高性能高速钢（共9篇）
高性能高速钢 篇1
混凝土是由具有胶结性质的材料、骨料或集料(如石、砂)以及填料(粉细颗粒)混合并浇筑成型后，经凝固硬化而粘结成为整体的一系列建筑材料。高性能混凝土是具有高工作度、高密实度和高耐久性的有掺合料、能泵送的混凝土，并且能够根据确定的环境因素和作用等级进行配合比设计。高速铁路高性能混凝土结构则在高性能混凝土的前提下对混凝土的性能提出了更高的要求，使得其应用更加具备铁路行业特点、性能更能够满足铁路运输生产的需要。代表着我国高速铁路高性能混凝土工程发展的趋势。高速铁路高性能混凝土结构应用在以下几方面:桥梁(桩基、承台、墩身、桥面混凝土、封端混凝土、托盘顶帽、支座、预制梁);隧道(衬砌);轨道系统(有碴轨道、无碴轨道、轨道板、轨枕低弹模低强度缓冲层、沥青混凝土);涵洞等。国内明确了高性能混凝土全套技术措施的工程有:杭州湾大桥、青藏铁路工程;高速铁路和客运专线。其中，京沪高速铁路是《国家中长期铁路网规划》中技术含量最高的工程之一，其投资规模最大，是我国第一条进入世界先进水平的高速铁路，所用混凝土强度等级全部控制在C30以上，混凝土技术性能全部按照高性能混凝土要求，其混凝土用量是长江三峡工程中混凝土用量的两倍。
高性能混凝土技术特性应当满足其特定的使用和环境，要求具有抗渗透性好、早期强度高、体积稳定性好、水化热小、易于浇筑、服务环境中长期力学性质稳定、耐久性好等特点。
高速铁路和客运专线对高性能混凝土特性提出了具有行业特点的新要求:采用电通量、抗裂性、抗碱骨料反应作为高速铁路高性能混凝土的基本耐久性指标，并且制定了更严格的原材料品质要求、混凝土流动度和强度等级要求。同时根据混凝土环境作用等级和施工技术以及结构部位等几方面要求，共同确定抗冻、抗腐蚀、抗渗性能等耐久性指标，充分体现了高速铁路高性能混凝土的先进技术和行业特点。高速铁路高性能混凝土的应用，涉及到原材料、配合比、力学性能、搅拌、浇筑、振捣、养护等一系列质量控制、耐久性能方面的内容。既有自己的特点，部分基本内容与普通混凝土的相关规定也保持一致，成为现代高性能混凝土技术与高速铁路工程应用的完美结合。高速铁路和客运专线的设计规定明确要求“桥涵主要承重结构设计应满足100年使用年限设计”，这对延长结构使用年限，提高我国高速铁路高性能混凝土材料的技术水平与应用起到了重要作用。
1 高速铁路高性能混凝土的组成
1.1 水泥
配制混凝土所用水泥除了水泥的活性外，还需要考虑水泥的细度、物理性质、化学成分、粒径分布等因素的影响。高速铁路高性能混凝土对水泥的技术性质提出了更高的要求。在选择时需要考虑以下因素:1)宜采用优质硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不宜使用早强水泥;2)应选用C3A含量低、(少于8%)C3S含量高的水泥。在配制高速铁路高性能混凝土时，一般不宜选用C3A含量高、细度细的R型水泥;3)水泥中的碱的含量必须与所配制的混凝土的技术参数相匹配。遇到含碱活性骨料应用较集中的情况，调整并限制水泥的总碱含量不超过0.6%;4)在充分试验的基础上，可以考虑采用其他高性能水泥。
1.2 矿物掺合料
矿物细掺合料是高速铁路高性能混凝土的主要组成材料之一，它能够有效改善普通混凝土的性能。加入较大量的磨细矿物掺合料，可以改善混凝土的内部结构，提高混凝土的后期强度，增强混凝土的耐久性，合理节约资源。其中某些矿物细掺合料还能起到抑制碱—骨料反应的作用。组成高速铁路高性能混凝土的矿物细掺合料颗粒级配构成合理，颗粒分布均匀，从而形成了更高的表面活性，更好地体现了细掺合料的粉体效应，所采用的掺量也远远多于水泥混合材料。比如其中磨细矿渣的掺量可以占胶凝材料总量的70%，甚至达80%。高速铁路高性能混凝土应首先选用需水量小的矿物细掺合料，这对于施工、养护以及混凝土的强度和耐久性都具有重要的意义。
粉煤灰:粉煤灰是高速铁路高性能混凝土常用矿物掺合料。所用粉煤灰应当采用含碳量低、需水量小、细度模数大的粉煤灰。其技术等级可为Ⅰ级或Ⅱ级。掺入粉煤灰的高速铁路高性能混凝土在满足相同工作度的条件下，能够合理降低用水量，充分改善和易性，其技术指标非常适合泵送混凝土的施工。这对于高速铁路高性能混凝土的机械化施工有着深远的现实意义。
此外，在高速铁路高性能混凝土中加入粉煤灰，有效放缓了胶凝材料的水化反应，使得水化热降低，混凝土凝结时间相对延长，使得混凝土的内外温度应力减少，有效地避免和减少了混凝土表面裂缝的产生，这一点特别有利于大体积混凝土的应用。低水胶比的粉煤灰混凝土掺入大量掺料后具有很多优异的性能(粉煤灰占胶凝材料总量可达50%以上)。虽然早期强度在常温下增长较慢，但后期强度得到大幅度提高，在充分养护的环境中，这一特点尤其明显。工程实践中发现，在一定范围内养护温度越高，强度增长越显著。在高速铁路大型桥梁高性能混凝土工程中，粉煤灰的应用有效地保证了高速铁路高性能混凝土的技术指标，同时也有效地降低了高速铁路高性能混凝土的成本，这对于我国高速铁路的推广和应用有着重要的作用。
粉煤灰的均匀性和良好的性能是满足高速铁路高性能混凝土良好技术性能的必要条件。在水胶比低于0.36的情况下，即使粉煤灰的掺量达到胶凝材料总量的50%，高速铁路高性能混凝土的60 d强度也可以达到60 MPa以上。加入粉煤灰还有利于提高硬化后混凝土的弹性模量，减少高速铁路高性能混凝土后期的收缩和徐变，同时起到抑制碱骨料反应和改善混凝土抗蚀性能的作用。目前粉煤灰的这一特性已经在高速铁路高性能混凝土中得到了很好的应用。粉煤灰对高速铁路高性能混凝土也有一定的不利影响:首先，掺入粉煤灰后，其火山灰反应消耗了一部分Ca(OH)2，使得混凝土的碱性降低，导致混凝土的碳化作用进程加快，耐久性受到影响。另外，粉煤灰中含有一定的碳吸附引气剂，在一定程度上降低了混凝土的含气量，使得高速铁路高性能混凝土的流动性有所降低。所以，必须严格控制粉煤灰的含碳量，以满足高速铁路高性能混凝土的性能指标。
磨细矿渣:炼铁时产生的粒化高炉矿渣是由炼铁时排出的高温状态下熔融的炉渣经急速水淬而成，其比表面积范围4 000 cm2/g～8 000 cm2/g。作为混凝土的掺合料使用，合理地利用磨细矿渣的活性，可以有效改善高速铁路高性能混凝土的性能参数，是拌制高速铁路高性能混凝土的重要组成材料之一。磨细矿渣的掺量可以达到胶凝材料总量的70%。掺入的磨细矿渣越细，其活性越高。与粉煤灰相比，掺入磨细矿渣后，混凝土的早期活性明显较高，同时7 d强度与普通混凝土基本相同，并且其后期强度还能够继续提高。除了粉煤灰和磨细矿渣以外，高速铁路高性能混凝土可以根据当地资源条件结合设计要求合理选用其他品种的掺合料。如:磨细石灰石粉、硅粉、石英砂粉以及其他一些细掺料。这些掺合料一方面能够有效填充混凝土颗粒材料的空隙，提高混凝土的密实度;另一方面又能够发生水解水化反应，改善混凝土的组成结构，同时还起到降低水化热的作用。从而在提高高速铁路高性能混凝土强度的同时，也极大地改善了高速铁路高性能混凝土的耐久性能。
1.3 粗骨料
高速铁路高性能混凝土对粗骨料的要求主要体现在粒形特征、品种、级配、粒径、强度以及碱活性等方面。天然岩石一般强度都在80 MPa～150 MPa，能够满足要求。因此配制高性能混凝土所采用的粗骨料粒形特征就显得非常重要，应选用针片状颗粒含量少的石子和粒径较小的石子。这样形成缺陷的几率小，有利于界面强度的提高。石子粒径要同时满足强度和施工性能的要求。
1.4 细骨料
高速铁路高性能混凝土所采用的细骨料，其细度模数最好为2.6～3.2，同时控制砂的级配、粒形、杂质含量、含泥量和石英含量等技术指标，应当选择级配曲线平滑、粒形圆、石英含量高、含泥量和含粉细颗粒少的天然河砂。
1.5 外加剂
