海洋疏浚泥陶粒混凝土公路面层的试验与理论研究

论文摘要

海洋疏浚泥陶粒混合骨料混凝土是用陶粒和碎石作为粗骨料制作的混凝土。混合骨料混凝土中使用疏浚泥陶粒,一方面可以降低黏土、页岩等自然资源的消耗,减小对自然环境的破坏,另一方面可以大量利用海洋疏浚废弃物,减少倾倒和处理疏浚泥带来的环境问题,变废为宝,具有很大的社会效益。本文综述了国内外疏浚泥综合利用的现状,以及混合骨料混凝土的研究进展,评价了疏浚泥陶粒的路用性能。试验研究中,首先,对混合骨料的原材料进行了选择,依据规范进行了材料的性能试验。其次,对各种试验方法进行了分析和比较,选择了正交试验方法进行试验。研究了影响混合骨料混凝土的各种因素,对各因素进行了评价,最终选择陶石比和振捣时间为两个主要因素,分别选定了5个水平,制定了正交试验方案。第三,根据轻集料混凝土配合比设计方法,结合普通骨料混凝土的配合比设计,进行了混合骨料混凝土配合比的设计。最后,在实验室中进行了混合骨料混凝土的试验,分别研究了陶石比、振捣时间对物理力学性能、抗冻性能、体积变形性能的影响。结果表明:当陶石比为1/1左右时,路用性能较好,混合骨料混凝土的比强度最高,轻质高强性能最好,物理力学性能较好。当振捣时间为15s左右时,混合骨料混凝土的拌合物工作性和物理力学性能最好。在最佳陶石比和振捣时间范围内制作混合骨料混凝土的抗冻性能和收缩性能也比较好。本文进行了一定的理论探讨。在细观层面上,将混合骨料混凝土看成是碎石、碎石与水泥石界面、水泥石、疏浚泥陶粒、疏浚泥陶粒与水泥石界面组成的五相复合材料。通过大量的计算机试验,得出了体积级配与剖面面积级配、体积率与面积率的函数关系式,认为面积率与体积率满足一定的线性关系,体积级配与面积级配基本一致,给出了符合实际情况的剖面级配的建立方法。基于蒙特卡罗随机取样原理,根据碎石和陶粒的分计筛余曲线,应用“取和放”的方法,建立了符合真实混凝土的二维随机骨料分析模型,将其剖分为四边形有限元网格,进而把给定的骨料、砂浆和界面层的力学性能分配给相应的单元,从而建立了数值模拟试验所需要的数字试件。论文给出了疏浚泥陶粒混合骨料混凝土路面的设计方法以及施工的注意事项。结合具体试验路段,给出了面层厚度的建议值和施工建议。经济性评价表明,本文提出的海洋疏浚泥陶粒混凝土面层,价格略高于普通混凝土面层。但是这种新型的路面材料,可以大量消耗海洋疏浚废弃物,而且能给路面带来了一些优良的性能,是一种很好的材料,综合效益好。最后,本文还对疏浚泥陶粒应用于桥梁和高速公路房建中进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 陶粒及陶粒混凝土
• 1.1.1 陶粒的定义及分类
• 1.1.2 陶粒的性能及用途
• 1.1.3 陶粒混凝土的特点
• 1.1.4 陶粒混凝土国内外利用现状
• 1.2 混合骨料混凝土及其研究现状
• 1.2.1 混合骨料混凝土定义
• 1.2.2 混合骨料混凝土特点
• 1.2.3 混合骨料混凝土应用现状
• 1.2.4 混合骨料混凝土的研究现状
• 1.3 疏浚泥及其国内外利用
• 1.3.1 疏浚泥定义及现状
• 1.3.2 疏浚泥的国内外利用
• 1.4 公路面层简介
• 1.5 选题背景和意义
• 1.5.1 混合骨料混凝土在面层中优点
• 1.5.2 疏浚泥陶粒替代碎石的区域优点
• 1.5.3 疏浚泥陶粒的社会效益
• 1.5.4 使用疏浚泥陶粒的经济性评价
• 1.6 本文的主要工作
• 2 混合骨料疏浚泥陶粒混凝土的试验研究
• 2.1 试验材料的选择和实验方法
• 2.1.1 海洋疏浚泥陶粒
• 2.1.2 碎石
• 2.1.3 水泥
• 2.1.4 砂
• 2.1.5 减水剂
• 2.1.6 材料的检验依据和试验方法
• 2.1.7 试验材料性质
• 2.2 正交试验方法
• 2.2.1 试验方法简介
• 2.2.2 影响混合骨料陶粒混凝土物理力学性能的因素
• 2.2.3 正交试验的制定
• 2.3 疏浚泥陶粒混凝土的配合比设计
• 2.3.1 配合比设计方法
• 2.3.2 配合比设计步骤
• 2.4 混合骨料疏浚泥陶粒混凝土物理力学性能
• 2.4.1 混合骨料混凝土的工作机理
• 2.4.2 影响混凝土物理力学性能的主要因素
• 2.4.2.1 陶石比对抗压、抗折强度的影响
• 2.4.2.2 振捣时间对抗压、抗折强度的影响
• 2.5 混合骨料混凝土的抗冻性能
• 2.6 混合骨料混凝土的体积变形性能
• 2.7 混合骨料疏浚泥陶粒混凝土工作性能研究
• 2.7.1 混合骨料混凝土的匀质性分析
• 2.7.2 拌合物的工作性能评价
• 2.8 混合骨料陶粒混凝土的破坏形态
• 2.8.1 陶粒混凝土的界面结构
• 2.8.2 陶粒混凝土的破坏原因
• 2.8.3 混合骨料陶粒混凝土的破坏形态
• 2.9 小结
• 3 混合骨料疏浚泥陶粒混凝土的随机骨料模型研究
• 3.1 混凝土结构的层次模型
• 3.2 混合骨料混凝土的细观结构
• 3.3 随机骨料模型方法
• 3.3.1 蒙特卡罗方法
• 3.3.2 随机数及其产生
• 3.4 模拟骨料颗粒的空间分布
• 3.4.1 “取和放”方法
• 3.4.2 骨料分级
• 3.4.3 取过程
• 3.4.4 放过程
• 3.5 骨料的级配理论
• 3.6 本文提出的随机骨料模型的建立
• 3.6.1 三维随机骨料模型
• 3.6.2 二维随机骨料模型
• 3.6.3 体积级配与剖面面积级配的关系
• 3.6.4 体积级配与剖面面积率的关系
• 3.6.5 体积率与面积率、剖面级配的关系
• 3.6.6 试件剖面面积率与剖切位置的关系
• 3.7 小结
• 4 混合骨料疏浚泥陶粒混凝土的有限元初步分析
• 4.1 有限元思想
• 4.2 各相材料参数值的选择
• 4.3 混凝土破坏准则的探讨
• 4.4 有限元静力分析
• 4.5 小结
• 5 试验路段的铺筑及疏浚泥陶粒在桥梁和房建中的应用探讨.-
• 5.1 试验路段基本情况
• 5.2 混合骨料混凝土路面厚度设计
• 5.3 施工工艺建议
• 5.4 试验路段铺筑后的使用性能研究建议
• 5.4.1 使用性能
• 5.4.2 路面弯拉评定
• 5.5 路面的防滑处理建议
• 5.6 疏浚泥陶粒在桥梁防撞设施中的应用探讨
• 5.7 疏浚泥陶粒在高速公路房建中的应用探讨
• 5.8 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步的建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文