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【天富娱乐登录】科学家研发一种超快硬化砂浆,可用于建造天然石材路面!

粘合天然石材路面通常用于历史街区,以满足功能和建筑美学标准。尽管它有很多优点,但由于节点和层理的各种结构失效,它很少应用于交通量大或高速旅行的地方。超快硬化砂浆用于天然石材路面被认为是减少这些破坏的替代方案。本研究的目的是开发高交通量使用超快硬化砂浆的捆绑石路面,并通过进行材料试验、板载试验、加速路面试验(APT)和落重挠度仪(FWD)试验进行全程评估。为了进行测试,在一个测试设施中生产了四种类型的路面:沥青路面、混凝土砌块路面和两种捆绑石路面。底基层(沥青和混凝土)的承载力分别为满意值的1.62和2.64倍。此外,车辙深度是在APT测试中使用横向剖面记录仪测量的,测试在197万累计等效单轴负载(ESALs)下终止。车辙深度测量中,沥青路面的挠度最大(16.0 mm),混凝土块路面深度为4.5 mm。A和B石块路面的竖向位移分别为3.0和1.5 mm。路面最大垂直挠度响应记录在0、0.4和197万ESALs。响应结果表明,它们受到层理和次基层材料类型的影响。有了这些结果,就有可能应用基线数据来设计高交通量或高速公路的刚性小单元路面。

相关论文以题为“Development of Bonded Natural Stone Pavement Using Ultra-Rapid-Hardening Mortar”发表在《Applied Sciences》上。


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一般情况下,在停车场、人行道和历史遗迹等交通量较小的特定区域,会使用天然石材铺路。特别是,由于其建筑美观和环境方面的原因,历史地区或城市经常需要石头铺路。一般来说,出于历史审美的考虑,建议在交通量较小的区域使用石砌铺路机。随着车辆数量和重量的增加,路面结构的恶化也成倍增加。

石铺结构的裂缝通常是由不同的方式产生的,取决于损害的来源。大多数结构破坏发生在表面层,特别是在铺设过程和灌浆填补石质元素之间的缺口。一旦重复轮载荷作用于路面表面,由于节理与层理之间的冲剪阻力不足,铺路石的垂直位移往往在节理材料处发生。当基质的石块崩塌时,铺路石的垂直和侧向运动是由于高牵引力导致的层理裂缝的结果,例如刹车、加速和转弯。

尽管已经开展了各种研究来评估各种路面结构的性能,但在路面设计过程中,需要根据长期经验进行经验确定,并进行现场测试。此外,全尺寸加速路面测试(APT)已经成为一种可靠和真实的加速模拟,以预测道路在短时间内的长期使用能力。由于这些众多的优势,世界各地的许多公路机构都采用了测试设施。首先,这些设施为研究人员提供了一个安全的测试环境。其次,APT可以以一种可控的方式快速地执行。最后,通过对车轮加载量和加载位置的管理,可以提高测试的准确性。然而,引入APT并没有对绑定石路面的长期性能进行具体的研究,需要在石元路面的进一步发展中确定。

基于这些原因,本研究的目标是建立基准数据和使用快速硬化砂浆的胶结石路面的拟议剖面的性能,以适应交通量大或高速行驶的情况。本研究在符合设计规范的前提下,构建了沥青路面、混凝土块连锁路面、两种不同类型的石路面等四种路面结构进行材料试验和加速模拟。APT试验前对路面结构所用材料的力学性能进行了验证,并通过落重挠度仪(FWD)试验和车辙深度测量,确定了试验路面在模拟过程中的垂向挠度响应和车辙变化。

路面轮廓

为了比较天然石绑定路面在每年少于1000辆的每日卡车运输量(AADTT)和60 km / h的行驶速度下的长期适用性,四种不同类型的沥青,混凝土砌块路面和两种不同的石材设计,已为APT实施了铺装路段。在本研究中,表层,铺设路线和基础路线被视为实验变量,图1提供了材料说明和横截面轮廓。

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图1.路面加速试验用路面横截面剖面图。

以沥青路面为例,如图1a所示,它是根据首尔市政府发布的沥青路面设计指南中的III类(不用于公交车道)道路轮廓进行设计的。这类道路的设计是针对加利福尼亚承载比(CBR)要求在5%-10%范围内并且超过1075 AADTT的普通道路设计的。由于重型车辆的运输量,地面铺设了厚度为120毫米的石沥青(SMA)混合料和耐磨层。为了支撑表面结构,固化了尺寸为160mm的沥青混凝土层作为基层。

混凝土砌块路面的设计(图1b)遵循比利时道路研究中心的标准路面轮廓,以应对高交通负荷。表层混凝土砌块尺寸为200×100×120mm(长、宽、高)。铺路机由层理砂支撑,层理砂厚度为20毫米。混凝土砌块与周围砂土互锁,进行缝填。深度为200毫米的基层沥青混凝土层覆盖在基层的顶部。

加速路面试验

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在评价路面结构的长期路面性能时,由于路面结构位于地面上,通常很难使用测试仪器。因此,通常引入APT来确定层状结构路面在加速损伤累积下的长期使用能力。APT是在一个特别设计的轨道上进行的,其中重型车辆模拟器被驾驶通过测试路面部分。在这个应用程序中,使用等效标准轴负载(ESALs)表示交通负荷更方便,这些数据来自美国国家公路官员协会(AASHO)的道路测试。例如,一个单轴负载与双轮胎重8.16吨相当于一个ESAL。

在本研究中,韩国高速公路研究所(KECRI)被指定为试验场,该研究所位于韩国京畿道华城市,拥有韩国加速加载环境模拟器(KALES)系统(图2a)。该仿真系统总面积为2060平方米,是由KECRI于1999年为加速仿真而专门开发的。重型车辆模拟器(HVSs)由三轴和双轮胎操作,行驶速度为20-22公里/小时,如图3所示。如图2b所示,增加了单轴负载,随着APT的进展,ESALs不断累积。

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图2.韩国加速加载环境模拟器和等效单轴负载(ESALs)的历史。


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图3.测试轨道的布局。

横向剖面测量

在APT完成后,利用横向剖面记录仪记录设计路面车轮路径和非车轮路径的车辙深度(图4)。该装置带有激光位移计,与HVSs沿同一方向行驶记录车辙。测量是为了比较APT末端的相对垂直偏转。

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图4.横向配置日志记录器。

结论

为了在交通量大或高速行驶的道路上实施石铺路,人们开发了快速硬化砂浆捆绑石铺路,以最大限度地减少这种限制。虽然已经有大量研究沥青和混凝土砌块路面,有限的研究进行了回顾的性能使用APT。目前的研究提供了一个评估拟议中的绑定石头路面,路面性能和测试与沥青路面,混凝土砌块,两种类型的石头路面由减轻相应的设计规范。首先通过板载试验来确定底基层的承载能力。试验结果符合建议要求。羽衣甘蓝的加速模拟进展了197万ESALs。车辙深度采用横向剖面记录仪和APT特定阶段的数据进行测量,记录沥青、混凝土砌块、石材a和石材B的最大终端车辙深度分别为16.0 mm、4.5 mm、3.0 mm和1.5 mm。此外,路面状况指数(PCI)的计算,用于识别路面结构的广泛状况,需要进一步研究,以确定在实践中提出的路面轮廓设计的数值评价。

论文链接:https://www.mdpi.com/2076-3417/10/10/3576/htm

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