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水泥路面为我国高等级路面的关键模式之一,水泥混凝土路面直接受到多种自然条件、承受车辆荷载等影响,一些路面将出现早期裂缝,就是需要及进实施修补,避免路面损坏的最大化发展。而补修路其裂隙的修补材料亦露于路面,修补材料即需满足“强度与需久性”等要求,还需具良好的粘接性、流动性及变形性[1]。目前,用于水泥混凝土路面缝隙修补的材料不是造价过高就是耐久性及防水性不佳,不能长期使用。因聚合物可改善水泥材料的耐久性能及力学性能,高效减水剂量可显著提升水泥浆体的流动性,于水泥净浆里加入高效减水剂与聚合物等,为研制路面缝隙修补的新材料。
选取的原材料,要针对修补材料的“良好耐久性及工作性、和旧混凝土的相容性、良好的粘接性与变形水平、经济环保、强力抗弯强度”等因素。依此选取下列原材料:(1)水泥。基质材料选取陕西某厂生产的42.5R硅酸盐水泥。(2)聚合物乳液。其为修补材料的“改性材料”,需能改善水泥界面粘结、塑性变形、耐久性等水平。此本修补材料选用“聚丙烯酸、聚醋酸乙烯、丁苯乳液、苯丙乳液”。(3)外加剂。修补材料选用的外加剂类型有“消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂”。消泡剂:消除搅拌时聚合物生成的所泡,提升材料紧密度;减水剂:主要起到提升浆体流动性的作用,这又利于缝隙灌浆,能改善水泥制品的耐久性及力学强度;膨胀剂:其水化硬化中随之自身体积膨胀,可降低水泥混凝土因水分蒸发等因素导致的开裂;早强剂:早强剂可调节材料强度形成时间。
水灰比、减水剂与聚合物掺量、聚合物种类为修补材料性能的四大要素,此四个参考将影响修补材料性能。本次正交实验实施结果表明,水灰比宜控制在0.5左右,聚合物掺量控制在10%左右,减水剂掺量宜控制在0.2%左右。影响修被材料流动度的因素顺序为:减水剂掺量(C)→水灰比(A)→聚合物种类(D)→聚合物掺量(C)(见表1)。
水泥路面裂隙小且不规则,流变性能直接影响修补材料的修补效果。浆体流动于裂隙中时,受自身粘性及阻力作用,要求修补材料务必具有好的流动性,方可确保灌满裂隙。并且,还要求修补材料具有好的体积稳定性。交通条件对“凝结时间”也有要求,浆体凝结时间如果过长,将有很大影响。所以修补材料的工作性能指标主要有:流动性、稳定性、可灌性、凝结时间。经对聚合物改性水泥浆工作性能测试,得出下列结论:(1)经对裂隙可灌性测试,235 mm的流动度可灌入(1~3) mm缝隙。水泥浆体流动度若>235 mm,便可完满灌入(1~3) mm缝隙,若反之则不能。(2)聚合物可提升水泥浆体稳定性,水泥浆体掺加适量的聚合物后其析水率仅为基准水泥浆体的50%左右。(3)水泥凝结时间因聚合物的加入延长,常规下24 h内皆可实现终凝。(4)经水泥流动损失测试结果,聚合物掺量控制于10%左右,与前一节结论相合。
修补材料在灌入缝隙的同时,还要求有与路面结构一致的“力学性能及耐久性能”等路用性能。为确保修补材料的“修复效果”,还需有极佳“粘结、形变”的性能。否则修补材料将可能与基质材料产生脱离从而造成修复失败。所以,修补材料在应具备优良的“工作性能及路用性能”,这样才能可保证修补材料在“实际工程”里的应用效果。
此次对聚合物改性水泥“耐久、形变、界面粘结、力学”四类性能进行测试,得出下列结论:(1)于水泥内单一个掺加聚合物,于28d时也许其抗折抗压强度要低于不掺加聚合物试样。故此,采取两种混合手术掺加聚合物,力学强度上要较基准试样高,实现了规范要求。试件力学强度最好的时机,这时聚合物的配合比是聚合物乳液B/C共混,它的共混比例为3/2~2/3。(2)掺加聚合物可减少水泥材料(10~15)%的刚度,提升了柔性,加大了冲击荷载的承受力,耐久性提升。(3)对修被界面粘结性能的“粘结拉伸、劈裂抗拉粘结、粘折抗折”等强度的测试,当聚合物乳液B/C共混比率3/2~2/3时,三种粘结强度水平皆较高,皆>基准试样的1.5~2.5倍。(4)测试了修被材料耐久性能的“耐磨性、抗渗性及耐腐蚀性”,测试结果显示,掺入聚合物的水泥试样耐久性比基准试件高过很多。聚合物乳液B/C共混比例不同,对耐麻性与耐腐蚀性都产生重要影响,但对抗渗性无显著影响。聚合物乳液B/C共混的推荐比例是3/2~2/3。(5)掺加膨胀剂,可显著减少水泥试样的体积收缩,还可有微膨胀的发生,可提升基质混凝土与修补材料间界面粘结效果。(6)综合评价修被材料的工作性能及路用性能后,加之对经济性因素的考虑,最优配比为乳液B/C共混配比3/2。
