1、286第34卷第27期34No.27山西建筑Vol.2008年9月Sep.2008SHANXIARCHITECTURE文章編號:100926825(2008)2720286203多孔混凝土路面研究綜述郭建雷摘要:對多孔混凝土進行了介紹,指出多孔混凝土路面是透水路面、低噪聲路面、更為安全的路面,重點研究了多孔混凝土路面的組成結(jié)構(gòu)、強度、透水系數(shù)及耐久性,歸納了多孔混凝土路面的主要優(yōu)點,從而促進多孔混凝土路面的研究應用。關鍵詞:多孔混凝土,路面,透水性,吸聲性,耐久性中圖分類號:U416.2文獻標識碼:A濟的發(fā)展和現(xiàn)代化建設的進程,許多城鎮(zhèn)逐步被鋼筋混凝土房大型基礎設施、各種不透水的場地和道路所覆

2、蓋。這就使得多孔混凝土亦稱為大孔混凝土或多孔貧混凝土,是由水泥、屋、粗集料和水拌制而成的貧混凝土,由于無砂或少砂,這種混合料硬化后存在較多和較大的孔隙。本文就針對多孔混凝土路面在,國內(nèi)外的應用及其優(yōu)、缺點和各方面的性能進行總結(jié)。,1多孔混凝土在路面中的應用。,我國北京園林局為了搶救古樹,曾研制了一1.1、透氣性能的砌塊,用于鋪裝皇家園林的廣場和道,路2。為了能夠增加滲入地表的雨水,緩解城市地下水位急劇下益高漲。據(jù)報道,110個城市降等一些城市環(huán)境問題,北京市南北長街道路工程使用了無砂多3160億m。然而,隨著經(jīng)0引言10-529000h92Bx0.5=tm=acEchTgBx/2=113.34

3、hBx。Kt=fr/tm(tm/fr)-b。隨著板厚的增加,溫度疲勞應力逐步增加,并且增加的幅度也越來越大。對溫度疲勞應力進行單因素分析,板塊厚度增加,溫度疲勞應力增大,結(jié)構(gòu)安全風險越大,見表3。從綜合疲勞應力計算結(jié)果看18cm26cm厚度的水泥混凝土板塊均符合設計要求,究竟該如何選擇板的厚度,有以下幾點值得注意:1)可靠度的問題,在實際的工程建設中,受施工條件、施工水平等因素的影響,可靠度將比理想狀態(tài)下降低,可靠度系數(shù)將增加,導致綜合疲勞應力值增加。2)目前缺少較合理有效的交通量統(tǒng)計手段,加上設計基準期較長,交通量年平均增長率的預測精度較差(實際交通量會隨當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展,出現(xiàn)超出預計外的快速

4、增長),導致荷載疲勞應力超出了混凝土路面的設計強度,這其實也是一種可靠度的設計問題。從以上兩點來考慮,對于混凝土路面厚度的選擇應考慮一定的富余量。方案一:選擇18cm厚板塊,從工程造價的角度來講,是最經(jīng)濟的,但從使用壽命來講可能是最短的,這是一種明顯的短期行為。方案二:選擇22cm厚度板塊,從工程造價和應力控制兩方面考慮,該路面結(jié)構(gòu)較為合適,因為它既保證了一定的結(jié)構(gòu)安全儲備,同時又很好的控制了工程投資,是一種有一定遠見的建設行為。方案三:選擇26cm厚板塊,增加了建設投資,但對荷載疲勞應力的控制較好(2.281MPa左右),同時溫度疲勞應力較大,如果在這種路面結(jié)構(gòu)內(nèi)配置鋼筋網(wǎng)片,通過鋼筋與混凝

5、土之間的作用力來提高路面的設計強度,則該路面結(jié)構(gòu)的安全儲備較大,可靠性較高,這將是一種長期的建設行為。作為設計者應明確水泥混凝土路面設計中針對實際項目,荷載疲勞應力和溫度疲勞應力是哪一方面對路面結(jié)構(gòu)有主要影響,哪一些設計參數(shù)發(fā)生變異的可能性大一些,全面考慮后選擇合適的板塊厚度。本文的觀點:建議建設單位盡量選擇有遠見的建設行為,在項目研究階段,應全面考慮成本、質(zhì)量、運營全壽命周期的各種因素,在確保工程質(zhì)量的基礎上,節(jié)約投資,增加投資效益。參考文獻:1JTGD4022002,公路水泥混凝土路面設計規(guī)范S.2JTGF3022003,水泥混凝土路面施工技術規(guī)范S.3王秉綱,鄭木蓮.水泥混凝土路面設計與

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作者簡介:郭建雷(19812),男,合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院碩士

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綜述2008年9月287孔混凝土3。為滿足美國聯(lián)邦水污染控制中心和洪水保護中心的需求,Franklin研究試驗室在70年代早期發(fā)展了多孔瀝青路面系統(tǒng)。1.2多孔混凝土路面可作為一種低噪聲的路面多孔混凝土路面可以利用其孔隙特征吸收或改變噪聲傳播途徑。根據(jù)歐洲多孔混凝土路面的試驗路段顯示,通過改變公路表面特征可以減少噪聲等級(大約10dB)。法國從事的研究已經(jīng)證實