用于高速铁路高性能混凝土的外加剂有减水剂、缓凝剂、引气剂等。其中高效减水剂是高速铁路高性能混凝土重要的组成部分，它能够有效降低高速铁路高性能混凝土的水胶比，同时保持良好的工作度，从而极大地改善了高速铁路高性能混凝土的性能。使得高速铁路高性能混凝土具有较高的强度和优异的施工性能，同时具有良好的耐久性，成为实现高速铁路混凝土高性能化的主要技术途径之一。a.缓凝剂:在高速铁路高性能混凝土中使用缓凝剂可以延长凝结时间，减少坍落度的损失，控制混凝土的硬化速度，增加混凝土施工的有效作业时间。与高效减水剂同时使用，还可提高减水率，增加混凝土的流动性，这对高速铁路高性能混凝土的应用有着极大的现实意义，有效缓解了高速铁路高性能混凝土工厂化集中拌制和延线分点浇筑混凝土的矛盾。不同的缓凝剂有可能出现与高效减水剂的匹配以及与水泥的相容性问题，在使用以前需要进行试验。缓凝剂的掺量要严格控制，以免因掺量过多而影响混凝土的早期强度或导致凝结时间过长。b.引气剂:在高速铁路高性能混凝土中适当地使用一定量的引气剂，能够提高混凝土的流动性，减少拌合物的分层、离析和泌水，提高混凝土的均匀性，从而最终改善混凝土的耐久性能。选用品质良好的原材料，较小的水泥用量和较小的水胶比，合理地应用高性能引气剂、减水剂和矿物掺合料，是实现高速铁路高性能混凝土技术性能的主要途径。高速铁路高性能混凝土要求外加剂与水泥之间应有良好的相容性。外加剂应具备坍落度损失较小、能够适量引气、减水率高的特点。使用后能够明显提高混凝土的强度、改善混凝土的耐久性。高速铁路高性能混凝土使用的外加剂须经中国铁路总公司鉴定或评审，并经中国铁路总公司产品质量监督检验中心检验合格。
1.6 水
拌和用水可采用饮用水。当采用其他来源的水时，水的品质应符合要求。
2 高性能混凝土的施工
高速铁路高性能混凝土应根据设计要求、施工要求、工程特点等方面针对不同混凝土结构的要求和施工情况，按照环境条件、依据不同特点进行施工。例如:在炎热季节搅拌混凝土时，采取在骨料堆场搭设遮阳棚、采用低温水搅拌混凝土等措施降低混凝土拌合物的温度，同时采取相应措施控制水泥的入搅拌机温度小于40℃。并调整施工时间，安排在傍晚或晚上，以确保混凝土的入模温度达到要求。浇筑混凝土时应采用分层的方式连续推移，要求间隙时间小于90 min，同时不得随意留施工缝。当昼夜平均气温连续3 d低于5℃或最低气温低于-3℃时，应按照冬期要求进行混凝土施工。
3 高速铁路高性能混凝土的养护
混凝土的养护是混凝土施工的关键步骤之一。混凝土强度的增长需要具备适宜的环境条件，需要适宜的温度和湿度。日光暴晒、风吹、骤冷、骤热都不利于混凝土强度的提高和耐久性的保证。高速铁路高性能混凝土由于水胶比小，如果混凝土表面水分蒸发失去后得不到补充，则会导致混凝土产生收缩裂缝，影响耐久性和强度。养护的目的就是使混凝土结构体保持适宜的温度和湿度，促进混凝土内部的水解水化作用，使混凝土的强度稳定增长，避免和减少混凝土产生收缩裂缝。高速铁路高性能混凝土的强度和耐久性指标有严格的规定。混凝土初凝后要立即进行洒水养护，以确保混凝土结构表面全部处于保湿状态。以提高混凝土的强度和耐久性，防止产生收缩裂缝。通常采取的措施是混凝土浇筑后立即喷养护剂或用塑料薄膜覆盖。
4 强度和耐久性
耐久性是高速铁路高性能混凝土的基本技术指标。环境对混凝土结构材料的作用，主要是温度、湿度及其变化，环境中的水、气、盐、酸等物质的影响。表现为钢筋的锈蚀和混凝土的腐蚀。为保障高速铁路高性能混凝土的耐久性，高速铁路和客运专线混凝土相关标准明确规定了自己的技术指标。除了以往普通混凝土常用的坍落度、强度和弹性模量测试外，增加了含气量、抗裂性、电通量、抗冻性、耐磨性、抗渗性等指标要求，使高速铁路高性能混凝土的耐久性得到了有效保证。其中，电通量是高性能混凝土施工全过程中必做的耐久性指标，抗裂性是配合比选定过程中进行的比对性试验。其他指标依据实际环境条件开展。
高速铁路高性能混凝土目前已经广泛应用于高速铁路桥梁、隧道等工程实际中，其混凝土施工技术得到了不断提高，理论体系也得到了进一步的完善。在京沪高速铁路、大西客运专线等工程中得到了具体的运用和发展。伴随着我国铁路事业的迅速发展，高速铁路高性能混凝土的研发和推广应用必将成为我国铁路行业混凝土工程发展的主要趋势。
摘要：对高速铁路高性能混凝土的基本理论、组成材料、施工和耐久性进行了分析,并对高性能混凝土在高速铁路和客运专线中的应用情况进行了研究,阐明了高速铁路高性能混凝土结构能够满足铁路运输生产的需要,是高速铁路混凝土工程发展的主要趋势。
关键词：高性能混凝土,粉煤灰,耐久性,电通量
高性能高速钢 篇2
一、 现行AC、AK型路面的不足及高性能沥青路面的先进性
1、AC、AK型路面的不足
我国从建设高速公路以来，沥青路面的设计一直采用马歇尔设计方法，其混合料类型的选择一般是：中、下面层采用空隙率小、不透水的连续级配沥青混凝土AC型，上面层则采用表面比较粗糙的AK型作为抗滑表层。AC型是一种密实型沥青混凝土结构，其矿料级配按最大密实原则设计，属于连续性级配，强度和稳定性主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力，因为结构密实、空隙率小，所以AC型路面的水稳定性较好。但是，由于其表面不够粗糙，耐磨、抗滑、高温抗车辙等性能明显不足，并且矿料间隙率也难以满足要求，通常采用减少沥青用量的方法来满足间隙率的要求，这样使沥青路面的耐久性能降低，因此，AC型在高等级公路的上面层已很少采用，主要用于中、下面层。由于防滑性能好，AK结构是高速公路上面层最常采用的结构。但是，AK结构的设计空隙率大，下雨后，水分容易渗入面层内，如果中、下面层比较密实，水分则聚集在上面层和中面层之间，并使上面层长期浸泡在水中，导致路面发生松散、坑洞等破坏；反之，水分会直接渗入基层，基层长期浸泡在水中，会发生松散、唧浆，从而使整个路面结构破坏，危害更大。
2、高性能沥青路面（superpave）的先进性
高性能沥青路面（superpave）是美国公路战略研究计划（SHRP）最重要的研究成果之一。高性能沥青路面作为SHRP研究成果的专有名称，它包含了沥青标准和集料标准、矿料级配曲线的组成规定和混合料的体积设计方法三大内容，提出了控制点和限制区的概念。高性能沥青路面的先进性在于它开发了一套全新的实验设备和方法，从根本上改变了现行试验方法和规范的纯经验性质，从而避免了由此带来的局限性，高性能沥青路面沥青结合料与混合料规范的新体系将试验方法与指标同沥青路面的路用性能建立起直接关系，通过控制高温车辙、低温开裂和疲劳开裂，来达到全面改进路面性能的目的，形成了一个基于路用性能基础上的沥青――沥青混合料设计新体系。
3、西户高速公路采用了高性能沥青路面
西户高速公路沥青路面结构原设计沿用了马歇尔设计方法设计的方案，上面层为4cm中粒式沥青砼抗滑表层（AK16-A），中面层为5cm中粒式沥青砼面层（AC-20I），下面层为6cm粗粒式沥青砼面层（AC-25I）。项目部组织人员对此方案进行了大量的调查、研究和论证，发现在我国已建成的采用此方法设计的高等级公路中，绝大多数沥青路面达不到路面使用寿命的一半，有的仅建成2~3年，甚至通车仅几个月，沥青路面就出现大面积破坏，造成了巨大的损失。为了改变这一状况，项目部和长安大学公路学院组成课题组，决定采用高性能沥青路面的设计思想，对沥青面层重新进行设计。
二、西户高速公路高性能沥青路面的设计与施工
1、高性能沥青路面的设计
课题组经过认真分析，决定维持中、下面层设计方案不变，只对上面层采用高性能沥青路面的设计方法重新进行设计，级配类型为super-19型。总体思路是：在减少极大颗粒含量的同时，控制细集料的含量，并且避开高性能沥青路面细集料限制区，使级配曲线向密实方向发展，以增加混合料的抗滑和防水能力。设计的主要步骤是:
（1）原材料选择
①沥青
西户高速公路高性能沥青路面沥青采用美国科氏AH-90沥青，其各项指标如表1所示：
沥青试验结果 表1
AH-90 检测结果
针入度(25℃，100g,5s) (0.1mm) 87
软化点（环球法） (℃) 46
闪点 (℃) 290
返度（15℃，5cm/mm） (cm) ＞150
溶解度 (%) ＞99.9
旋转粘度（60℃） (pa.s) 15.9
蜡含量（蒸馏法） (%) 1.8
密度（15℃） （g/cm3） 1.027
薄膜烘箱后残留物（TFOT,163℃,5h）
质量损失 (%) -0.03
返度(15℃,5cm/mm) cm ＞150
针入厚比(25℃) % 67
由表1中可以看出,科氏重交沥青符合规范“重交通道路石油沥青技术要求”的规定以及美国SHRP的PG64-28规定。PG64_28规定如表2所示,其中PG代表考虑路用性能的沥青结合料等级,即PG64-28表示该种沥青结合料可满足最高路面设计温度为64℃,最低温度为-28℃地区使用.