常用混凝土路面,要承受车辆等静载作用,还要受着冲击、振动、疲劳、磨损等作用。这就要求路面要具备一定的抗压强度及抗弯强度,方可承受载重力。修补材料对界面粘结性、拉伸强度、抗折强度、劈拉强度等都提出要求。只有满足了路面混凝土的要求标准,修补材料方能达到预期效果。同时,对裂隙修补材料的研究,需关注裂隙种类及宽度、温度、湿度等应用条件,依此来研发适宜不同条件的“修补材料”。要进行水泥与新型外加剂之间的相容性研究,以利于依材料市场供应情况进行“修补材料”的优化调整及配比,力求满足水泥路面裂隙各种等级的修补需求。
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近年来国家不断加强农村基础设施建设,以公路为代表的一批建设项目在近几年取得了优异的成果。水泥混凝土路面因具有施工工艺简单、管理方便、施工成本低等优点而被广泛应用在农村公路建设中,因此,以公路旧水泥混凝土路面的改造、升级将是未来农村现代化建设的重点。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:农村公路旧水泥砼路面碎石化改造加铺层应用技术研究相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
【摘 要】随着社会经济发展水平的不断提升,我国加大了农村基础设施工程建设的力度,水泥混凝土路面因其施工操作便捷、施工设备投入少及管理费用低等特点,在农村地区得到了大量应用,已经成为我国农村公路路面的重要形式之一。在交通量大幅度提升、行车荷载及自然因素的长期影响下,在使用过程中部分水泥混凝土路面出现了严重的病害问题,如断板、错板及裂缝等。
在我国公路工程施工中,因水泥混凝土路面具有较高的强度及稳定性,在公路工程建设中得到了大量地应用。因超载车辆通行、天气不良及养护规范性低等问题,导致农村公路水泥混凝土出现早期病害问题,如路面面板碎裂、裂缝等,严重影响到车辆行驶的安全性与舒适度。碎石化技术作为路面施工养护的重要技术,在修复大面积水泥路面中具有良好的效果。通常对旧水泥混凝土路面碎石化处理后,都需要将沥青混凝土面层或减薄沥青混凝土面层直接加铺到其上面。沥沥青加铺的优点主要体现在,可以对旧混凝土路面进行有效利用,具有较高的机械化程度、施工进度良好及环境、交通影响小等,但这种加铺方式铺筑厚度大。为此,在农村公路旧水泥混凝土修复中,可进行二灰碎石基层及沥青混凝土加铺施工。为农村公路的快速发展提供可靠的保障。
碎石化是指将水泥混凝土路面破碎成38厘米以下混凝土块,进而对新铺热拌沥青(HMA)罩面上产生的反射裂缝进行有效限制,并产生一个用与HMA罩面的均匀基层。作为我国公路交通网的重要组成成分,农村公路路面施工水平的高低直接影响到工程建设的整体质量。水泥混凝土因其具有较高的强度、施工简单、耐久性良好等特点,在农村公路路面施工中得到了极大的应用。
在行车荷载及自然因素作用下,目前我国农村公路水泥路面出现了不同程度的损坏,将碎石化技术应用到农村公路旧水泥路面施工中,可以实现碎石粒径最小化。一般将水泥混凝土碎块粒径控制在40公分以下,7.5厘米为其表面最大尺寸,在旧路面反射裂缝处理中碎石化技术得到了广泛地应用。农村公路工程是关系到国民经济增长的重要工程,随着我国公路事业发展建设要求的不断地提高,碎石化技术作为农村公路工程养护的重要方式之一,其施工工艺选择的科学性、合理性将直接关系着整个工程的质量,关系到人们的生命安全。
随着农村公路水泥路面不断建成与投入使用,在自然因素与人为因素的长期影响下,水泥路面出现大量早期病害。为减少各类病害的出现,对旧水泥混凝土路面结构功能进行最大限度的恢复,必须选用经济、高效及合理的养护方式对道路使用寿命进行延长,才缓解水泥路面病害问题。
(1)移除现有沥青罩面与封面层。清除顶面罩面层对破碎效果起到决定作用,只有做好顶面罩面层清理工作,才能防止对破碎效果的影响。
(2)排水施工准备。公路边沟设置,必须在路面碎石化处理前进行,只有这样才能确保排水的畅通性。表面在碎石化过程中直接受力,面层将会有碎屑、表面松散等情况的出现,如面层有雨水渗入,将导致路基强度下降等现象的产生。做好路面排水工作,如碎石盲沟的设置。
(3)处理病害严重路段。如路基出现严重病害后,应先将破碎混凝土旧路面挖除,确保其开挖深度符合设计规定。在换填二灰碎石过程中,应确保顶面高程与破碎混凝土板底高程的一致性。
(4)记录、标识沿线构造物。在碎石化技术施工前,必须遵循下表1相关规定,标记道路施工范围内沿线的构造物。
(5)全面调查研究工作应在农村公路旧水泥混凝土路面碎石化工程建设设计前进行,并对原有路线沿线的地形、地质、水文、气候等情况进行充分了解并进行相关设计资料的认真收集,同时了解当地路基路面存在的病害问题,如翻浆、坍塌等,并及时选用与之相适应的措施进行处理。在施工前期,还要做好地基勘察工作,特别是软土地基位置,这样可以进行软基分布及土壤厚度的准确确定。
