碎石层厚度、模量对路面结构力学性能影响以及路面结构的疲劳衰减性能。结果显示:级配碎石层过厚,容易造成沥青层的弯拉疲劳开裂,且路表弯沉值小幅减小,而厚度过小,不宜压实,容易产生离析,应以15~18 cm为宜;级配碎石层回弹模量越大,半刚性层疲劳开裂和沥青混合料层疲劳开裂对应的累计当量轴次以及沥青混合料层永久变形量均增大,半刚性层层底拉应力明显减小。

钢渣沥青混合料在道路工程中的应用

为了总结钢渣在道路工程领域的研究现状,推动钢渣沥青混合料的应用,把握其发展现状并梳理发展需求,综述了国内外钢渣沥青混合料的应用与研究进展。通过对钢渣沥青混合料的制备与施工工艺进行总结分析,围绕钢渣掺量变化,分析其对沥青混合料路用性能的影响,归纳出目前钢渣沥青混合料的优势与不足。最后,分别对钢渣沥青混合料的经济效益、体积膨胀性和环境影响进行综合评估,旨在为钢渣沥青混合料的深入研究与应用提供启示和借鉴。结果表明:钢渣沥青路面具有路用性能优越、服役寿命长、绿色环保等优势,在多个工程实践中得到了验证;在制备钢渣沥青混合料时,级配、原材料种类以及制备工艺的差异均会对混合料性能产生关键影响;在施工过程中,由于钢渣的特殊性,需严格控制运输、摊铺以及碾压阶段的温度与均匀性;钢渣掺量对沥青混合料的路用性能有显著影响,适当掺入钢渣可提升沥青混合料的水稳定性、高温稳定性、抗疲劳性以及抗滑性,但会降低体积稳定性,综合考虑各项指标后建议钢渣适宜掺量范围为40%~50%;在钢渣沥青混合料的推广应用中,应综合评估不同地区的经济效益,并选择合适的钢渣处理工艺,以进一步改善钢渣的应用性能、提高处理效率并降低成本,为工程建设带来更好的灵活性和可持续性。

沙漠公路风积沙路基压实及检测技术研究

以乌玛沙漠高速公路项目为依托,开展风积沙路基压实及检测方法评价。研究通过不同压实方法确定了风积沙的最大干密度,并在此基础上采用不同检测方法对多种碾压方式下风积沙路基的压实度进行评价,提出最佳风积沙路基压实及检测方案。研究结果表明,相比于水沉法与洒水压实法,采用振动干压法不仅能在提高施工效率的基础上保证工程质量,且该方法对风积沙含水率要求较低,可在水资源缺乏的沙漠地区大面积施工,为提高施工效率,可采用普通环刀法检测风积沙压实度。

沙漠公路风积沙台背回填技术研究

针对沙漠高速公路涵洞台背回填困难问题,结合沙漠地区风积沙资源丰富的工程环境特点,开展风积沙台背回填关键技术研究。通过检测洒水压实法下压路机静压一遍+振压一遍和推土机静压一遍+铲运车收光一遍两种碾压工艺对风积沙台背压实度的影响,以及采用水沉法下不碾压或装载机静压一遍两种碾压工艺对风积沙台背压实度的影响,评价风积沙台背回填最优压实方法与碾压工艺;通过超载方式对台背部分进行预压,观测其沉降值,评价风积沙台背稳定性。研究结果表明,相比于水沉法,洒水碾压法仅需将表层风积沙湿润,其用水量不足水沉法的十分之一,经济效益显著;相比推土机静压一遍+铲运车收光一遍的碾压工艺,压路机静压一遍+振压一遍的方法对机械资源需求量低,而且可满足连续作业需求,施工效率显著;此外,采用该方法的风积沙回填台背的稳定性良好,降低了台背不均匀沉降风险;同时,因风积沙材料的透水性良好,可较大程度地避免水损害。