美国SHRP沥青路用性能规范PG64-28规定 表2
沥青使用性能等级 PG64-28
平均7d最高路面设计温度 （℃） <64
最低路面设计温度 （℃） >-28
原 样 沥 清
闪点（COC,ASTM,D92）,min （℃） 230
粘度ASTM4402,max,2pa・s 试验温度 （℃） 135
动态剪切（SHRP B-003）G*/sinδ,min,2.0 kPa试验温度@10rad/s （℃） 64
RTFTO(ASTM D2872) 残 留 沥 青
质量损失,max (%) 1.00
动态剪切（SHRP B-003）G*/sinδ,min,2.OkPa试验温度@10rad/s （℃） 64
PAV 残 留 沥 青(SHRP B-005)
PAV 老化温度 （℃） 100
动态剪切（SHRP B-003）G
*/sinδ,max,3OMPa试验温度@10rad/s （℃） 22
物理老化 实测记录
蠕变劲度,(SHRP B-002)S,max,200Mpa m值.min,0.35试验温度@60s （℃） -18
直接拉伸,(SHRP B-006)破坏应变,min,1.0%试验温度@1.0mm/min （℃） -18
②粗集料
粗集料采用西安市小峪料场生产的石料,根据现场调查,小峪石料洁净、干燥，没有风化和杂质现象，并且具有足够的强度和耐磨性。由于本次设计级配类型为Super-19型，因此，课题组采用了10~15、10~20、5~10三档粗集料。集料筛分结果如表3所示：
集料筛分结果表 表3
规 格 公称粒径（mm） 孔 径（mm）
26.5 19.0 12.5 9.5 4.75 2.36
S9 10~20 100 100 19.5 0.3 0
S10 10~15 100 98.2 18.3 0.4 0
S12 5~10 100 100 8.4 0
粗集料质量技术指标如表4所示
粗集料质量检验表 表4
项目规格 压碎值(%) 针片状含量(%) 含泥量(%) 视密度 吸水率(%)
10~20 15.8 14.2 0.61 2.747 0.11
10~15 15.8 11.0 0.70 2.742 0.36
5~10 15.8 13.9 0.79 2.735 0.48
经试验检测，小峪料场的石料为中性石料,与沥青的粘附性较差,其粘附性指标只能达到3级,因此,本次设计中采取了抗剥离措施,添加抗剥落剂,使用剂量为0.4%.
③细集料及填料
细集料采用西安市沣河的天然砂和泾阳料场的石屑,其筛分结果如表5所示:
集细料筛分结果表 表5
公称粒径(mm) 孔 径(mm)
9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
砂 100 95.8 85.5 64.1 39.3 16.8 9.8 2.7
石屑 100 95.7 50.0 32.2 23.1 15.5 11.4 7.5
天然砂和石屑的视密度分别为2.875g/cm3和2.691g/cm3,符合规范中“沥青面层用细集料质量技术要求”的规定，并且从表5的结果可以看出，工程中所用天然砂和石屑符合规范“沥青面层用天然砂砾”，“沥青面层用石屑规格”的要求。
填料采用石灰岩经磨细得到的矿粉，其视密度为2.787 g/cm3，含水量为0.87，无团粒结块现象。
（2）级配控制
高性能沥青路面混合料设计引入了限制区和控制点的概念，并且级配范围不固定。控制点是级配曲线必须通过的.一个范围，也就是说，按高性能沥青路面规定组成矿料级配曲线时，曲线粗集料的一端必须通过规定的几个控制点，限制接近最大粒径的颗粒数量。而限制区是级配曲线不能通过的区域，即曲线的细集料不能通过的区域，它的目的主要是为了限制混合料中的砂砾的含量，以避免混合料在铺筑过程中发生压实问题或抗永久变形能力不足。对于不同级配类型的控制点和限制区如表6所示：
矿料级配的控制点和限制区 表6
通过下列筛孔（mm）的质量百分率（%）
50 37.5 25 19 12.5 9.5 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 0.075
100 90~100 73.2 64.7 53.6 47.4 34.734.7 25.323.3~27.315~41 18.515.5~21.5
13.711.7~15.7 10.010.0 7.3 5.40~6
100 90~100 73.6 61.0 53.9 39.539.5 28.826.8~30.819~45 21.118.1~24.1
15.613.6~17.6 11.411.4 8.3 6.11~7
100 90~100 73.2 64.7 47.4 34.634.623~49 25.322.3~28.3 18.716.7~20.7
13.713.7 10.0 7.32~8
100 90~100 73.2 53.6 39.139.128~58 28.625.6~31.6 21.119.1~23.1 15.515.5
11.3 8.32~10
100 90~100 64.7 47.247.232~67 34.631.6~37.6 25.523.5~27.5 18.718.7 13.7 102~10
注：表中通过量下有横线者表示控制点位置，级配线需在其中间通过；框内的数字表示限制区。
从表6中我们可以看出，对于super-25而言，要求25.0mm通过率为90%~100%，2.36mm通过率为19%~45%，0.075mm通过率为1%~7%，其控制点少（只有6个），并且 控制点处范围较宽，这样就突破了以往级配应用中大家普遍采用的走中值的思路，给级配设计提供了相当大的灵活性，可以针对不同性质的集料设计出不同的级配曲线，同一种集料也可设计出不同的级配曲线，从中选择满足各项技术标准的最佳曲线。
由于高性能沥青路面沥青混合料设计级配是受控制点和限制区制约的，因此课题组对
super-19型沥青混合料设计了3个控制点和一处限制区，3个控制点分别位于标称最大公称尺寸、中等尺寸（2.36mm）和最小尺寸(0.075mm)处,限制区则沿最大密实度级配线存在于中等尺寸与0.3mm尺寸之间，这样就有效的限制了混合料中含砂过多或总砂量中细砂过多情况的发生，并且提高了路面的抗高温车辙、抗水损害的能力及耐久性。本次设计Super-19型级配控制点范围和限制区边界分别见表7和表8所示。
集料最大公称尺寸19mm 表7
筛子尺寸 控制点（%）
最 小 最 大
0.075 2 8
2.36 23 49
12.5 - 90
最大公称尺寸（19mm） 90 100
最大集料尺寸（25mm） 100 -
集料限制区边界 表8
禁区内筛孔尺寸（mm） 最大公称尺寸、最大最小边界（最小/最大通过百分率）19.0mm
4.75 --
2.36 34.6/34.6
1.18 22.3/28.3
0.6 16.7/20.7
0.3 13.7/13.7
（3）Super-19型沥青混凝土配合比设计
高性能沥青路面在室内用旋转击实仪做沥青混合料设计，按规定的体积设计法确定设计沥青含量，并将沥青混合料压实到实际路面在当地气候和荷载条件下所达到的密实度。
高性能沥青路面室内混合料设计的几个主要体积指标及其规定值如下：
①设计旋转击实次数时，混合料的空气率（Va）为4%。
②Va为4%时的矿料间隙率（VMA）随标称最大集料尺寸而异。
标称最大集料尺寸（mm） 9.5 12.5 19.0 25.0 37.5
最 小 VMA （%） 15 14 13 12 11
③Va为4%时，混合料的饱和度（VFA）随设计当量标准轴次（ESAL）而异，如表9所示，饱和度的标准随设计当量标准轴次增加而减少。