因环境因素、气候情况及交通量等因素的制约,目前我国大部分农村公路水泥路面出现了早期病害,这种现象的大量出现,对道路使用性能及年限造成了极大的影响,更增加了公路养护管理的难度。作为一种新型养护方式,碎石化技术是将一层沥青混合料加铺到原有路面上,这种技术的应用可以有效抑制路面恶化,并能对路面平整度及抗滑阻力进行有效改善。
3.1施工案例
某工程旧水泥路面碎石化改造工程总里程为6.1公里,技术等级为三级公路标准,该路段旧水泥路面面板存在的病害主要包括:混凝土断板错台、路基沉陷等。截至目前为止,该路段部分路面病害极为严重,车辆通行难度大。在调查原路面具体情况后,旧水泥混凝土路面应开挖修补的路面比例为45%,路基CBR值平均值必须在7以上。
3.2试坑开挖
为保证路面破碎粒径符合施工所需尺寸,在试验段内可进行2个独立部位的随机开悟,其面积为1平方米。在横向、纵向接缝位置不能设置试坑。试坑开挖顺序为从顶部到基层,在全深度范围内对碎石化颗粒的粒径进行测量与确定。破碎的混凝土路面粒径如不符合设计规定,必须调整设备相关参数。在该施工段试坑开挖中,必须检测其碎石粒径,7.5厘米为其表面最大尺寸,22.5厘米以内为其中间尺寸,37.5厘米为其最下部尺寸。
3.3破碎顺序
破碎层顶面排水检查工作应在破碎前进行,以此提升MHB破碎效果。通常情况下,遵循工程实际情况,进行破碎顺序的确定。因外援缺少侧向支撑,有利于破碎避免板块受冲击凸起,随后破碎里侧板块。破碎宽度相比一个车道应大出一些,为搭接相邻车破碎道十分有利,一般搭接宽度必须超过15公分。
3.4压实
破碎旧水泥路面后,必须确保相邻两段之间的距离为50米,此时可以选用Z型压路机进行压实作业。在压实施工中,应确保表面粒径与破碎需求相符合,提高路面整体强度,确保下层块料的密实度,为二灰碎石加铺施工提供可靠的保障。压实施工中必须充分考虑路基含水量,防止不良路基下压实过度情况的出现。本工程选用单钢轮Z型振动压路机进行施工,其自重必须在9吨以上。在碎石化化,通过该压路机可以对顶层进行破碎补充与压实,同时出现的粉状粒料较少。为达到更好的压实效果,在完成Z型压路机碾压施工后,可通过吨位较小的一般光轮振动压路机进行施工。压实施工中,应对压实遍数进行有效控制,以此提高压实强度。
3.5碎石化顶部撒布透层沥青
旧水泥路面表面碎石化后为松散层,为此应将透层乳化沥青与一定量的石屑撒布到其表面,必须对石屑用量进行有效控制,如每立方米使用石屑0.8千克。
3.6养生
养生质量是否良好将直接影响到材料的稳定性与强度,基于此,必须在碾压施工结束后,应进行洒水作业,确保养生时间在7天以上,整个期间应始终处于湿润状态,封闭交通,避免车辆通行对路面造成严重危害。
综上所述,在农村公路施工中,水泥混凝土路面施工占有重要地位。基于此,施工企业必须重视其施工质量,在旧水泥混凝土路面施工中,必须按照相关施工要求,对施工中出现的各种情况进行充分了解及分析,提高施工技术水平,规范施工作业流程。只有这样才能确保公路工程的整体质量,才能提高农村公路施工的安全性及延长工程的使用年限。
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摘要:废旧轮胎胶粉颗粒掺入到沥青砼中形成的磨耗层,改善了路面使用性能,延长了路面使用寿命,在道路寿命期内节省了维修养护资金并保持了道路良好的服务水平, 还使废旧轮胎得到废物利用,减小了环境压力,具有广阔的应用前景。本文着重分析利用GTM法进行沥青砼配合比试验,而后施工的关键技术。
关键词:GTM法;胶粉沥青砼配合比设计;施工
2010年9月,经蚌埠市交通运输局组织的技术鉴定,以及在安徽省科学技术情报研究所进行技术查新,胶粉改性沥青施工技术在省内属领先水平,由此关键技术形成的工法被评为2010年安徽省级工法。
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摘 要:随着我国经济水平的不断提升和公路施工水平的持续进步,公路沥青混合料路面的压实施工技术得到了越来越广泛的关注。文章从对公路路面压实技术进行简析入手,对公路沥青混合料路面的压实施工技术进行了分析。
关键词:公路路面;沥青混合料;压实施工技术
在我国公路工程中,沥青混合料路面始终是重要的组成部分,而沥青混合料路面的质量需要压实施工技术的有效支持。因此在这一前提下对公路沥青混合料路面的压实施工技术进行研究和分析就具有极为重要的工程意义和现实意义。
公路路面压实技术是一项系统性的技术,这主要体现在施工重要性、碾压设备选择、确定碾压组合、遵循施工要点等环节。下文从这几个方面出发,对公路路面压实技术进行了分析。