风积沙液态粉煤灰的制备与应用研究

针对沙漠高速公路天然气管道台背回填困难问题,结合沙漠地区风积沙资源丰富的工程环境特点,开展风积沙液态粉煤灰制备与应用研究。研究根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG3420—2020),分别检测不同风积沙掺量下液态粉煤灰的密度、结石率、稠度、抗压强度及水稳定性等指标,评价风积沙在混合料中的最佳掺量,并确定了风积沙液态粉煤灰在台背回填工程中的应用工艺。研究结果显示,风积沙掺量对液态粉煤灰的力学性能与工作性能均有不同程度的影响,当风积沙掺量为胶凝材料的25%时,混合料各项性能均满足设计要求,且力学性能达到峰值,并最终确定风积沙液态粉煤灰配合比为风积沙∶胶凝材料=1∶4。

钢渣磨细粉对沥青胶浆及混合料性能的影响

为探究钢渣磨细粉(SSFP)对沥青胶浆及其混合料性能的影响,使用粒径小于5 mm的钢渣制备SSFP。以石灰岩矿粉(LP)作为对照,对不同粉胶比(F/A)下SSFP沥青胶浆的性能进行了分析和评价,并探究了SSFP对沥青混合料性能的影响。结果表明:相较于LP,SSFP对沥青胶浆及混合料的高、低温及疲劳性能均有所提升,其中低温性能提升幅度最大,SSFP沥青胶浆的蠕变劲度模量提升了190.57%,SSFP沥青混合料的低温弯曲破坏应变提升了9.93%;增大F/A可提升沥青胶浆的高温性能,但会损伤其疲劳性能和低温性能;SSFP应用于沥青混合料中具备较强的可行性和推广价值。

全厚式沥青路面结构设计与优化

为探究抗疲劳结构层等功能层在全厚式沥青路面结构中所发挥的作用,设计了以级配碎石为底基层,细粒式密集配沥青混合料结构层为抗疲劳层的全厚式沥青路面结构,以改变结构层厚度和设计轴载的方式计算了不同因素组合下路面结构的沥青层层底拉应变、路基顶面压应变及预估使用寿命,使用方差分析法确定了不同因素对路面结构使用性能的影响,最后对设计的路面结构进行了优化。结果表明:细粒式密集配沥青混合料结构层和级配碎石结构层厚度的增加对保证路面结构耐久性有着积极作用,重复重载作用是影响路面结构使用性能和耐久性的主要因素。

钢渣基道路基层材料设计与路用性能研究

为降低西北旱寒区公路沥青路面基层早期开裂问题,并促进工业固体废弃物的循环利用,研究将钢渣替代碎石设计成级配钢渣混合料,并以矿渣粉、粉煤灰、电石渣组成的复合矿物掺合料作为胶结料稳定级配钢渣,形成全固废钢渣基道路基层材料。通过测试钢渣浸水膨胀率、基层材料膨胀率、无侧限抗压强度、干缩应变和抗冻性,分析钢渣基道路基层材料的稳定性、强度增长规律、抗开裂特性与长期稳定性。研究结果表明,高温季节钢渣陈化效果显著,90 d陈化期钢渣膨胀率最大降低38.7%。洒水加速了钢渣陈化,较未洒水下钢渣浸水膨胀率降低幅度最大增大了29.1%。复合矿物掺合料对钢渣混合料的膨胀率有抑制作用,12%掺量下膨胀率降低61.8%。级配钢渣混合料随龄期逐渐形成了强度,加入6%复合矿物掺合料后,类似于二灰稳定材料具有早期强度增长较慢、后期强度增长较快的特点,90 d时较水泥稳定材料强度高出2.1 MPa。对比30 d龄期的干缩应变,级配钢渣混合料的干缩应变较水泥稳定混合料降低74%,钢渣基稳定混合料较水泥稳定混合料降低20%。钢渣基道路基层材料的抗冻性在后期均优于水泥稳定和二灰稳定基层材料。综合可知,钢渣基道路基层材料稳定性和长期耐久性良好,具有较低的收缩性,可降低干旱地区基层早期开裂的可能性。