9、了密實多孔混凝土路面減少噪聲的能力。多孔混凝土路面減小噪聲的機理:多孔混凝土吸收噪聲的性能主要包括兩個方面:1)多孔混凝土通過其內(nèi)部的開口孔隙吸收了輪胎與路面之間的噪聲。2)由于多孔混凝土的孔隙使噪聲直接到達人的時間與噪聲通過路面反射到達人的時間存在一個時間差,這就引起了噪聲的削弱。1.3多孔混凝土路面可作為一種更為安全的路面最近幾年,注。由于多孔混凝土路面包含大約,。由于,因此減少了刺眼的反光4。法國雨天的交通事故發(fā)生率是晴天的兩倍,所以他們對多孔混凝土的推廣是非常積極的。他們認為多孔混凝土路面可以將路面雨水瞬間排走,為改善路面與輪胎的附著力,保持油漆標底的可見度,減輕潮濕路面對燈光的反射強

10、度都產(chǎn)生了良好的效果,使雨季車輛事故大為減少5。蘇堪祥對水灰比為0.42,灰集比為19的碎石進行了研究,測得有效孔隙率為30%左右的多孔混凝土的滲透系數(shù)為3.07cm/s3.11cm/s。有效孔隙率為26%時,透水系數(shù)為2.36cm/s。這就表明隨著多孔混凝土有效孔隙率的增加透水系數(shù)會隨之減小6。Olek同樣認為多孔混凝土的滲透系數(shù)與可獲得的孔隙率密切相關。當有效孔隙率在20%29%范圍內(nèi)時,滲透系數(shù)大約是0.01m/s。Nissoux報道多孔混凝土的滲透性大約在36L/(sm-2)。對于孔隙率為20%的多孔混凝土滲透系數(shù)為440in/h。Ferguson(2005年)和Tennisetal.

11、(2004年)報道孔隙率為14%31%的多孔混凝土的滲透系數(shù)為36in/h864in/h。V.Schaefer等人通過研究多孔混凝土孔隙率和透水性之間的關系總結(jié)了其相關性,:)滲透系數(shù)=68孔隙率。,。由于多孔混凝土路面構(gòu)成了路面的面層,且暴露在嚴峻的條件下,因此要求其應具有很好的凍融耐久性。Yand和Jiang報道了采用ASTMC666程序B,多孔混凝土25個周期后的質(zhì)量損失為0.25%7。研究表明聚合物添加劑需要用來加強多孔混凝土的凍融抵抗力,但是在體積小的多孔混凝土路面的現(xiàn)場顯示,在沒有添加劑的情況下,多孔混凝土按孔隙級配比例和孔隙率大約在20%來承受凍融循環(huán)。Olek認為凍融循環(huán)的頻率

12、也會影響多孔混凝土的性能。研究結(jié)果顯示每天凍融循環(huán)5次6次的試件比每天凍融循環(huán)1次的試件惡化的要快。對于凍融循環(huán)周期在80次的條件下,經(jīng)歷快速凍融循環(huán)的試件相對動力模數(shù)不到40%,而經(jīng)歷慢速凍融循環(huán)的試件相對動力模數(shù)比快速的高90%。V.Schaefer通過添加砂子或乳膠液或兩者都添加制備的多孔混凝土的凍融抵抗力優(yōu)于僅由單一骨料制成的多孔混凝土。添加砂子的單一骨料制成的多孔混凝土顯示了最好的凍融抵抗力。由4號卵石添加7%的砂子制成的多孔混凝土顯示了最好的凍融抵抗力,300次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失僅為2%。2多孔混凝土路面的性能2.1多孔混凝土路面的組成結(jié)構(gòu)混合料的組成結(jié)構(gòu)根據(jù)集料的級配一般有3種

13、類型,即骨架孔隙結(jié)構(gòu)、懸浮密實結(jié)構(gòu)及骨架密實結(jié)構(gòu)(見圖1)。3結(jié)語多孔混凝土路面作為一種生態(tài)混凝土已被各國所關注。它的主要優(yōu)點是:1)多孔混凝土可以通過其內(nèi)部開口的孔隙使雨水快速滲透到地下,既避免了洪水的危害又補充了地下水。2)多孔混凝土路面可以減小或削弱交通噪聲,這對于現(xiàn)代城2.2多孔混凝土路面的強度市的發(fā)展是非常必要的。對于多孔混凝土各強度之間的關系國內(nèi)外也進行了研究。3)多孔混凝土路面可以消除雨天路面打滑和雨水飛濺的影美國佛羅里達混凝土產(chǎn)品聯(lián)合公司(2000年)和Beeldensetal.響,所以它是一種更為安全的路面。但其缺點也不能被忽視,例(2003年)對多孔混凝土的抗拉強度和抗折強