饱和度（VFA）的标准 表9
交通量ESAL(×106) 设计VFA(%)
<0.3 75-80
<1 65-78
<3 65-78
3-100以上 65-75
课题组对Super-19型沥青混凝土配合比设计采用混合料体积设计的方法进行设计。混合料体积设计是建立在经验基础上的且与集料和混合料性质有关的（包括集料破碎面与级配、空隙率和矿物集料骨架空隙率等）一种设计方法，混合料体积设计所用的沥青混合料空隙率为4%。课题组的设计过程主要分为两个阶段：
第一阶段：确定初始沥青用量和设计级配。
首先，课题组根据Super-19集料级配范围的要求选择了3个试验级配，如表10所示，分别测定出细集料、粗集料、矿粉的毛体积密度和视密度，以及级配混合料总的毛体积密度和视密度，并估计出全部集料的有效密度；
试验级配表 表10
孔 径 19 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
级配Ⅰ 100 85.2 67.7 47.2 29.9 21.4 15.9 11.0 8.7 6.8
级配Ⅱ 100 85.1 66.3 45.3 30.3 22.3 16.5 11.3 9.0 7.0
级配Ⅲ 100 82.0 65.9 47.2 33.5 25.4 19.1 13.2 10.7 8.6
其次，根据公式-1估计吸入沥青体积（Vbe）
Vbe =Ws×(1/Gsb-1/Gse) 公式-1
Ws --混合料重量百分比
Gsb --全部集料的毛体积率
Gse --全部集料的有效密度
再次，按照经验回归方程（公式-2）估计有效的沥青用量（Vba）
Vba =0.176-(0.0675)lg(Sn) 公式-2
Sn --集料粒径最大公称尺寸
然后，按照公式-3，根据吸入沥青体积Vba和有效沥青体积Vbe计算出初始沥青量Pbj。
Pbj = Gb×(Vbe + Vba)/Gb×(Vbe + Vba)+Ws 公式-3
Gb--沥青密度
经过计算，级配Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的初始沥青用量分别为4.4% 、4.4%和4.3%。
最后，课题组根据交通量等级和平均设计气温选择压实力，按照选择的试验级配和计算出的相应初始沥青用量压实试件，确定设计集料级配为级配I。
第二阶段：设计沥青用量的选择
设计集料级配确定以后，就要选择设计沥青用量。设计沥青用量是指在设计旋转压实次数条件下产生空隙率为4%的沥青用量，因此，需要在几个不同沥青用量下压实沥青试件，然后进行选择。对于级配I，课题组选择了4.2%、4.4%、4.7%、5.2%、5.7%五个不同的沥青用量，按照集料级配压实试件，根据压实结果，通过沥青用量和空隙率、密度、VMA和VFA的关系，选择空隙率为4%的沥青用量即4.5%做为设计用量。
2、高性能沥青路面的施工
（1）摊铺
连续稳定的摊铺是提高路面平整度的主要措施。Super-19型沥青混凝土在施工中用一台摊铺机摊铺，根据拌和机的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度课题组将摊铺机的摊铺速度定为2~2.5m/min，容许放慢到1~2m/min，并且要求均匀、不间断地摊铺。
摊铺机应调整到最佳状态，调试好螺旋布料器两端的自动料位器，并使料门开度、链板送料器的速度和螺旋布料器的转速相匹配。螺旋布料器的料位应高于螺旋布料器中心，使熨平板的档料板前混合料在全宽范围内均匀分布，并在起步前将料位整好，然后实施摊铺，避免摊铺层出现离析现象。
Super-19沥青混凝土出料温度控制在150~165℃，前场的摊铺温度控制在150℃以上，混合料超过190℃就必须废弃。课题组根据每天的气温确定混合料出料温度采用上限还是下限。
（2）压实
Super-19沥青混凝土的压实程序与普通沥青混凝土相同，也分
为初压、复压和终压三个步骤。初压紧跟在混合料摊铺后进行，温度不低于150℃，采用12~13T双钢轮压路机静压1~2遍，其线压力不宜低于35N/mm，速度为2~3km/h，并不得产生推移和发裂现象。
复压时先用25T左右重型轮胎压路机进行揉搓碾压2遍，轮胎充气压力不少于0.55Mpa，然后用12~15T双钢轮振动压路机碾压1遍，前进时关闭振动，后退时打开振动，振动频率宜为35~50HZ，振幅为0.3~0.8mm。
终压在复压后进行，用12~15T双钢轮压路机静压2遍，使沥青砼表面无明显轮迹。终压后，表面温度不能低于90℃，当路面温度低于50℃时允许开放交通。
三、结论
1、高性能沥青路面是一种考虑路用性能的沥青混合料设计方法，该方法从材料体系入手，系统地分析沥青混合料性质，通过沥青混合料配比设计，从材料组成方面控制和减少路面产生永久变形、疲劳开裂和低温开裂。它与马歇尔设计方法的不同点在于：一是课题组根据不同的交通量等级选择不同的压实参数，使荷载条件反映到沥青混合料的设计当中；二是课题组采用了旋转压实成型试件，使试件中集料分布更接近于工地现场压实情况，具有代表性；三是课题组采用了大尺寸试件，试件直径150mm，大粒径的集料可以在试件中均匀分布，减少了马歇尔试件由于尺寸小而产生的实验结果的变异性；四是课题组在试件成型过程中增加了混合料的短期老化，使混合料性质与实际生产使用的混合料一致。
2、高性能沥青路面Super-19试验路马歇尔试验结果如表11所示：
试验路马歇尔试验结果 表11
油石比 稳定度 流值 空隙率 饱和度 沥青体积百分率 粒料空隙率 压实度
室内配料 4．7 11．55 21．3 4．38 70．9 10．6 15．0 ――
现场取料 4．7 17．69 28．2 3．7 74．3 10．7 14．4 98%
由试验结果可以看出，Super-19沥青混凝土上面层满足高性能沥青路面的各项标术指标要求，并完全达到和满足现行规范马歇尔技术指标要求，高温稳定性、水稳性以及表面抗滑性能等技术指标都有很大提高。
3、西户高速公路于12月正式通车，这是陕西省第一次采用这种方法对沥青上面层进行设计和施工，改善了路面的使用性能，也为高性能沥青路面的推广提供了第一手资料。
参考文献
1.沙庆林 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防 人民交通出版社
高性能高速钢 篇3
关键词：煤矿；主供水管道；复合式高速排气阀；缓冲器
鸳鸯湖矿区地处宁夏回族自治区宁东煤田河东规划区内，矿区分布着梅花井煤矿、石槽村煤矿、麦垛山煤矿及红柳煤矿。横穿矿区的黄河水供水工程担负着矿区生产生活用水的任务。鸳鸯湖矿区供水工程的水源采用鸭子荡水库的黄河水，经过宁东水务公司的净化处理后加压输送至水务公司古窑子加压泵站，通过古梅管路，梅石管路以及石红管路输送到矿区各大煤矿。矿区主供水管路采用DN800PCCP管，DN200复合式高速排气阀，设计运行压力为2.5MPa。从古窑子至红柳加压泵站管路总长42.48km。
供水系统正常运行时，或多或少会有少量空气进入管道，同时，管道内的水在常温下会自然析出部分微量空气，特别是温度有变化时更明显，由于空气的可压缩性，由供水压力而生成的压缩空气囊破裂瞬间产生的体积变化，形成瞬间的局部超高压将管道或阀门打裂，发生爆管，对供水系统的安全稳定运行极为不利，也给矿区的生活生产带来很大损失。从古窑子至红柳加压泵站主管路上安装了38台FGP4X系列复合式高速排气阀，用于排出系统正常运行过程管线中的多余气体。但是通过2013年至2015年的长期运行，发现管路排气阀存在严重的安全隐患，因排气阀漏水而进行的抢修20余次，年平均检修率在20%左右，其漏水能够加速阀门井内钢制短节腐蚀，长时间漏水造成管路土质稀松导致管路下沉，极易引起管路爆管事故，严重威胁管路安全运行。