橡胶/SBS复合改性沥青技术在公路养护施工中的应用

文章在分析旧路面病害的基础上,结合工程所处的服役环境及荷载情况,采用橡胶/SBS复合改性沥青技术将K4+900~K5+400段左幅原设计“4 cm普通沥青细粒式沥青混凝土(AC-13)”结构层替换为“4 cm聚合物橡胶复合改性沥青细粒式沥青混凝土(ARSMA-13)”。通过研究胶粉类型、胶粉掺量、SBS改性剂掺量、级配类型等参数对沥青及混合料性能的影响,分析了橡胶/SBS复合改性沥青技术在公路工程中的适用性。研究结果表明:橡胶/SBS复合改性沥青及其混合料性能与SBS类沥青及混合料性能相近,价格更低;与普通沥青混合料相比,橡胶复合改性沥青混合料抗车辙、抗裂、抗水损性能显著。长期性能监测显示,公路运行两年后,左幅橡胶/SBS复合改性沥青路面较右幅普通沥青路面裂缝数量、车辙深度显著降低,路面行车噪声降低3 dB~5 dB,可有效延长公路使用寿命,降低路面养护成本,改善行车噪声污染。

沥青再生过程中界面新旧沥青混溶成效对混合料疲劳性能的影响

为研究相同级配、不同拌和因素下再生沥青混合料界面新旧沥青混溶成效对混合料疲劳性能的影响,基于红外光谱法将再生过程中新旧沥青“部分混溶”的定性问题转向定量,建立了再生沥青混合料混溶成效量化评价方案,研究了不同RAP掺量、拌和温度和干拌时间因素下界面新旧沥青混溶成效与再生料疲劳寿命的联系,进而优选了拌和方案。结果显示:不同拌和因素下,混合料疲劳性能随着界面新旧沥青混溶成效变化而变化,优选拌和方案为40%RAP掺量、165℃拌和温度和90 s干拌时间。

沙漠腹地高速公路输沙沟设计及气流场分析

为避免沙漠公路产生沙害问题,依托乌玛沙漠高速公路防沙治沙工程,围绕“输沙断面”的输沙理念,基于风沙运动原理和流体力学(CFD)数字模拟原理,开展输沙构筑物位置及尺寸对路基气流场特征和积沙特征的影响分析。研究结果表明,当输沙构筑物距路基为5m时,路基整体受风蚀影响最小,且坡脚和路面积沙量最少。当输沙构筑物距路基为3m时,路基背风侧积沙量最小。当输沙构筑物宽度为9m时,路基坡脚与坡面所受风蚀作用最小。当输沙构筑物宽度为6m时,行车道所受风蚀作用最小。同时,当输沙构筑物等级为3级、宽度为9m时,能有效缓解输沙沟内输沙压力及风力堤处沙粒堆积,但输沙构筑物宽度对路基积沙量影响较小。总的来说,在实际工程中可根据不同地形、不同需求,因地制宜地设定输沙构筑物参数进行防沙治理。

全固废超硫酸盐水泥稳定基层的配合比设计及施工过程质量控制

设计了全固废超硫酸盐水泥稳定材料的配合比,研究了其力学性能和耐久性能,并与水泥稳定材料进行了对比,提出了适用的施工过程质量控制方法。结果表明:制备的全固废超硫酸盐水泥稳定材料的无侧限抗压强度、抗压回弹模量、弯拉强度和间接抗拉强度均与水泥稳定材料的相当,抵抗干燥收缩的性能显著优于水泥稳定材料,这有利于实际工程中的裂缝控制;推荐采用硫酸盐SO3含量进行全固废超硫酸盐水泥稳定材料的施工过程质量控制。