公路路面压实技术的应用有着很强的施工重要性。众所周知,沥青混合料碾压施工压实通常是公路工程沥青路面施工的最后一道重要工序,并且在这一过程中通过对于沥青混合料采取合理的压实处理,工程人员可以有效地提高沥青混合料的强度、稳定性和密实度。除此之外,公路路面压实技术的还体现在其能够减少沥青路面的空隙率并且合理的增加公路沥青路面的疲劳寿命,反过来,如果压实工作进行的进度不足,则往往会导致空隙率增加并且易形成压实型车辙,与此同时,还会加速沥青的老化。
碾压设备选择是公路路面压实技术关键环节之一。通常来说,较为常用的压路机主要包括了钢轮压路机和轮胎压路机以及振动压路机等不同类型的压路机。除此之外,在碾压设备选择的过程中钢轮压路机通常会用于沥青混合料的切压和收光,并且可以将其分为双轴双轮式和双轴三轮式。一般来说,双轴双轮压路机的质量较低而双轴三轮式压路机的质量则相对较高。另外,由于三轴三轮式压路机是近几年新出现的,并且还具有根据路面的凹凸情况自动调整各滚轮上负荷的能力,因此能够有效地进行接缝工作和弯道处的预压工作,从而能够有效的消除裂缝。
确定碾压组合对于公路路面压实技术的影响是显而易见的。在确定碾压组合的过程中,工作人员可以将压路机按行走方式将其分为拖式和自行式两种不同的类型,并且一次为基础来更好地确定碾压组合。
除此之外,在确定碾压组合的过程中,工作人员应当注重按照滚轮的材料性质将其分为铁轮压路机和轮胎压路机,从而能够有效地提升压实效果。
在公路路面压实技术的过程中工作人员应当注重遵循施工要点,从而能够更好地达到最佳效果。通常来说,沥青混合料的压缩技术应当合理的采用钢筒式静态压路机与轮胎压路机或振动压路机组合的方法,并且在初压的过程中,工作人员应当避免使用轮胎压路机,从而能够有效的确保面层横向平整度。除此之外,在遵循施工要点的过程中,工程使用的压路机的数量应根据生产率决定,并且可以将整个沥青混合料压实程序分为初压、复压和终压三道工序,从而能确保压实的可靠性。
公路沥青混合料路面的压实施工技术包括了诸多内容,主要包括碾压工作、提高密实度、质量检测、温度控制等内容。以下从几个方面出发,对公路沥青混合料路面的压实施工技术进行了分析。
碾压工作是公路沥青混合料路面的压实施工技术的基础和前提。在碾压工作的过程中工作人员应当注重采用重型压路机来进行反复压实,在这一过程中需要注意的是,当采用轮胎压路机时工作人员应当确保总质量不宜小于15 t。并且轮胎允许压力不宜小于0.5 MPa。除此之外,在碾压工作的过程中工作人员应当注重确保其振动频率宜为35~50 Hz之间。另外,在碾压工作的过程中,工作人员在进行振动压路机倒车时应先停止振动并在向另一方向运动后再开始振动,从而能够有效的避免混合料形成鼓包,最终能够促进公路沥青混合料路面的压实施工水平的有效提升。
提高密实度对于公路沥青混合料路面的压实施工技术的重要性是不言而喻的。在提高密实度的过程中工作人员应当注重确保两者之间的互相挤合,从而能够更好地获得均一密实度。除此之外,在提高密实度的过程中,大量的工程实践都表明了,这一工作可以有效地提高密实度2%~3%,并且在这一过程中采用轮胎式压路机可以有效的提升于复压阶段的碾压效率。另外,在提高密实度的过程中,工作人员应当合理的采用重型压路机,但是应避免在高温下进行,从而有效的避免对沥青路面平整度的影响,最终能够在此基础上促进公路沥青混合料路面的压实施工效率的持续提升。
质量检测是公路沥青混合料路面压实施工技术的核心内容之一。在质量检测的过程中工作人员应当注重对压实度、厚度、平整度等内容进行合理的检测。除此之外,在质量检测的过程中,工作人员应当在发现一些较大的质量缺陷,如厚度不足、平整度太差、松散、泛油等时及时停工,从而能够有效避免施工质量问题的出现。另外,在质量检测的过程中工作人员应当注重有效的保证测定结果的准确性并且将空隙率控制在3%~7%的范围内,从而能够促进公路沥青混合料路面的压实施工可靠性的不断进步。
温度控制是公路沥青混合料路面的压实施工技术的重中之重。在温度控制的过程中工作人员应当清晰沥青路面施工温度控制所具有的重要意义。除此之外,在温度控制的过程中,工作人员应当确保在混合料施工过程中的每一步都经过非常严格的控制温度和质量控制,需要注意的是,在施工温度的控制过程中,工作人员应该根据改性沥青的粘度适当提高之外,还应当时刻进行温度的检测。另外,在温度控制的过程中工作人员应当注重遵循《公路改性沥青路面施工技术规范》的有关规定,在普通沥青混合料施工温度的基础上提高10~20 ℃。如为SMA混合料,由于需要加入较多数量的冷矿粉,则拌合温度需要更高一些,从而能够促进公路沥青混合料路面的压实施工精确性的日益进步。
随着我国国民经济整体水平的持续提升和公路工程发展速度的持续加快,公路沥青混合料路面的压实施工技术得到了越来越多的重视。因此,我国公路工程人员应当对于公路沥青混合料路面的压实施工技术有着清晰的了解,从而能够通过工程实践来促进我国公路工程整体水平的有效提升。
[1] 刘建雄.公路沥青混合料路面压实施工技术探讨[J].交通标准化,2013,(7).