1 复合式高速排气阀原理
由于内部浮球的作用，普通排气阀都具有充水时排气、排水时吸气的功能，但在实际使用过程中，尽管阀体内部设有护筒，可以抵挡高速气流的冲击，但在高速排气状态下阀体内部会产生高速的扰动气流，在此影响下，浮球所受的气动力大于浮球的重力，浮球就会被高速气流吹出堵塞排气阀口，导致大量空气滞留在管道内，排气作用得不到发挥。
复合式高速排气阀是利用伯努利理论制造的一种能在气流下保持全开，当实心水柱上升时，浮球能够马上被浮起并严密封闭排气口的浮球式排气阀。排气阀采用特定的浮球直径，使得它产生的气流动力能维持浮球在气流经过时开启（浮球），实心水柱上升时产生的浮力又能使其浮起，配之入口处以一个合适角度的圆锥体，可以做到不管气压多大，气流速度多高，排气口也不会被堵住。
2 复合式高速排气阀高故障率分析
通过对故障排气阀维修发现，各种要因中浮球变形、破裂，无法封水占75%，内部连杆、护筒损坏占16%，环境影响7%及其他因素2%。浮球存在多处变形情况，顶部凹陷严重，使得密封垫不能有效密封，在长时间使用中能导致排气阀漏水；小部分排气阀内连杆、护筒有变形损坏，不能有效保障排气阀内浮球在充水过程中的垂直运动，无法达到封水效果。结合排气阀运行的实际工况条件分析，可能存在以下缺陷：主管路运行在最高压力1.5MPa左右时，运行压力较大，且管路距离长，在启、停泵状态下，管路中水流状态突然发生剧烈变化，产生瞬间大于正常运行压力的局部压力，水流气流在排气阀处形成较大的水锤冲击，使排气阀内部浮球及连杆受到不可逆的冲击破坏，排气阀无法正常封水。
3 改造方案
复合式高速排气阀频繁故障的原因可能是主管路进入阀体内部的瞬间压差太大造成的，要消除这种不利的运行条件，应在主管路T接至排气阀DN200的支管上加装一个缓冲装置，通过缓冲装置的水气混合介质的压力整体下降，进入阀体后既不会破坏阀体内部结构而且正常实现进排气的功能，保证管路安全运行。
根据科学合理，简单可行，经济适用的原则，缓冲装置的制作方法如下：
①切割与排气阀通径相同的钢管200mm，切割三块厚度5mm、直径略小于排气阀3-5mm的圆形钢板。②将三块钢板上面打孔，孔径10mm，孔距15mm，为保证排气效果，每块板上打孔的数量不少于40个；③将三块钢板等距焊接在钢管内，在钢管两侧焊接DN200法兰盘，进行防腐刷漆后，排气阀缓冲器制作完成。
4 方案实用性评价
经过制作完成的DN200复合式高速排气阀缓冲器，安装在石柳DN800 PCCP管58#桩的排气阀上，此处排气阀因为浮球、护筒被损坏而更换过阀体。经现场观察，排气阀在安装缓冲器之前受到管路最大冲击压力为0.92MPa，安装缓冲器之后受到管路最大冲击压力0.58MPa。通过安装排气阀缓冲器，排气阀所受管路最大冲击压力有明显降低，并且排气阀在排气过程中，内部浮球与护筒的撞击声音明显减小，确实能够有效减少开停泵时管内气水混合介质对排气阀的剧烈冲击作用，保护浮球、护筒不受破坏。
2014年6月24日，工作人员对石柳DN800 PCCP管58#桩加装缓冲器的排气阀进行了效果检查，排气阀在安装缓冲器运行半年后，阀体内部浮球、护筒仍完好无损，排气阀无漏水现象，可正常运行。
2014年下半年至2015年上半年先后对古梅管路、梅石管路及石红管路几处排气阀检修率高的地点均加装了缓冲器，加装缓冲器后的排气阀运行正常，没有再出现漏水维修的状况。
5 结语
经过本次技术改造，彻底解决了鸳鸯湖矿区供水工程中主管路上复合式高速排气阀高维修率的情况；通过研究制定排气阀缓冲器的制作安装方案，有效地保护了排气阀的“心脏”，降低了对管路运营维护检修成本，为矿区的安全供水打下了良好基础。
参考文献：
[1]荆波湧.神华宁夏煤业集团有限责任公司鸳鸯湖矿区供水工程方案设计[D].中煤西安设计工程有限责任公司，2007.
[2]沈金娟.长距离输水管道排气阀的合理选型及防护效果研究[D].太原理工大学，2013.
[3]何伟华.供水管网常用管材和阀门[J].北京：中国建筑工业出版社，2011（4）.
高速高性能TE光纤解决方案 篇4
大连国际金融中心——大连期货大厦, 由世界第二大农产品期货市场大连商品交易所巨资打造。未来的星海湾将集金融商务区、会展经济圈、五星级酒店群、城市旅游带、高尚居住区、顶级商业场所为一体, 形成复合型、现代化国际湾区, 是大连全新黄金CBD核心。大连国际金融中心—大连期货大厦, 总建筑面积217 090平方米, 地上53层, 地下3层, 写字楼占地面积近12万平方米, 停车位1 600个, 建筑总高242.8米, 为东北目前建成的第一高建筑, 具有国际标准的硬件指标, 俯瞰山、海、城市3重景致, 整个区域绿化率高达43.8%, 独有近2万平米的城市中心绿化广场, 与世界第一大广场遥相呼应, 堪称“城中之城”。大连商品交易所同城灾备数据中心是继2009年期货大厦后的又一大型建设项目, TE安普布线以良好的产品质量优势取得了此项目并且沿用大厦采用的AMP布线品牌。
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论高速铁路高性能混凝土施工技术 篇5
在《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》中, 对工程施工质量的定义是:“包括其在安全、使用功能及其耐久性能、环境保护等方面的特征总和”。由此可见, 高性能混凝土是高速铁路材料发展的必需品。近几年, 随着我国社会经济的发展和人们生活水平的提高, 高速铁路成为社会进步的一个重要标志也成为大众出行的首选。由于铁路建设的标准、技术、质量目标要求较高, 所以对建设高速铁路的基础材料—混凝土自然要求更高。在高速铁路施工过程中, 由于配合比设计不合理, 施工技术不到位, 后期的养护不科学等一系列的问题都会导致高性能混凝土不能满足高铁建设的需要。因此, 做好高性能混凝土的配置、施工、养护对充分发挥混凝土的高性能具有重要的意义。
1高性能混凝土概述
1.1 高性能混凝土的定义
高性能混凝土是一种新型高技术混凝土, 是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标, 针对不同的用途要求, 对“耐久性、工作性、实用性、强度、体积稳定性和经济性等”给予保证和重视。因此高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比, 选用优质原材料, 并且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。
1.2 高性能混凝土的独特性能
(1) 高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗透能力, 但是不一定具有高强度, 在《高性能混凝土暂行技术条件》中, 把高性能混凝土强度规定为满足混凝土结构耐久性要求的最低强度。一般情况下, 中、低强度亦可。
(2) 高性能混凝土具有良好的工作性, 混凝土拌和物应具有较高的流动性, 混凝土在成型过程中不分层、不离析, 易充满模型;泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。
(3) 高性能混凝土具有较长的使用寿命, 对于一些特护工程的特殊部位, 控制结构设计的不是混凝土的强度, 而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地使用50年以上, 是高性能混凝土应用的主要目的。
(4) 高性能混凝土具有较高的体积稳定性, 混凝土在硬化初期应该具有较低的水化热, 硬化后期具有较小的收缩变形。