14、度的關系進行了研如抗壓、抗折強度偏低,成型工藝較為復雜,多孔混凝土路面的維究。混凝土產(chǎn)品聯(lián)合公司報道多孔混凝土的抗拉強度是抗折強護較為困難等。()度的65%2000年。但是Beeldensetal.報道添加乳膠液聚合體參考文獻:的多孔混凝土的抗拉強度接近其抗折強度的90%。多孔混凝土1王武祥.透水性混凝土路面磚的生產(chǎn)與應用J.混凝土與抗壓強度早期增長較快,符合線性關系,后期強度發(fā)展較慢,符合水泥制品,1998(4):54256.對數(shù)關系;長齡期劈裂強度與28d劈裂強度之間符合對數(shù)關系。2張紅光,付建華.利用水泥制備高強透水性混凝土J.河北多孔混凝土彎拉強度與抗壓強度、劈裂強度與抗壓強度之間均存

15、建筑科技學院學報,2005(9):3.在相關性良好的冪指數(shù)關系。3劉娟紅.無砂透水混凝土在北京市南北長街道路工程中的2.3多孔混凝土透水系數(shù)應用研究J.混凝土,2006,197(3):27228.多孔混凝土屬于骨架孔隙結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的混合料采用開級配,粗集料較多,靠彼此之間較大的內(nèi)摩阻力和水泥膠漿的粘結(jié)力形成強度。細集料較少或沒有,不足以填充孔隙,從而形成較大的孔隙率。 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文章編號:100926825(2008)2720288202基于FWD動態(tài)彎沉盆進行模量反算方法概述向晉源朱湘摘要:指出利用彎沉盆數(shù)據(jù),對路面各結(jié)構(gòu)層材料模量(性能)進行反算,是評價路面工作性能的重要手段,參考了大量相關文獻,就目前國內(nèi)外常用的反算方法進行了分析比較,對模量反算方法進行了展望。關鍵詞:落錘式彎沉儀(FWD),動態(tài)彎沉盆,模量反算中圖分類號:U416.2文獻標識碼:A0引言20世紀70年代以來,以落錘式彎沉儀(FWD)為代表的快接查出路面各結(jié)構(gòu)層的模量。2.2回歸公式法AASHTO規(guī)范建議按照和D4695的非破壞性速、高效

17、、無破損檢測系統(tǒng)在國際上得到廣泛應用,實際上,路面模量反算是一個非常復雜的非線性最優(yōu)化問題,即如何采用有效的最優(yōu)化算法和數(shù)據(jù)處理方法尋找最優(yōu)的路面結(jié)構(gòu)層力學參數(shù)組合,使得FWD到最佳的擬合。然而,及解的唯一性問題,的研究成果,。100ft10003m),9(40kN)。1-d0=1.5PaMr+(2)+(D3E2)Mr+Ep。1基本原理對于一定的路面結(jié)構(gòu),通過實測的彎沉盆,在理論分析的基礎上,應用路面力學模型,計算在相同荷載作用下的路面變形,再建立模型修改算法,計算出對應的理論彎沉值,將此理論彎沉值與實測值進行比較,通過連續(xù)迭代來不斷修正各層的模量值,直到理論彎沉與實際彎沉之差滿足精度要求,此

18、時的各層模量值即為所評定的路面各層彈性模量。其中,a為承載板半徑,in;D為鋪面層厚度,路面各結(jié)構(gòu)層厚度總和,in;d0為荷載中心處的彎沉值,in,需將彎沉值修正到標準溫度20時;Ep為鋪面層模量,psi。進行了實例計算,結(jié)果表明利用AASHTO回歸公式和EV2ERCALC專業(yè)反算軟件計算結(jié)果土基模量相差較大,這主要因為AASHTO回歸公式得到的是靜模量,美國AASHTO設計指南認為動模量是靜模量的3倍,所以計算結(jié)果需要進行修正。2現(xiàn)有反算方法簡介2.1圖表法根據(jù)典型的路面結(jié)構(gòu),在較大范圍內(nèi)選取不同的模量Ej和hj的結(jié)構(gòu)組合,通過彈性層狀體系理論計算各結(jié)構(gòu)組合的理論彎沉盆i,并運用理論分析方法

19、,從而得出各種彎沉盆參數(shù)(deflec2tionbasinparameters)與路面各結(jié)構(gòu)層模量或應力應變關系,進而編繪出諾模圖。由此,根據(jù)實測的彎沉盆數(shù)據(jù)和厚度可在圖中直4王波.多孔混凝土鋪裝吸聲性能試驗研究J.四川建筑科學研究,2004,30(4):1212122.5周澤民.國外水泥混凝土路面抗滑技術J.國外公路,1998(4):526.6蘇堪祥.多孔混凝土材料組成與路用性能研究J.公路,2.3迭代法這種方法首先假設一組結(jié)構(gòu)層模量(初始值),采用力學分析方法計算理論彎沉盆,并與FWD實測彎沉盆進行比較,根據(jù)其差值利用高斯迭代法進行修正,從而得到一組新的模量,然后以該值作為下輪迭代的初始值,重復進行此過程,直到達到滿足要求的收斂精度為止。2.4數(shù)據(jù)庫搜索法2004(8):32233.7Yang,J.,G.Jiang.ExperimentalStudyonPropertiesofPer2viousConcretePavementMaterialsJ.CementandConcreteResearch,2003(33):3812386.Asu