[2] 刘天林.公路沥青混合料路面压实施工技术探讨[J].黑龙江科技信息,2014,(8).
[3] 杨进凯.公路沥青混合料路面的一些施工工艺探讨[J].中华民居(下旬刊),2014,(2).
[4] 栾风义.浅析沥青路面压实施工质量的控制[J].发展,2009,(5).
[5] 尤学兵.沥青路面压实施工工艺[J].中国水运(下半月),2008,(3).
[6] 许荣发,徐斌.沥青路面压实施工技术探析[J].中国高新技术企业,2010,(9).
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复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。以下是读文网小编今天为大家精心准备的:关于航空复合材料技术发展的回顾及展望相关论文。内容仅供参考,欢迎阅读!
复合材料自研发以来,被广泛地运用于航空工业中,例如在民用航天领域上,飞机的大部分都是采用复合材料,在航天飞行器的许多零件也是由复合材料构成的,导弹、运载火箭等的应用更是普遍,由此可见复合材料对航空工业的重要性。但是我国目前在复合材料的技术方面还不太成熟,所以我们要在前人的基础上不断探求发展之路。
我国在1958 年开始使用复合材料,初期便运用于航天工业。之后,我国的复合材料发展迅速,复合材料被广泛地应用于各个领域。一开始,复合材料主要用在飞机的雷达罩、副油箱等,但当时采用的是玻璃钢纤维,由于玻璃钢纤维的弹性很小,不能运用于飞机受力大的部位,后来便出现了硼纤维,但硼纤维因为不能被长时间加工,所以只能用在飞机修理方面,综合各方面因素,碳纤维成了飞机上主要使用的复合材料。现如今,复合材料凭借着它抗腐蚀性好、成本低、使用时间长等优点应用在飞机的各个方面。50 多年过去了,我国的复合材料技术不断发展,现已经建立的航空航天材料基本体系可以满足我国目前航空航天需求,复合材料的生产能力和协作配套网络,也使得我国的航天工业处于稳定发展阶段,形成复合材料的所用的原材料也基本上是自产自销。虽然这样,我们在某些高水平研究上人与发达国家有较大的差距,优质的碳纤维和其他高水平的复合材料大多数是从其他国家买进的,这极大地限制了我国航天技术的发展。所以目前我们不仅要增加复合材料的产量而且还得提高它的质量,只有复合材料的技术提高,我国的航天工业才会更迅速地发展起来。
2.1 复合材料在军事方面的应用
复合材料在一问世时,就被应用在军事飞机上,复合材料的使用使军机更加轻便,可携带更多的炸弹。随着时代的发展,复合材料在军机上所占比重越来越大,所承担的任务越来越重要。复合材料不仅仅用在战机上面,在直升机上也广泛应用,复合材料使得直升机的重量减轻,在起飞时节省时间,同时复合材料的应用还可以减少直升飞机的坠毁概率,保障了战士们的安全。近几年,无人机的问世也掀起了一阵热潮,无人机的主要作用是携带武器,作为战斗武器来使用,这就要求无人机在体积一定的情况下尽可能多的装备武器,复合材料使这个设想成为可能。RQ-4B 高空长时间无人侦察机,除机身主结构为铝合金外,剩下的都是复合材料构成的。军事中不仅仅有战斗还有物资需求,采用复合材料制造出来的大型货运机可以携带大量的军需物资,在战争中发挥巨大作用。
2.2 复合材料在民用方面的应用
现在复合材料渐渐应用于民用飞机上。由于民用飞机与战机不同,民用飞机载人数量多、重量大,所以这就要求飞机的结构牢固。在初期,复合材料只用在一些辅助性的结构上,比如我们所熟知的波音号飞机,在前几个型号上,复合材料的应用不足10%,而后来随着复合材料技术的不断精进,几年之后波音787 上的复合材料竟然占到机身总重量的一半并且广泛应用在主要受力结构上。复合材料在民用飞机上大范围使用这是民用飞机史上的一次重大改变,复合材料让飞机更加轻便,强度更高,使用年限更久同时也使飞机的安全性得到了保障,复合材料的还使得飞机的成本下降,所以,复合材料在民用航空的前景必然十分光明。
2.3 复合材料在航天的应用
当航天技术开始研究时,科学家们就提出必须要用先进的、轻便的、耐用的材料来制作。航天飞机最主要的任务就是以最低的成本,用可持续利用的飞行器,把尽可能大的有效载荷送上太空中。那时候人们就开始研制高科技材料,经过不断的试验和技术的提高,人们发现复合材料不仅具有高比强度、高比刚度和重量轻等优点,某些复合材料还有可以焊接、耐腐蚀等独特的优点,这些优点都非常符合航天飞机结构材料要求尤其适用于轨道器结构系统中。在航天飞机上,它的推力结构用的是硼/环氧、铝/硼和石墨/环氧等复合材料,在环形框架、大梁、衍条、蒙皮横梁、连接件中也采用了大量的复合材料,储箱的衬桶上用玻璃纤维围绕着,外壳用玻璃纤维和蜂窝纤维包裹,航天飞机上复合材料的用量高达190 多公斤。
