新型工艺施工技术论文提纲

论文题目：高速铁路泡沫轻质混凝土路基结构性能及施工技术研究

摘要：现浇泡沫轻质混凝土作为一种新型材料,具有自重轻、流动性好、直立性好、环境影响低等优点,目前已被广泛应用于道路、地下等土木工程领域。将泡沫轻质混凝土引入高速铁路路基领域,采用该材料浇筑路基,可充分利用其整体性能好、强度高、渗透系数可调节等优点,以减少路基病害;且该材料可泵送、无需振捣和碾压,施工时对既有线运营扰动小;泡沫轻质混凝土质量轻、强度高,可减弱既有路基的工后沉降,降低增建二线的路基压密变形。但是由于高速铁路路基结构型式的独特性,且高速铁路路基结构具有作用力大、设计使用年限长等特点,既有的应用技术仅能作为参考,不能直接应用到高速铁路路基,同时缺少泡沫轻质混凝土材料动力学参数的相关研究,高速铁路泡沫轻质混凝土路基结构型式不明确、设计理论不完善、施工技术不成熟。本文首先开展了室内常规试验、静动三轴试验,对泡沫轻质混凝土的物理性能和力学性能进行了研究,从宏观、细观、微观现象和机理上分析水胶比、粉煤灰掺合料、纤维等对不同密度泡沫轻质混凝土物理、静动力学特性的影响规律,研发了多类型泡沫轻质混凝土;结合泡沫轻质混凝土高铁路基工程应用,对既有试验进行了改进和创新,开展相关的耐久性试验（渗透特性试验、膨胀与耦合试验、水作用试验、冻融循环试验和碳化试验）,分析了不同设计密度泡沫轻质混凝土的耐久性变化规律;而后结合理论分析,设计了合理的高速铁路泡沫轻质混凝土路基结构型式,采用ABAQUS有限元软件建立了多场耦合的车辆-轨道-路基模型,分析了其静动力学变化规律;然后采用足尺模型试验验证泡沫轻质混凝土结构型式的静动力学特性和长期动力稳定性;最后结合现场工况,对施工设备、浇筑工艺和养护工艺等关键技术进行了改进和创新,提出了一套高速铁路泡沫轻质混凝土路基施工新技术。本文主要得出以下结论:1.开展拌合浆体试验,发现当水胶比较小时,基质浆体容易出现“颗粒粘结现象”,泡沫与基质浆体搅拌时会出现“泡沫破裂现象”,水胶比较大时,泡沫轻质混凝土浆体会出现“泡沫逸出现象”,进而出现“塌模现象”;当水胶比最优时,新拌泡沫轻质混凝土浆体内的泡沫粒径分布与掺加泡沫的粒径级配分布基本相同（0.1-1mm）;开展流动性和稳定性试验,发现同一浇筑密度,密度差和顶面沉降距随浇筑高度的增加而增大,当粉煤灰替代量低于40%时,泡沫轻质混凝土浆体的稳定性变化不明显,当超过该值时,稳定性开始下降;当泡沫轻质混凝土浇筑时,会出现浆少泡多的“泡沫”状态和浆多泡少的“气泡分散体”状态;对硬化后的泡沫轻质混凝土进行孔结构分析,发现对于不同配合比的泡沫轻质混凝土,其等效孔径分布呈现双峰值现象,即等效孔径分布比率主要集中于两个孔径范围——较小孔径（0-0.3mm）和较大孔径（＞0.5mm）。2.对设计干密度范围为300-800kg/m3的纯水泥、含纤维和含粉煤灰泡沫轻质混凝土,开展压缩试验、劈裂抗拉试验、抗折试验和动静三轴试验。结果表明:泡沫轻质混凝土的压缩曲线模型主要分为3个阶段:弹性阶段、脆性阶段和屈服阶段;随着浇筑密度的增加,泡沫轻质混凝土的抗压强度、弹性模量和抗拉强度呈增加趋势,且压缩破坏型式由震荡屈服转变为点屈服;随着纤维掺量的增加,泡沫轻质混凝土的抗压强度、弹性模量和抗折强度呈现先增加后减小的趋势,最优的纤维长度为6mm,最优的玻璃纤维掺量区间为0.2%-0.6%,最优聚丙烯纤维掺量区间为0.4%-0.8%,且最优纤维掺量随设计干密度的增加呈增大趋势;对于掺加粉煤灰的泡沫轻质混凝土,温度匹配养护与标准养护相比,随着粉煤灰替代量的增加,对后期强度的增加效果越明显,结合粉煤灰替代量对其物理性能和力学性能的影响分析,在保证其浇筑稳定性和力学性能的前提下,建议泡沫轻质混凝土中粉煤灰的替代量为30%;三类泡沫