多孔混凝土路面研究综述

1、286第34卷第27期34No.27山西建筑Vol.2008年9月Sep.2008SHANXIARCHITECTURE文章编号:100926825(2008)2720286203多孔混凝土路面研究综述郭建雷摘要:对多孔混凝土进行了介绍,指出多孔混凝土路面是透水路面、低噪声路面、更为安全的路面,重点研究了多孔混凝土路面的组成结构、强度、透水系数及耐久性,归纳了多孔混凝土路面的主要优点,从而促进多孔混凝土路面的研究应用。关键词:多孔混凝土,路面,透水性,吸声性,耐久性中图分类号:U416.2文献标识码:A济的发展和现代化建设的进程,许多城镇逐步被钢筋混凝土房大型基础设施、各种不透水的场地和道路所覆

2、盖。这就使得多孔混凝土亦称为大孔混凝土或多孔贫混凝土,是由水泥、屋、粗集料和水拌制而成的贫混凝土,由于无砂或少砂,这种混合料硬化后存在较多和较大的孔隙。本文就针对多孔混凝土路面在,国内外的应用及其优、缺点和各方面的性能进行总结。,1多孔混凝土在路面中的应用。,我国北京园林局为了抢救古树,曾研制了一1.1、透气性能的砌块,用于铺装皇家园林的广场和道,路2。为了能够增加渗入地表的雨水,缓解城市地下水位急剧下益高涨。据报道,110个城市降等一些城市环境问题,北京市南北长街道路工程使用了无砂多3160亿m。然而,随着经0引言10-529000h92Bx0.5=tm=acEchTgBx/2=113.34

3、hBx。Kt=fr/tm(tm/fr)-b。随着板厚的增加,温度疲劳应力逐步增加,并且增加的幅度也越来越大。对温度疲劳应力进行单因素分析,板块厚度增加,温度疲劳应力增大,结构安全风险越大,见表3。从综合疲劳应力计算结果看18cm26cm厚度的水泥混凝土板块均符合设计要求,究竟该如何选择板的厚度,有以下几点值得注意:1)可靠度的问题,在实际的工程建设中,受施工条件、施工水平等因素的影响,可靠度将比理想状态下降低,可靠度系数将增加,导致综合疲劳应力值增加。2)目前缺少较合理有效的交通量统计手段,加上设计基准期较长,交通量年平均增长率的预测精度较差(实际交通量会随当地经济的发展,出现超出预计外的快速

4、增长),导致荷载疲劳应力超出了混凝土路面的设计强度,这其实也是一种可靠度的设计问题。从以上两点来考虑,对于混凝土路面厚度的选择应考虑一定的富余量。方案一:选择18cm厚板块,从工程造价的角度来讲,是最经济的,但从使用寿命来讲可能是最短的,这是一种明显的短期行为。方案二:选择22cm厚度板块,从工程造价和应力控制两方面考虑,该路面结构较为合适,因为它既保证了一定的结构安全储备,同时又很好的控制了工程投资,是一种有一定远见的建设行为。方案三:选择26cm厚板块,增加了建设投资,但对荷载疲劳应力的控制较好(2.281MPa左右),同时温度疲劳应力较大,如果在这种路面结构内配置钢筋网片,通过钢筋与混凝

5、土之间的作用力来提高路面的设计强度,则该路面结构的安全储备较大,可靠性较高,这将是一种长期的建设行为。作为设计者应明确水泥混凝土路面设计中针对实际项目,荷载疲劳应力和温度疲劳应力是哪一方面对路面结构有主要影响,哪一些设计参数发生变异的可能性大一些,全面考虑后选择合适的板块厚度。本文的观点:建议建设单位尽量选择有远见的建设行为,在项目研究阶段,应全面考虑成本、质量、运营全寿命周期的各种因素,在确保工程质量的基础上,节约投资,增加投资效益。参考文献:1JTGD4022002,公路水泥混凝土路面设计规范S.2JTGF3022003,水泥混凝土路面施工技术规范S.3王秉纲,郑木莲.水泥混凝土路面设计与

6、施工M.北京:人民交通出版社,2002.OnthedesignofthecementconcretepavementthicknessGUZheng2haoCHENXiao2yongAbstract:Thepaperanalyzestherelationofthecementconcreteplatethicknessandthecomprehensivefatiguestress,putsforwardthesugges2tionthatthevariabilityofthevariousparametersshouldbeconsideredfullycombinedwiththeengi

7、neeringpractice,thesuitableplatethicknessshouldbeselectedandtheinvestmentshouldbecontrolledbasedontheguaranteeoftheengineeringquality,inordertoincreasetheinvestmentbenefit.Keywords:concretepavement,loadfatiguestress,temperaturefatiguestress,lifecycle收稿日期:2008204215作者简介:郭建雷(19812),男,合肥工业大学土木与水利工程学院硕士