复合材料的发展历史和在航天工业的应用我们已经有所了解,复合材料的重要性已经不言而喻,所以复合材料的前景是十分光明的但是到目前为止,复合材料还没有被普遍地使用,究其根由有这几方面:第一是复合材料的造价太贵,这并不是说复合材料的成本高,它的成本是低于一般材料的,但由于技术的不成熟和原料的不充裕,综合下来它的造价是非常高的。第二是国内的复合材料原材料不符合标准,基础非常差。第三是因为我国的理论知识非常落后。由于历史原因,我国的高新技术产业起步较迟发展较为缓慢,复合材料在国内的应用也比较晚,这些原因导致的是我国的复合材料技术很不完善。在航天工业中,我国许多复合材料依赖进口,本国并不能生产,所以我们面临的主要问题是如何大力发展我们的技术,不再一味的向其他国际买进,形成我们自己的特色产品。
作者认为应该从以下几个方面改进:(1) 对航空航天与民用领域中广泛采用的材料例如各种先进复合材料及一些传统结构材料进行精加工,进一步研制,使它们的成本下降,可以广泛用在各个领域。(2)加强对复合材料原材料的改进。(3)利用发达的计算机技术来进行理论设计,减少了材料的浪费,达到省时省力保证质量和降低成本的目的。
我国的复合材料技术在起步时就已经落后于其他国家,当复合材料的重要性越来越明显,应用前景越来越广泛时,我们不能再落后,国家应大力扶持复合材料在航天工业中的研究项目,在新世纪我国的航天工业会随着复合材料技术的发展逐渐壮大,屹立于世界不败之地。
【关于航空复合材料技术发展的回顾及展望】相关
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a.将掺配好的冷补沥青混合液、蒸发后的冷补沥青混合液分别浇注在盛样皿中(各制备4个样品),在室温中冷却1.5-2h,分别方在5℃、15℃、25℃、30℃的水浴中养生。b.取出达到恒温的盛样皿,放在平底玻璃皿中,平底玻璃皿中水温分别设置至5℃、15℃、25℃、30℃,分别测定样品在5℃、15℃、25℃、30℃温度下的针入度(按JTJ052-2000中T0602-1993及T0604-2000方法操作)。
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2.1粘贴纤维增强塑料加固法。外贴纤维加固是用树脂类胶结材料将纤维增强复合材料贴于被加固构件的受拉区域,使它与被加固截面共同工作,从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的。它是一种非常简单且优良的加固补强方法,但要求被加固混凝土强度等级不得低于C15,且混凝土表面的正拉粘结强度不得低于1.5 MPa,除了具有粘贴钢板相似的优点外,还具有耐腐蚀、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点,但需要专门的防火处理,适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。
2.2粘贴钢板加固法。钢筋混凝土受弯构件外部粘钢加固是在构件承载力不足区段(正截面受拉区、正截面受压区或斜截面)表面粘贴强度高的钢板,使原有混凝土和钢板作为一个新的整体共同受力,约束混凝上变形,提高了加固构件的刚度和抗裂度,有效发挥了粘贴钢板的抗弯、抗剪、抗压性能,且不会在混凝土中产生应力集中采用该方法加固时,要求被加固的混凝土结构构件,其现场实测混凝土强度等级不得低于C15,且混凝土表面的正拉粘结强度不得低于1.5 MPa,并且应将钢板设计成仅承受轴向应力作用,钢板表面应进行防锈蚀处理,表面防锈蚀材料对钢板及胶粘剂无害。它的特点是施工简单、速度快、上期短;现场无湿作业或仅有抹灰等少量湿作业,对生产和生活影响小;传力直接,加固效果好,耐久性好;且加固后对原结构外观和原有净空无显着影响,但加固效果在很大程度上取决于胶粘工艺与操作水平;适用于承受静力作用且处于正常湿度环境中的受弯或受拉构件的加固。
2.3加大截面加固法。在钢筋混凝土受弯构件受压区加混凝土现浇层,增加截面有效高度,扩大截面面积,从而提高构件正截面抗弯,斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。加大截面加固法在设计构造方而必须解决好新加部分与原有部分的整体工作共同受力问题。试验研究表明,加固结构在受力过程中结合面会出现拉、压、弯、剪等各种复杂应力,其中关键是剪应力和拉应力。在弹性阶段,结合面的剪应力和法向拉应力主要是靠结合面两边新旧混凝土的粘结强度承担;开裂后及极限状态下,则主要是通过贯穿结合面的锚固钢筋或锚固螺栓所产生的被动剪切摩擦力传递。
2.4增加支承加固法。增设支点加固法是通过增设支承点,减少受弯构件的计算跨度,达到减少作用在被加固构件上的荷载效应,提高结构承载水平的目的。根据支承结构受力性能的不同分为刚性支点和弹性支点两种加固方法。该法简单可靠,但易损害建筑物的原貌和使用功能,并可能减小使用空间;适用于梁、板、析架、网架等结构的加固。