轻质混凝土（纯水泥,含纤维,含粉煤灰）的抗压强度随着时间和密度的增加按照公式σ=A（lnt）B（（Sa（mc+mm）+ms）/ρs）C增加;对纯水泥、含纤维和含粉煤灰三种类型泡沫轻质混凝土,泊松比和侧压力系数均随着设计干密度的增加而增加,其泊松比区间分别为0.222-0.417、0.151-0.401、0.191-0.398,其静止侧压力系数区间分别为0.343-0.537、0.260-0.525、0.287-0.552;当围压为0时,标准养护条件下,纯水泥泡沫轻质混凝土的临界动偏应力约为单轴压缩强度的0.29-0.33倍,含粉煤灰泡沫轻质混凝土相应的比值为0.27-0.32倍,含纤维泡沫轻质混凝土相对应的比值为0.31-0.35;相同工况时,泡沫轻质混凝土的阻尼比随设计干密度的增加呈减小趋势,且施加围压后相同设计干密度泡沫轻质混凝土的阻尼比降低。3.结合泡沫轻质混凝土作为路基填料的应用环境,对设计干密度处于300-800kg/m3的纯水泥、含纤维和含粉煤灰泡沫轻质混凝土,开展与耐久性相关的试验,发现:三类泡沫轻质混凝土的吸附速率值均随着设计干密度的增加而升高,渗透系数随着设计干密度的增加而降低;对泡沫轻质混凝土变形存在的工况进行组合,对于不利情况（化学收缩+温缩+干缩+碳化收缩）,干缩变形率均随着设计干密度的增加呈现降低趋势,而对于有利情况（化学收缩+温胀+浸水）,干缩变形率均随着设计干密度的增加呈现增大趋势;各设计干密度泡沫轻质混凝土的无侧限抗压强度均随着体积吸水率的增加而减小;干湿强度系数均随着设计干密度的增加而增加;随着冻融循环温度升降时间的增加,强度损失率和质量损失率呈降低趋势,前期较显著,后期较缓慢,且含水状态对其变化规律影响较大;碳化系数K1（抗压强度比）不能反映碳化反应对泡沫轻质混凝土的损伤,碳化系数K2（抗折强度比）可反映碳化反应对其损伤,但不能反映强度的增长,因此应采用K1和K2双参数评价碳化反应对其耐久性的影响。4.开展泡沫轻质混凝土抗折试验和板压缩试验,研究金属网在泡沫轻质混凝土结构内的作用机理,提出金属网在泡沫轻质混凝土结构内的布置形式;基于传统高速铁路路基的二层或多层结构体系的设计理念,对于泡沫轻质混凝土路基进行分层设计,提出泡沫轻质混凝土全基床路基和泡沫轻质混凝土基床底层路基,同时为提高其耐久性,通过在不同位置采用不同的设计工艺,形成“下排上堵、四周防护”的防渗设计工法;建立多场耦合作用下车辆-轨道-路基耦合分析模型,发现五组设计干密度的泡沫轻质混凝土全基床路基和泡沫轻质混凝土基床底层路基与常规填料路基相比,最大竖向应力和竖向位移降低,最大剪应力增加,但均远小于材料承载能力,基床表层位置的垂向加速度、竖向动位移均减小,竖向动应力和动剪应力相当,表明就静动力学分析,采用泡沫轻质混凝土替代常规填料填筑路基是安全、合理的。5.开展了泡沫轻质混凝土路基室内足尺模型试验,发现:该路基结构可保证良好的动应力扩散效果,具有较大的刚度,保证较小的弹性变形（动位移）,具有较小的塑性变形,保证较小的累积沉降值,能够保证轨道上部结构的平顺性,泡沫轻质混凝土路基具有良好的动力特性和长期动力稳定性,能够满足高速铁路路基的长期服役要求。6.针对现有泡沫轻质混凝土设备问题,研发了一种梳妆拨齿型纤维添加装置,采用新型高精度无尘粉料上料机和密封行星式搅拌机,基于先进数控技术,结合泡沫轻质混凝土发泡、混合和浇筑流程的需求,设计出了高精度、无扬尘、可掺加纤维的泡沫轻质混凝土发泡、混合和浇筑一体式多功能全自动连续生产线;对主体工程和辅助工程的施工技术进行了改善和创新,提出了分层跳区式施工工艺、简便的快速分区施工支挡结构、新型分隔缝施工和新型泡沫轻质混凝土养护系统;从施工前、施工过程中和硬化后三个阶段,提出了一套质量控制与检测的方法和指标。