8、研究生,安徽合肥230009 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第34卷第27期郭建雷:多孔混凝土路面研究综述2008年9月287孔混凝土3。为满足美国联邦水污染控制中心和洪水保护中心的需求,Franklin研究试验室在70年代早期发展了多孔沥青路面系统。1.2多孔混凝土路面可作为一种低噪声的路面多孔混凝土路面可以利用其孔隙特征吸收或改变噪声传播途径。根据欧洲多孔混凝土路面的试验路段显示,通过改变公路表面特征可以减少噪声等级(大约10dB)。法国从事的研究已经证实

9、了密实多孔混凝土路面减少噪声的能力。多孔混凝土路面减小噪声的机理:多孔混凝土吸收噪声的性能主要包括两个方面:1)多孔混凝土通过其内部的开口孔隙吸收了轮胎与路面之间的噪声。2)由于多孔混凝土的孔隙使噪声直接到达人的时间与噪声通过路面反射到达人的时间存在一个时间差,这就引起了噪声的削弱。1.3多孔混凝土路面可作为一种更为安全的路面最近几年,注。由于多孔混凝土路面包含大约,。由于,因此减少了刺眼的反光4。法国雨天的交通事故发生率是晴天的两倍,所以他们对多孔混凝土的推广是非常积极的。他们认为多孔混凝土路面可以将路面雨水瞬间排走,为改善路面与轮胎的附着力,保持油漆标底的可见度,减轻潮湿路面对灯光的反射强

10、度都产生了良好的效果,使雨季车辆事故大为减少5。苏堪祥对水灰比为0.42,灰集比为19的碎石进行了研究,测得有效孔隙率为30%左右的多孔混凝土的渗透系数为3.07cm/s3.11cm/s。有效孔隙率为26%时,透水系数为2.36cm/s。这就表明随着多孔混凝土有效孔隙率的增加透水系数会随之减小6。Olek同样认为多孔混凝土的渗透系数与可获得的孔隙率密切相关。当有效孔隙率在20%29%范围内时,渗透系数大约是0.01m/s。Nissoux报道多孔混凝土的渗透性大约在36L/(sm-2)。对于孔隙率为20%的多孔混凝土渗透系数为440in/h。Ferguson(2005年)和Tennisetal.

11、(2004年)报道孔隙率为14%31%的多孔混凝土的渗透系数为36in/h864in/h。V.Schaefer等人通过研究多孔混凝土孔隙率和透水性之间的关系总结了其相关性,:)渗透系数=68孔隙率。,。由于多孔混凝土路面构成了路面的面层,且暴露在严峻的条件下,因此要求其应具有很好的冻融耐久性。Yand和Jiang报道了采用ASTMC666程序B,多孔混凝土25个周期后的质量损失为0.25%7。研究表明聚合物添加剂需要用来加强多孔混凝土的冻融抵抗力,但是在体积小的多孔混凝土路面的现场显示,在没有添加剂的情况下,多孔混凝土按孔隙级配比例和孔隙率大约在20%来承受冻融循环。Olek认为冻融循环的频率

12、也会影响多孔混凝土的性能。研究结果显示每天冻融循环5次6次的试件比每天冻融循环1次的试件恶化的要快。对于冻融循环周期在80次的条件下,经历快速冻融循环的试件相对动力模数不到40%,而经历慢速冻融循环的试件相对动力模数比快速的高90%。V.Schaefer通过添加砂子或乳胶液或两者都添加制备的多孔混凝土的冻融抵抗力优于仅由单一骨料制成的多孔混凝土。添加砂子的单一骨料制成的多孔混凝土显示了最好的冻融抵抗力。由4号卵石添加7%的砂子制成的多孔混凝土显示了最好的冻融抵抗力,300次冻融循环后的质量损失仅为2%。2多孔混凝土路面的性能2.1多孔混凝土路面的组成结构混合料的组成结构根据集料的级配一般有3种

13、类型,即骨架孔隙结构、悬浮密实结构及骨架密实结构(见图1)。3结语多孔混凝土路面作为一种生态混凝土已被各国所关注。它的主要优点是:1)多孔混凝土可以通过其内部开口的孔隙使雨水快速渗透到地下,既避免了洪水的危害又补充了地下水。2)多孔混凝土路面可以减小或削弱交通噪声,这对于现代城2.2多孔混凝土路面的强度市的发展是非常必要的。对于多孔混凝土各强度之间的关系国内外也进行了研究。3)多孔混凝土路面可以消除雨天路面打滑和雨水飞溅的影美国佛罗里达混凝土产品联合公司(2000年)和Beeldensetal.响,所以它是一种更为安全的路面。但其缺点也不能被忽视,例(2003年)对多孔混凝土的抗拉强度和抗折强