2高性能混凝土配合比设计研究
2.1 高性能混凝土配合比设计方法
高性能混凝土使用的原材料比较多, 技术要求较高。到目前为止还没有一个统一计算的方法。但是根据混凝土配置的经验和实践, 我们总结出一个常用的方法。该方法也是一个经验试验法, 主要的思路是把混凝土按照密实体积分为了两个部分:其一是由水泥、水、外加剂和掺合料构成了胶结材料浆体;其二是砂和石子构成了骨料基体。具体的步骤为:①首先计算出空白混凝土的初步配合比;②根据经验初步确定外加剂和细掺料的掺量, 通过流动性的实验调整, 和抗裂性的对比实验确定基准配合比;③对强度和耐久性实验进行调整, 以确定实验室理论的配合比, 最后再通过换算确定施工配合比。
2.2 高性能混凝土配制的关键技术
高性能混凝土在配合比设计的过程中试验调整是很重要的环节, 要做好实验调整, 需要掌握高性能混凝土配制的关键技术:①掺合料的合理使用。包含了掺合料的选择, 各种掺合料之间的复合, 掺合料的掺量, 可确定不同的方案, 通过抗裂性、流动性、强度和耐久性等的对比实验进行优化, 其中抗裂性和流动性对比试验是最为关键的;②各种添加剂的合理使用。包含了外加剂的选用, 各种外加剂之间的复合, 外加剂的最佳掺量, 如何达到和水泥间的良好相容性。通过水和水泥的相容性的对比实验, 进行优选。所以相容性对比实验是最为关键的;③混凝土开裂和防裂的控制。包含了原材料的选用, 水化热的控制, 配合比参数的控制, 在施工的过程中, 温度的控制, 养护措施保证等, 通过抗裂性对比实验进行优选。
综上所述, 能否配置出合格的高性能混凝土的关键, 就是掌握好以上三个关键技术。
3高性能混凝土对原材料的要求
3.1 水 泥
水泥应选用硅酸盐水泥或普硅酸盐水泥。水泥中C3A含量应不大于8%, 细度控制在10%, 碱含量小于0.8%。为了更好地达到各项指标, 水泥的存放时间以3 d为宜。
3.2 矿物掺和料
矿物掺合料选用品质稳定的产品, 矿物掺合料的品种宜为粉煤灰、磨细粉煤灰、矿渣粉或硅灰。其中粉煤灰的细度≤20%, 烧失量≤5%, 含水量≤0%, 氯离子含量≤0.02%。
3.3 外加剂
高速铁路外加剂宜采用聚羧酸系列产品, 其中, 减水率不应低于20%, 硫酸钠含量小于10%, 碱含量不得超过10%, 硫酸钠含量小于10%, 外加剂中的氯离子含量不得大于0.2%, 含气量不小于3%。
3.4 细骨料
对于高速铁路工程来说, 细骨料应选用处于级配区的中粗河砂, 砂的细度模数要求为2.6～3.0。
3.5 粗骨料
在选择粗骨料时, 要控制大骨料的含量, 大骨料的含量超标, 将直接影响保护层外侧混凝土的质量, 会导致混凝土的表面产生干裂纹。碎石粒径宜为5～20 mm, 最大粒径不应超过25 mm, 级配良好, 压碎指标不大于8%, 含泥量低于1.0%, 骨料水溶性氯化物折合氯离子含量不超过集料质量的0.02%。
4高速铁路高性能混凝土施工技术
4.1 施工前的准备工作
施工前确定并且对从事混凝土关键工序施工的操作人员和试验检验人员进行培训;对整个施工过程, 要制定严密的施工技术方案, 尤其是制定明确的混凝土养护措施方案;明确施工质量的检测防范, 质量的检测方式和标准应该符合国家和铁道部的相关标准要求, 保证检验结果的真实可靠;对于不同混凝土结构的特点和施工季节、环境条件等, 对混凝土进行试浇筑, 验证并完善混凝土的施工工艺, 及时处理发现的问题等。
4.2 原材料的储存
混凝土原材料进场以后, 对原材料的品质、规格和数量以及质量等都要进行检查验收, 并按照相关标准的规定取样调查, 经过检验合格的原材料才能使用;对混凝土要按照种类、强度等级分批堆垛, 堆垛的高度要小于1.5 m。堆垛应该离地面0.2 m以上, 并且距离四周墙壁0.2 m, 或者要预留出通道;对散装的水泥储存的过程中, 要采取措施降低水泥的温度或者避免放置在温度过高的地方。
4.3 混凝土的搅拌
首先, 混凝土原材料要严格按照施工配合比要求进行准确的称重, 称重最大的偏差应该符合以下标准:外加剂±1%;骨料±2%;水泥±1%;拌合用水±1%;其次, 在混凝土搅拌之前, 要严格的对粗细骨料的含水率进行测定, 测定因为天气的变化而引起的粗细骨料含水量的变化, 以便及时的对施工中配合比进行调整;最后, 使用强制搅拌机对混凝土进行搅拌, 使用电子计量系统称量原材料。在搅拌的过程中, 先把细骨料、矿物掺合料、水泥和外加剂放入搅拌机中, 搅拌均匀, 再加入适量的水, 带砂浆充分搅拌之后, 然后放入粗骨料, 直至搅拌均匀。搅拌时间在2～3 min为最佳。
4.4 混凝土的浇筑
混凝土在浇筑之前, 要根据建设的高速铁路工程特点, 施工环境和施工条件等设计浇筑的方案, 这包括浇筑起点、浇筑进展方向以及浇筑的厚度等;此外还要检查钢筋保护层垫块的位置、数量以及紧固的程度, 对于构件侧面和地面的垫块至少要安排4个;钢筋的铁丝头和绑扎垫块不能伸入到保护层中。混凝土浇筑时的自由倾落高度不能大于2 m, 混凝土的浇筑采用分层连续推移的方式进行, 间隙时间不得超过90 min, 不能随意的预留施工缝;对混凝土每一次摊铺厚度不应大于400 mm。对竖向结构的混凝土进行浇筑时, 底部应该先浇入50～100 mm后的水泥砂浆。在对大体积混凝土结构进行浇筑的过程之前, 要根据混凝土结构的截面尺寸的大小采取必要的降温防裂措施。
4.5 混凝土的振捣
在高速铁路工程建设的过程中, 对混凝土的振捣主要采用的是插入式振动棒、表面平板式振捣器等设备对混凝土进行振捣。在振捣的过程中应该避免对模板、钢筋以及预埋件的碰撞;在混凝土浇筑过程中及时将入模的混凝土均匀振捣密实, 不得随意加密振点或者漏振, 每点的振捣时间以表面泛浆或者是不冒大气泡为准, 一般不超过30 s。在振捣混凝土的过程中, 应该对模板支撑的稳定性和接缝的密合的情况进行检查, 以防止出现漏浆的情况。混凝土浇筑完成以后, 要把混凝土暴露面压实并且抹平, 抹面过程中要严禁洒水。
5高速铁路高性能混凝土的养护
鉴于高性能混凝土和普通混凝土的不同, 高性能混凝土有其自身特殊的养护方法。
5.1 轻骨料吸水养护
现阶段, 常用的多孔陶粒等轻质材料, 在经过浸泡饱和以后加入到混凝土中, 其作用是将内部粗大孔隙中的水分供给水泥石体系。这样不但能够促进胶凝材料的进一步水化, 还能减少因为水化引起的内部湿度的降低。这种轻质材料吸水养护对抑制高性能混凝土的自收缩有较好的效果。
5.2 带模供水养护
在使用钢模板施工时, 和钢模板相互接触的混凝土面, 在拆除钢模前是无法进行供水养护的。所以, 在高性能混凝土进行浇筑的过程中, 采用可带模供水养护的内衬憎水塑料钢模板。其原理是利用模板内衬的多孔材料可以吸收大量的水分, 与此同时, 钢模板的憎水性, 还能释放出一定的水分, 提供给混凝土的养护。在混凝土初凝以后, 向内衬的多孔材料进行水分的供应, 能够达到对混凝土的养护作用。
6总结
在高速铁路工程建设的过程中, 对高性能混凝土的耐久性、强度、质量、技术等有较高的要求, 这也是为适应我国高速铁路的运行。因此, 对高速铁路高性能混凝土的材料、配制、配合比、施工前的准备、搅拌、浇筑、振捣、养护等都要严格遵守《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》中的规定, 只有这样才能保证高速铁路工程的高质量施工, 促进高性能混凝土在高铁工程上应用的发展趋势。
参考文献
[1]吴志宏.客运专线铁路高性能混凝土施工技术[J].混凝土技术, 2009, (8) .
[2]李洪亮.高性能混凝土配合比设计及施工技术[M].长春:吉林大学出版社, 2008.