关键词：高速铁路;泡沫轻质混凝土路基;结构性能;模型试验

学科专业：道路与铁道工程

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 选题背景、目的与意义

1.2 高速铁路路基材料与结构型式研究现状

1.3 现浇泡沫轻质混凝土材料特性

1.4 泡沫轻质混凝土国内外研究现状

1.4.1 泡沫轻质混凝土应用研究

1.4.2 泡沫轻质混凝土性能研究现状

1.5 研究内容及技术路线

1.5.1 研究内容

1.5.2 技术路线

第2章 泡沫轻质混凝土材料的物理性能分析

2.1 拌合浆体

2.1.1 试验目的和方法

2.1.2 试验结果与分析

2.2 流动性和稳定性

2.2.1 流值试验

2.2.2 稳定性测试试验

2.3 水化热

2.3.1 试验目的和方法

2.3.2 试验结果及分析

2.4 孔结构

2.4.1 测试方法

2.4.2 结果与分析

2.5 本章小结

第3章 泡沫轻质混凝土材料的力学性能研究

3.1 常规力学性能试验

3.1.1 试验方法

3.1.2 试验结果与分析

3.2 静动三轴试验

3.2.1 试验仪器与方法

3.2.2 静三轴试验结果分析

3.2.3 动三轴试验结果分析

3.3 本章小结

第4章 泡沫轻质混凝土耐久性能研究

4.1 渗透特性试验

4.1.1 吸附水试验

4.1.2 渗透试验

4.2 膨胀与收缩变形耦合试验

4.2.1 试验方法

4.2.2 试验结果与分析

4.3 水作用试验

4.3.1 含水率影响试验

4.3.2 干湿循环试验

4.4 冻融循环试验

4.4.1 试验方法

4.4.2 试验结果与分析

4.5 碳化试验

4.5.1 试验方法

4.5.2 试验结果与分析

4.6 本章小结

第5章 泡沫轻质混凝土路基结构型式设计与优化

5.1 泡沫轻质混凝土加筋试验

5.1.1 抗折试验

5.1.2 泡沫轻质混凝土板压缩试验

5.2 泡沫轻质混凝土路基结构设计

5.2.1 强度和刚度设计

5.2.2 防渗和特殊设计

5.3 泡沫轻质混凝土基床数值仿真分析

5.3.1 有限元模型的建立

5.3.2 结果与分析

5.4 本章小结

第6章 泡沫轻质混凝土路基室内足尺模型试验

6.1 模型试验方法和内容

6.1.1 模型试验设计

6.1.2 模型填料控制

6.1.3 元器件布置与埋设

6.1.4 试验设备和试验加载方案

6.2 试验结果与分析

6.2.1 静力特性

6.2.2 动力特性

6.2.3 长期动力稳定性

6.3 小结

第7章 泡沫轻质混凝土路基施工关键技术

7.1 工程概况

7.2 一体式泡沫轻质混凝土多功能全自动连续生产线

7.2.1 生产线工作原理

7.2.2 生产线设计

7.3 施工工艺研究

7.3.1 主体工程

7.3.2 辅助工程

7.4 质量控制与检测

7.4.1 施工前

7.4.2 施工过程中

7.4.3 硬化后

7.5 本章小结

结论

致谢

参考文献