2.5有粘结外包型钢加固法。外包钢加固是把型钢(一般为角钢或槽钢)或钢板包于构件的四角或两角的加固方法,外包钢加固钢筋混凝土梁也称湿式外包钢加固法,采用该方法加固混凝土结构构件时,应采用环氧树脂胶粘剂进行灌注,把型钢与被加固构件粘结成一整体,以保证型钢架和原构件形成一个整体共同受力。其特点是受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于60度以上高温场所;适用于使用上不允许显着增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的混凝土结构加固。
2.6预应力加固法。预应力加固法是采用外加预应力钢拉杆或型钢撑杆对结构或整体进行加固的方法,通过预应力的施加改变了原结构内力分布和应力水平,致使一般加固结构中所特有的应力应变滞后现象得以完全消除,因此后加部分和原结构能共同工作,结构的承载能力可显着提高,并可减少结构的变形、裂缝宽度。预应力水平拉杆加固的混凝土受弯构件,由于预应力和新增外部荷载的共同作用,拉杆内产生轴向拉力,该力通过杆端锚固偏心地传递到构件上,在构件中产生偏心受压作用,该作用克服了部分外荷载产生的弯矩,减少了外荷载效应,从而提高了构件的抗弯能力。同时,由于拉杆传给构件的压力作用,构件裂缝发展得以缓解、控制,斜截面抗剪承载力也随之提高。由于水平提杆的作用,原构件的截面应力特征由受弯变成了偏心受压,因此,加固后构件的承载力主要取决于压弯状态下原构件的承载力。
2. 7置换混凝土加固法。置换混凝土加固法是指对原有结构强度低,韧性差的构件材料用强度高,韧性好的混凝土材料置换的方法。该方法适用于承重构件受压区混凝土强度偏低或有严重缺陷的局部加固。施工工艺简单方便,上期短,占用空间小,不影响使用功能,而且造价比较低,经济合理。采用本方法加固混凝土结构构件时,其非置换部分的原构件混凝土强度等级,按现场检测结果不应低于该混凝土结构建造时规定的强度等级。置换用的混凝土强度等级应比原构件混凝土提高一级且不应低于C25混凝土的置换深度,板不应小于40mm,梁、柱采用人工浇筑时,不应小于60mm,采用喷射法施工时,不应小于50mm,置换长度应根据混凝土强度和缺陷的检测及验算结果确定,但对非全长置换的隋况其两端应分别延伸不应小于100 mm。置换部分应位于构件受压区内,且应根据受力方向将有缺陷混凝土剔除,剔除位置应在沿构件整个宽度的一侧或对称的两侧,不得仅剔除截面的一隅。
上述混凝土结构加固技术还有待于在实践中进一步探索,随着建筑科学技术的不断进步,新型建筑材料不断出现,更好的加固施工方法将会有更大拓展,因此,加固施工方案的选择范围也将具有更为广泛的空间。
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摘 要:文章分析了我国水泥混凝路面的现状,阐述了我国通车运营中的混凝土路面存在的破坏类型并分析出现的原因,给出了水泥混凝土路面病害的一般表现形式,其中有:表面剥落、错台、严重破碎、路基沉陷、接缝剥落。重点探讨了混凝土路面最常见的路面裂缝病害的形成机理,并对我国现阶段水泥混凝土路面养护主要使用的方法作了进一步分析,以期为水泥混凝土路面裂缝养护提供借鉴。
关键词:水泥混凝土;路面;裂缝;养护
我国早期修筑的水泥混凝土路面大部分以达到服务年限,各种病害严重。部分新建的一些水泥混凝土路面由于现存的一些原因还没有达到设计年限就出现了一定的破损病害。由于水泥混凝土路面在我国公路里程中占据一半以上,所以面对的路面破坏养护形式不容乐观。只有通过准确地分析病害成因,正确选择养护方法,才能保证养护质量和降低养护成本。
水泥混凝土路面表面状态和结构特性决定着路面的破损形式有各种路面损坏和结构的承载能力降低。路面在服务期,会随行车荷载和所处环境的不断作用而出现各种损坏。结构破坏反映了路面及路基结构的完好程度和变化趋势。这些损坏是基于不同的形态和诱因产生的,而且对结构性能和功能性能起着不同的影响。按形态和诱因大致可以分为接缝损坏类、断裂类、材料类和变形类。
水泥混凝土路面不同于沥青路面,设置有较多的横缝何纵缝,在接缝处形成了薄弱部位,易出现各种病害。接缝损坏成为水泥混凝土路面最常见的一类病害,具体的表现形式有填缝料损坏和丧失、错台、唧泥、接缝碎裂和拱起等。路面使用或养护的不当,外界物质的进入,都会使接缝两侧的混凝土出现病害。在早期,这些损坏并不破坏混凝土板的结构整体性,但破坏了路面的行驶舒适性。如果任其不断发展,接缝两侧板底受作用影响将出现脱空,使得面板迅速出现断裂损坏。