高性能高速钢 篇6
1.1 高性能混凝土的定义
高性能混凝土是由美国在上世纪50年代提出的。大部分人员认为:高性能混凝土比较容易进行浇注、捣实、而且不会出现离析的现象,可以确保其高强度以及稳定的体积和韧性,即使是环境十分残酷,也可以保持很长的寿命。换种说法也就是说这种混凝土不需要很强,但要保持在55MPa以上,要具有超高的化学腐蚀性等相关的性能。日本则认为,高性能混凝土是一种具有高填充能力的的混凝土,不需要在拌和阶段进行振捣就可以将浇筑完善下来;在水化以及硬化的初期阶段极少会有水化热或者是干缩等原因导致的裂缝出现;在经历了硬化阶段之后,就要确保混凝土具有应有的强度及韧性。加拿大相关学者认为,高性能的混凝土要具备高弹性的模量以及高密度和低渗透性以及抗腐蚀能力十分高的混凝土。但是我国的学者则坚持:利用普通材料以及工艺生产,达到混凝土结构需要各个方面的力学性能,从而确保混凝土的耐久性以及工作性。不难看出对于高性能混凝土的定义目前还没有完全统一的标准,但我们可以广泛的这么认为高性能混凝土是一种具有高耐久性(主要体现在高抗渗性)、高体积稳定性(主要体现为低干缩、低徐变、低温度变形和高弹性模量)、适当的抗压强度、良好的施工性(比如高流动性、高粘聚性、自密实性等),这么一些性能的混凝土。
1.2 高性能混凝土的组成及结构特点
混凝土主要是由水、胶凝材料、骨料这三中物质组成,高性能混凝土也是混凝土的一种其最基本组成也是那三种物质;为了使其能够获得比普通混凝土更优的物理化学性能,我们会在三种最基本的组成材料外再加入其他的外参剂比如减水剂、引气剂、矿粉等;由此可以看出高性能混凝土是一种多相组成材料,其微观结构中主要包含气相、液相、固相这三相,因此其结构本身就容易产生缺陷或者说其就是一个缺陷综合体;而我们所做的质量控制其最根本性的目标就是要努力减少不同相之间的弱结合力,使得不同相能够结合的更紧密形成一个整体。
2 高性能混凝土质量控制方法
2.1 原材料的控制
(1)胶凝材料质量的控制。目前常用的胶凝材料是水硬性的材料即水泥,水泥也有很多种类这根据具体的要求和施工条件来选择;对于高性能混凝土来说耐久性和稳定性是两个非常重要的指标;而胶凝材料是混凝土能够固化成整体的关键性材料。
我们在选择胶凝材料也就是水泥的时候主要要考虑三个指标:凝结时间、强度、水化热:①凝结时间:混凝土从拌制到浇筑成型中间是有一个时间差的,而我们混凝土的凝结时间长短与否就取决胶凝材料的凝结时间,选择适宜的凝结时间的胶凝材料对于混个凝土质量的控制有着重要的作用,比如当运输距离较远时应选择凝结时间稍长的胶凝材料,这样在混凝土施工过程中能够有效的避免出现混凝土冷接缝断层、以及大体积混凝土施工的连续性等问题;②水化热:大体积混凝土施工过程中需重视的一个问题就是胶凝材料水化热的发散,水化热会在混凝土内部产生热应力使其产生裂纹而对混凝土造成破坏;因此高性能混凝土应该选择低水化热的水泥作为胶凝材料;③强度:根据混凝土的结构特点,可以发现整个混凝土组成相能够紧密的接合在一起形成整体,主要是靠胶凝材料的胶凝作用联系在一起;各相之间的界面结合的强弱一方面取决于材料本身物理排列结构,另一方面就取决于胶凝材料的“粘结”是否牢固;而这种牢固性反映到宏观就是胶凝材料的强度大小。
(2)骨料质量的控制。骨料主要指的是砂、石;顾名思义骨料就是指在混凝土中起骨架作用的材料,选择好适宜的骨料组成对混凝土的工作性以及混凝土结构物稳定性具有关键性的作用;好的骨料主要可以从这几个指标来判断:骨料强度、骨料颗粒性状、骨料的级配、骨料碱活性大小。
实际选材时我们应该选择碱活性低或者非碱活性骨料,这可以有效抑制碱活性反应的发生而对混凝土的结构产生破坏;选择级配好的骨料在混凝土内部形成致密结构提高混凝土强度和耐久性,选择粒型饱满的骨料可减少混凝土坍落度损失并提高工作性,选择强度高的骨料可在相同混凝土强度条件下也可以减少水泥的用量从而节约成本。
2.2 配合比调整控制
混凝土配合比的调整既是施工要求也是节约成本必然途径,混凝凝土配合比优化主要可从以下几个方面进行考虑:(1)根据施工要求确定混凝土配制强度和施工坍落度:基于混凝土安全性和经济性的考虑,混凝土配制强度的标准差(富裕)务必要严格符合工程建筑的施工建设要求。此外,由于在混凝土的运输、密实、浇筑等过程中混凝土的工作性会有不同程度的损失,所以应尽力保证混凝土在施工浇筑时的工作性能低于其在初期设计时的工作性能,以有效确保混凝土在浇筑时性能符合相关的技术要求。基于这方面的考虑,在对混凝土进行室内试配设计时最好将混凝土的坍落度预先设计得偏低,并且通过增大混凝土水泥浆量或者加入符合要求外加剂等措施来将室内试配的混凝土坍落度提高到实际要求的坍落度;(2)确定单位用水量,选择水灰比:混凝土单位用水量的确定需要全面考虑到混凝土所允许外加剂的性能以及混凝土集料的级配、粒形。而混凝土水灰比的确定只依赖于混凝土的设计强度和水泥强度,这是因为混凝土水泥浆体的空隙率在很大程度上影响着混凝土的水灰比。所以说应该尽力确定混凝土强度与其水灰比之间的相互联系,以保证混凝土的水灰比最为合理;(3)确定混凝土砂率:基于混凝土密实度理论,在对混凝土配合比进行设计时最好让单位面积的混凝土中填充的集料体积最大化;另外混凝土流动性也主要来自于水泥砂浆的润滑作用;砂浆太多混凝土容易离析、太少流动性不够影响混凝土工作性。因此可根据实际混凝土试拌来确定合适的砂率;(4)确定外加剂和掺和料的类型和掺量:选用的外加剂应尽量使混凝土的生产制造性价比最高。混凝土外加剂在确定前务必要进行室内试配,并且进行混凝土试配的外加剂数量至少要有4种。而掺合料类型和掺量的确定主要从以下两个方面来考虑:一方面严格控制混凝土粉煤灰的含量,使其低于12%,以有效提高混凝土的和易性;另一方面尽量使得混凝土粉煤灰的含量介于12%与28%之间,矿渣的含量介于25%与65%之间,以尽量降低混凝土的水泥量。
2.3 混凝土结构物后期养护质量控制
混凝土养护是混凝土施工的主要内容之一,对保证混凝土强度等性质以及确保工程质量具有重要意义。混凝土在成型后,其强度发展历程取决于其中的胶凝材料在水化期间所处的温度、湿度环境和水化的龄期,同时还与胶凝材料的组成和水胶比有关。因此,为保证混凝土的强度发展,防止混凝土因失水而表面脱皮、松散、产生干缩裂缝等现象的发生,需要实施必要的养护措施,即将混凝土置于一定的温度、湿度环境之中,并保持一段时间。
(1)养护方式:现场混凝土结构物的养护主要是自然养护:混凝土在自然条件下,采取浇水湿润、防风防干的方法进行养护。混凝土结构物的水平方向的养护可采用湿麻袋、苇席、锯末、湿砂等覆盖物覆盖;而混凝土垂直方向的养护可采用人工洒水、压力喷洒等方法。
(2)养护时间:开始洒水养护的时间,一般在浇筑后12-18h。混凝土浇筑的气温以及相关的材料会对养护的时间产生很大的影响。通常在气温为10摄氏度的时候,硅酸盐水泥混凝土要大于14天,别的混凝土要大于21天,而如果是大体积混凝土养护则时间需长一些,通常要大于28天。对混凝土长时间的浇筑和养护,并不可以确保混凝土性能的一直的提高,而且由于水泥水化程度的不断提升,反而可能使混凝土的不可逆收缩增大;水泥凝胶中如若水泥全部水化,其生成物在使水泥石强度增长的同时,还会导致大量的收缩出现,甚至会有开裂的现象出现。因此,对混凝土浇水养护时间不是越长越好。
3 结语
通过上面分析与论述,可以得到这样的结论:混凝土质量控制技术主要可分三反面进行即原材料质量控制、配合比调整控制、混凝土结构物养护;这是三方面不论那一环出现问题都会对混凝土质量造成影响甚至破坏;为了能够较好的控制混凝土的质量,前面提到的三个控制措施必须要相互配合协调,这样才能是混凝土质量控制变得可行有效。
参考文献
[1]JGJ 55-2011普通混凝土配合比设计规程[S].
