隧道路面新材料及復(fù)合式路面設(shè)計與應(yīng)用研究.pdf

1、瀝青混凝土和水泥混凝土是目前廣泛應(yīng)用的兩種路面材料，但在公路隧道內(nèi)特殊的環(huán)境和使用條件下，其應(yīng)用受到限制。橡膠輕集料混凝土(RLC)是一種具有低彈性模量、高韌性、良好工作性和優(yōu)良耐久性的新型生態(tài)環(huán)保型路面材料，特別適用于高速公路隧道路面建設(shè)發(fā)展的需要，其應(yīng)用前景非常廣闊。本論文圍繞RLC的組成、結(jié)構(gòu)及性能開展了大量的實驗和系統(tǒng)的研究工作，通過對RLC物理力學(xué)性能、耐久性和微觀結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)研究，揭示了RLC的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的相互影響和

2、變化規(guī)律，并將這種新型的路面材料應(yīng)用到隧道路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，建立了RLC復(fù)合式隧道路面結(jié)構(gòu)形式(PCC-RLC)，實現(xiàn)了RLC制備和復(fù)合式隧道路面應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)集成，為促進(jìn)該材料的發(fā)展應(yīng)用提供了重要的參考。 本文進(jìn)行的主要工作和取得的重要成果有： 從隧道路面結(jié)構(gòu)的發(fā)展戰(zhàn)略、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)要求三個方面，把RLC復(fù)合式隧道路面的設(shè)計水平分為三個層次進(jìn)行評價，在此基礎(chǔ)上提出RLC復(fù)合式隧道路面的設(shè)計理念，用以指導(dǎo)設(shè)計、制備和

3、應(yīng)用該種新材料；在設(shè)計理念的指導(dǎo)下，結(jié)合對RLC內(nèi)各種組分之間的組成結(jié)構(gòu)和關(guān)系的分析，建立了RLC的三相復(fù)合分散模型，提出了彈塑性應(yīng)變能理論、界面增強(qiáng)理論和聚合物改性理論三個主要的RLC改性設(shè)計理論。為設(shè)計、制備該類材料提供了理論依據(jù)。 以設(shè)計理念和改性設(shè)計理論為指導(dǎo)，系統(tǒng)研究了橡膠粉、輕集料、外加劑以及高分子聚合物、體積砂率等配比參數(shù)對RLC工作性能、力學(xué)性能和耐久性能的影響規(guī)律；通過顯微硬度分析、偏光顯微鏡圖像分析技術(shù)以及掃

4、描電鏡研究了水泥和輔助膠凝材料在由多孔性輕集料和彈性粒料橡膠粉構(gòu)造的水化環(huán)境中的水化硬化機(jī)理，探明了RLC各組分與性能間的關(guān)系；掌握了RLC低彈模、高韌性和提高耐久性的關(guān)鍵技術(shù)，研制出抗壓強(qiáng)度為15～20 MPa，抗拉強(qiáng)度為1～3 MPa，彈性模量為10000～15000 MPa，極限拉伸變形值為0.01～0.03，低干縮、高韌性、高耐久的RLC材料。 針對隧道路面這一特殊應(yīng)用環(huán)境，提出用于隧道的RLC復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)形式PCG-

5、RLC：下部為普通水泥混凝土強(qiáng)化層(PCC)，上部為RLC緩沖降噪層；采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)，研究掌握了PCG-RLC復(fù)合路面結(jié)構(gòu)在車輛荷載、溫度荷載作用下的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，掌握了RLC路面受力特征及對路面緩沖減振等舒適性的影響，為PCC-RLC復(fù)合路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供力學(xué)依據(jù)。 系統(tǒng)研究了RLC攪拌、運輸、澆注、振搗和養(yǎng)護(hù)工藝等工程應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，提出PCC—RLC復(fù)合路面施工的主要技術(shù)要求，建立了PCC—RLC復(fù)合路面施工質(zhì)