针对单个混凝土板块出现纵向、横向、斜向或角隅出现断裂,形成面板裂缝。断裂板裂缝进一步发展,将会出现两条以上交叉裂缝,形成三块以上的破碎板。这些裂缝的缝隙随车辆荷载和环境作用而逐渐变宽,并在缝隙边缘出现碎裂。作为刚性路面,裂缝的出现是因为路面荷载应力超过了混凝土能够承受抗折强度或疲劳强度。断裂损坏产生的裂缝,使水泥混凝土路面的整体性遭到破坏,路面承载能力迅速降低。在裂缝产生的初期,其对路面行驶舒适性的影响不是很大,但是裂缝继续发展,缝的宽度不断变大,特别是后期出现破碎板,路面的平整度破坏严重,不能满足行车要求。
水泥混凝土组成材料决定着其性能,若选用耐久性差的材料,在接缝出现后,由于环境中雨水侵蚀、轮胎摩擦、冻胀等作用,使裂缝边缘呈新月形发状。或者混合料中发生碱-硅反应而产生膨胀,使得面层出现网裂。这类受组成材料性质影响引起的破坏,在初期对路面的功能性能或结构性能影响不大,但发展到后期也会出现裂缝的碎裂和混凝土的崩解,从而影响行车舒适和安全以及面层的结构性能。
由于地基软弱或填土压实不足而出现沉降变形,或者由于季节性冰冻地区路基的冻胀,混凝土面层板会出现沉陷或隆起。这类变形如果是均匀的,对混凝土板的结构完整性影响不大,但会降低路面的行驶舒适性。但是如果有不均匀变形,则会由于附加应力的产生而使得面板出现断裂。
水泥混凝土路面裂缝受过渡层影响产生面层开裂、汽车动载及超载的影响开裂、排水不畅影响、路基、基层的影响等多种原因。水泥混凝土路面在投入使用之后,承受着行车荷载反复的作用,同时还受到气候的变化影响。就裂缝而言,按照裂缝宽度、是否有错台沉陷等情况分为轻微裂缝、中等裂缝和严重裂缝。
轻微裂缝出现,路面基本无剥落且裂缝缝隙宽度≤3 mm两边的板块稳固,裂缝填封良好,没有出现无松动和错台现象。一般将路面表面产生不久的裂通或未裂通裂缝化为此列。轻度裂缝为裂缝初期形态,在素混凝土板中一般不会维持很久。
在轻微裂缝基础上进一步发展,裂缝边缘产生一定长度的剥落或边板存在中等错台,再者缝隙宽为3~15 mm的裂缝称为中等裂缝。中等裂缝处治措施是板底压浆后沿裂缝开槽(宽10~20 mm,深15~30 mm),在缝槽内灌注接缝填料。
严重裂缝是在中等裂缝的基础上没有经过及时处理,受各种因素作用进一步发展形成。出现裂缝两边板块产生严重错台、沉陷、唧泥,或裂缝边缘产生严重剥落等情况,再者裂缝宽度≥15 mm,对于某些特别严重的,应采取局部换板修补。
在混凝土裂缝修补方面国内有许多成果可以应用混凝土裂缝修补,思路是:修补裂缝防止扩展,防止水渗入,加强基底的处理。加强路基路面排水,封堵裂缝切断水的影响,采用较强粘结性和高强度的修补材料加强路面强度。裂缝的主要形式为纵向裂缝、网状裂缝和路面破碎。
对于这两类病害,我们可以判定其路基的已经不能提供足够的稳定性,必须对路基进行处理,因此可采用全厚实的修补方法。
修补工艺为:施工放样→清除破损路面→基层、界面处理→修补材料配置→浇筑、振捣→养护。
在清除破坏板时,应该整块凿除,若基层有部分破坏,应该凿除该部分,并修复。目前养护人员多采用C10混凝土进行回填,一般厚度在15 cm以上。修补完基层后,应安设传力杆和拉杆,在选择修补材料时,应采用超早强未膨胀水泥混凝土。
按宽度不同的裂缝,在修补上应采取不同的方式。分成宽度小于0.2 mm的微细裂缝、宽度大于0.2 mm裂缝和贯穿全厚在3~15 mm之间,且贯穿全厚的中等裂缝进行分类处理。
宽度小于0.2 mm的微细,采用表面处理法对进行修补。表面处理法是沿混凝土结构表面刷水泥浆、沥青、油漆、环氧树脂等材料来修补混凝土结构表面的细小裂缝,对于混凝土干缩裂缝通常采用这个方法。
施工工艺:施工准备→表面处理→涂底层涂料→涂表层涂料→养护。
施工时确保路表面的清洁以保证涂料的黏性,底层涂料与表层涂料应有较好的黏结性。
对于宽度在0.2~3 mm之间的轻微裂缝,可采取扩缝灌浆。
施工工艺为:切割→扩缝→黏结面清理→护围→涂黏结剂→水泥砂浆配制→浇筑→振捣→抹平→养护。
上述这类裂缝较窄,不容易灌浆,而且裂缝中常有杂物侵入,故采用扩缝的方法。扩缝时,先要沿裂缝两侧进行切缝,切除一条约15 mm宽,5~10 mm深的“V”型小槽。修补材料主要靠自身的渗透性能来充满裂缝,因此需要流动性好的砂浆。
对于贯穿全厚中等裂缝,一般采取条带罩面进行补缝。
路面损坏是基于不同的形态和诱因产生的,对结构性能和功能性能起着不同的影响。把其分为接缝损坏类、断裂类、材料类和变形类。分析了不同类型病害形成的一般原因。针对现在裂缝的种类,结合施工经验列举了不同的处理方法。裂缝作为常见的水泥混凝土路面病害,应在早期进行处理,防止进一步发展,以免后期造成更大的破坏,增加养护成本。
[1] 钟军.水泥混凝土结构早期裂缝防治技术的研究[D].长春:吉林大学,2010.
[2] 吴国雄.水泥混凝土路面开裂机理及破坏过程研究[D].成都:西南交通大学,2004.
[3] JTG D40-2011,公路水泥混凝土路面设计规范[S].
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