14、度的关系进行了研如抗压、抗折强度偏低,成型工艺较为复杂,多孔混凝土路面的维究。混凝土产品联合公司报道多孔混凝土的抗拉强度是抗折强护较为困难等。()度的65%2000年。但是Beeldensetal.报道添加乳胶液聚合体参考文献:的多孔混凝土的抗拉强度接近其抗折强度的90%。多孔混凝土1王武祥.透水性混凝土路面砖的生产与应用J.混凝土与抗压强度早期增长较快,符合线性关系,后期强度发展较慢,符合水泥制品,1998(4):54256.对数关系;长龄期劈裂强度与28d劈裂强度之间符合对数关系。2张红光,付建华.利用水泥制备高强透水性混凝土J.河北多孔混凝土弯拉强度与抗压强度、劈裂强度与抗压强度之间均存

15、建筑科技学院学报,2005(9):3.在相关性良好的幂指数关系。3刘娟红.无砂透水混凝土在北京市南北长街道路工程中的2.3多孔混凝土透水系数应用研究J.混凝土,2006,197(3):27228.多孔混凝土属于骨架孔隙结构。这种结构的混合料采用开级配,粗集料较多,靠彼此之间较大的内摩阻力和水泥胶浆的粘结力形成强度。细集料较少或没有,不足以填充孔隙,从而形成较大的孔隙率。 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 288第34卷第27期34No.27山西建筑Vol.2008

16、年9月Sep.2008SHANXIARCHITECTURE文章编号:100926825(2008)2720288202基于FWD动态弯沉盆进行模量反算方法概述向晋源朱湘摘要:指出利用弯沉盆数据,对路面各结构层材料模量(性能)进行反算,是评价路面工作性能的重要手段,参考了大量相关文献,就目前国内外常用的反算方法进行了分析比较,对模量反算方法进行了展望。关键词:落锤式弯沉仪(FWD),动态弯沉盆,模量反算中图分类号:U416.2文献标识码:A0引言20世纪70年代以来,以落锤式弯沉仪(FWD)为代表的快接查出路面各结构层的模量。2.2回归公式法AASHTO规范建议按照和D4695的非破坏性速、高效

17、、无破损检测系统在国际上得到广泛应用,实际上,路面模量反算是一个非常复杂的非线性最优化问题,即如何采用有效的最优化算法和数据处理方法寻找最优的路面结构层力学参数组合,使得FWD到最佳的拟合。然而,及解的唯一性问题,的研究成果,。100ft10003m),9(40kN)。1-d0=1.5PaMr+(2)+(D3E2)Mr+Ep。1基本原理对于一定的路面结构,通过实测的弯沉盆,在理论分析的基础上,应用路面力学模型,计算在相同荷载作用下的路面变形,再建立模型修改算法,计算出对应的理论弯沉值,将此理论弯沉值与实测值进行比较,通过连续迭代来不断修正各层的模量值,直到理论弯沉与实际弯沉之差满足精度要求,此

18、时的各层模量值即为所评定的路面各层弹性模量。其中,a为承载板半径,in;D为铺面层厚度,路面各结构层厚度总和,in;d0为荷载中心处的弯沉值,in,需将弯沉值修正到标准温度20时;Ep为铺面层模量,psi。进行了实例计算,结果表明利用AASHTO回归公式和EV2ERCALC专业反算软件计算结果土基模量相差较大,这主要因为AASHTO回归公式得到的是静模量,美国AASHTO设计指南认为动模量是静模量的3倍,所以计算结果需要进行修正。2现有反算方法简介2.1图表法根据典型的路面结构,在较大范围内选取不同的模量Ej和hj的结构组合,通过弹性层状体系理论计算各结构组合的理论弯沉盆i,并运用理论分析方法

19、,从而得出各种弯沉盆参数(deflec2tionbasinparameters)与路面各结构层模量或应力应变关系,进而编绘出诺模图。由此,根据实测的弯沉盆数据和厚度可在图中直4王波.多孔混凝土铺装吸声性能试验研究J.四川建筑科学研究,2004,30(4):1212122.5周泽民.国外水泥混凝土路面抗滑技术J.国外公路,1998(4):526.6苏堪祥.多孔混凝土材料组成与路用性能研究J.公路,2.3迭代法这种方法首先假设一组结构层模量(初始值),采用力学分析方法计算理论弯沉盆,并与FWD实测弯沉盆进行比较,根据其差值利用高斯迭代法进行修正,从而得到一组新的模量,然后以该值作为下轮迭代的初始值,重复进行此过程,直到达到满足要求的收敛精度为止。2.4数据库搜索法2004(8):32233.7Yang,J.,G.Jiang.ExperimentalStudyonPropertiesofPer2viousConcretePavementMaterialsJ.CementandConcreteResearch,2003(33):3812386.Asu