各种高速TCP性能比较 篇7
关键词：TCP,拥塞控制,链路利用率,公平性
0 引言
传输控制协议(TCP)是Internet上广泛使用的一种基于滑动窗口的传输层协议。它是面向连接的,能保证数据传输的有序和可靠性。TCP的最大特点在于其具有自适应能力的拥塞控制策略,能根据网络的拥塞情况,自动调整拥塞窗口的大小,从而使TCP的数据发送速率适应网络的拥塞状况。
随着计算机网络的高速发展,高速的10GBps成为一种趋势。由于在高带宽长距离(FLD)环境下存在拥塞窗口增长过慢、大窗口和丢失率的平衡和RTT不公平性问题,现行的TCP拥塞控制策略不能适应高速网络。因此,长距离高带宽环境下的TCP拥塞控制成为当前拥塞控制研究的热点。
为了更高效率地利用网络带宽,提高TCP的吞吐量,近年来很多学者一直都在研究TCP的各种改进算法。已研究出的成果包括Floyd提出的HS-TCP[2],Kelly提出的scalable-TCP[3],Low等人提出的FAST-TCP[4],最近新的研究还有BIC-TCP[5]和H-TCP[6]。这些研究成果对于高带宽网络中数据的传输有着重要意义。
本文的目的就是把各种TCP进行总结,在吞吐量,公平性等方面作一个比较。采用实验的方法来比较HS-TCP,scalable-TCP,FAST-TCP,BIC-TCP和H-TCP等各种高速TCP的性能。
1 各种TCP协议简单分析
要对各种TCP协议进行比较,就必须对协议的基本原理和操作有一个基本的认识,先对各种高速TCP作简单介绍和分析。
1.1 标准TCP[1]
标准TCP本文以TCP Reno为例来分析。TCP Reno包括慢启动、拥塞避免、快速恢复、快速重传4个阶段。在慢启动阶段,发送端每接收到一个对新分组的应答(ACK),拥塞窗口cwnd+=smss(smss为发送端最大报文段大小)。当cwnd超过慢启动门限(ssthresh)或检测到数据包丢失,TCP就进入拥塞避免阶段,此时发送端每接收到一个正确应答包,拥塞窗口cwnd+=smss×smss/cwnd。若发送端接收到3个重复应答包,则认为一个数据包已丢失,它立即重传丢失数据包并设置ssthresh=max(cwnd/2,2*smss),cwnd=ssthresh+3*smss。可以这样看TCP Reno协议:
在拥塞窗口增长阶段,拥塞控制窗口
cwnd=cwnd+a(ω)×cwnd,
在拥塞窗口减小阶段,拥塞控制窗口
cwnd=cwnd-b(ω)×cwnd,
其中系数a(ω),b(ω)的值分别为1,0.5。
1.2 High-Speed TCP[2](HS-TCP)
High-Speed TCP拥塞控制原理与TCP Reno相似,都需要经过慢启动阶段、拥塞避免阶段,不同之处是HS-TCP修改了最大慢启动门限maxssthresh=100和随cwnd变化的拥塞反馈系数a(ω),b(ω)。HS-TCP中拥塞反馈系数a(ω),b(ω)具体定义如下:
undefined
其中HighDecerese为常数,通常为0.1,Whigh和Wlow为常数,分别表示最大的拥塞控制窗口大小和在分组丢失率p为0.001时的拥塞窗口大小,p(ω)为包丢失率。
这样当拥塞窗口cwnd需要适应大带宽时,a(ω)可以变得更大,b(ω)会变得更小,解决了TCP不能充分利用大容量带宽的问题。
1.3 Scalable-TCP[3]
Scalable-TCP的基本思想是在拥塞事件发生后使得窗口恢复时间独立于拥塞窗口大小。Scalable-TCP的拥塞窗口cwnd作如下变化:
Ack:cwnd←cwnd+α
Loss:cwnd←β×cwnd
其中,参数α和参数β分别取0.01和0.875。标准TCP的拥塞控制窗口是在cwnd小于慢启动门限时呈指数增长,而超过慢启动门限或者出现丢包时呈线性增长,而Scalable-TCP在启动阶段和标准TCP一样,当cwnd达到一定值时就使用如上的公式来改变cwnd值,即Scalable-TCP采用了一个高速/低速切换模式。
1.4 H-TCP[6]
H-TCP用了瞬时时间Δ(最后一次拥塞事件发生的时间)而不是拥塞窗口cwnd作为路径BDP的指示。因此,AIMD增长因子α为Δ的函数,且α也随RTT的变化而变化,从而减少不公平性。基于路径上队列大小的估计调整AIMD减少因子β,从而提高带宽利用率。H-TCP提出了一种新的窗口增长方式,即增加窗口是时间的函数,增长因子α和减少因子β满足关系式:a=2(1-β)来保证H-TCP协议具有非常好的协议内公平性。H-TCP的窗口增长如下:
1.5 BIC-TCP[5](二进制增加阻塞传输控制协议)
BIC-TCP使用二进制搜索方法,以最小的信息损失快速实现最大的网络数据传输能力。BIC-TCP的主要特征是其独特的窗口增长函数。当探测到一个分组丢失事件,BIC-TCP以乘性因子减小其窗口。减小前的窗口值记为maximum ,刚减少后的窗口值记为minimum。BIC-TCP就使用这两个参数执行二值搜索。其窗口控制算法:没有外在反馈时,仅使用包丢失作为拥塞控制,利用Wmax,Smax和Smin来探询目前可以利用的带宽。当一个新包确认到时,若不是快速恢复阶段,则计算Wmax与cwnd之间差值的一半bic-nic,比较bic-nic,Smax和Smin值,况定bic-nic的值。然后拥塞窗口的取值为:
cwnd=cwnd+(bic-nic)/cwnd
当拥塞发生时,若cwnd
需要说明的是,为了向下兼容和保持TCP友好性,BIC-TCP设置了最小窗口,当拥塞窗口较小时,仍采用加增长的策略。可以看出,窗口控制的不同阶段增加了算法复杂性。
1.6 FAST-TCP[4]
FAST-TCP是基于时延的拥塞算法。FAST-TCP窗口控制算法:没有来自路由的外在反馈时,仅有两种信号评估拥塞和调整窗口,即队列延迟和分组丢失。在拥塞程度较小时,队列延迟是主要的拥塞信号,在拥塞程度较大时,分组丢失是主要的拥塞信号。窗口大小计算如下式:
对每个RTT:
这里,Tmin和undefined是流的最小RTT(网络空闲时的往返时延)和平均RTT。函数fα(B)以吞吐量B为自变量。
2 比较和分析
主要从链路利用率和公平性两个方面对各种TCP协议进行比较。瓶颈链路取值10Mbps和250Mbps。
2.1 链路利用率
众所周知,链路利用率受队列缓存大小和链路传播时延的影响,这里主要比较队列大小对链路利用率的影响。图1为传播时延固定、队列大小在1%至100%之间变化且有着相同RTT的两个流的平均吞吐量。
由图1可以看出新的TCP协议都获得了比标准TCP好的吞吐性能。所有协议的吞吐量都随着队列的减小而下降。这种吞吐量下降是由于小规模分组突发导致队列溢出而造成的。
2.2 公平性
一条链路,期望有着相同RTT的竞争流都应该有大致相同的平均吞吐量。这就是所说的公平性。评价公平性的主要方法有Max-Min Fainess,Proportional Fairness和Fairness Index等。常用的评价方法是采用Fairness Index,并利用以下计算公式来计算公平程度。
undefined
对于共享链路的n个流,最佳公平性F(x)=1,最差公平性时F(x)=1/n。本文所指的公平性是采用相同TCP拥塞控制算法的两个竞争流之间的吞吐量之比。
依然考虑两个TCP流,作以下两个方面的比较:
(1)相同RTT条件下的公平性:图2是两个竞争流在相同的传播时延,共享一条瓶颈链路时候的平均吞吐量。
(2)不同RTT条件下的公平性:图3是第一个流的传输时延保持为常数,第二个流的传输时延在16至320ms之间变化情况下的吞吐量。
由图2可以看出,RTT相同的两个流,标准TCP拥塞控制算法可以使每个流达到同样的吞吐量,但是,也可以看出提出的新的TCP提议显示出了不公平性。H-TCP除外,FAST-TCP和Scalable-TCP在公平性上面显示出了很大的变化性,而BIC-TCP和HS-TCP的不公平性也显而易见,。
由图可以看出,Scalable-TCP,HS-TCP,BIC-TCP,和FAST-TCP都比标准TCP显示了较大的RTT不公平性。在网络带宽不高地情况下,公平性地问题还没有得到充分体现,但是当带宽以增加,公平性问题就凸现出来了。在RTT较大的时候,上述四种TCP才可以获得较大的带宽利用率。H-TCP的公平性最好。
3 结束语
本文比较分析了Scalable-TCP,HS-TCP,BIC-TCP,和FAST-TCP这五种TCP提议的性能。发现除H-TCP外,其它的TCP协议的公平性得不到保证,尤其是Scalable-TCP和FAST-TCP。至于链路利用率,只要有足够大的缓冲区,本文提到的高速TCP提议在高速环境中都能达到比标准TCP更高的吞吐量。通过分析,获得了很多有用的结论,为TCP的进一步研究指明了方向。
参考文献
[1]张福杰,潘理,李建华.大带宽时延积网络中TCP,HighSpeedTCP及XCP性能比较[J].计算机工程,2006,32(2):113-116.
[2]Floyd S.HighSpeed TCP for Large Congestion Windows[J].RFC3649,2003(12).
[3]Kelly T.Scalable TCP:Improving performance in high-speed wide areanetworks[J].Computer Communication Review,2003,33(2):83-91.
[4]Jin C,Wei D X,Low S H.FAST TCP:Motivation,architecture,algo-rithms,performance[C].Proc.IEEE INFOCOM,2004.
[5]Xu L,Harfoush K,Rhee I.Binary increase congestion control for fastlong-distance networks[C].Proc.IEEE INFOCOM,2004.
[6]Leith D J,Shorten R N.H-TCP protocol for high-speed longdistancenetworks[C].Proc.2nd Workshop on Protocols Fast Long DistanceNetworks.Argonne,Canada,2004.
[7]Geoff Huston.TCP Performance[J].The Internet Protocol Journal,2000,3(2).
[8]Geoff Huston.The Future for TCP[J].The Internet Protocol Journal,2000,3(3).
高性能高速钢 篇8
关键词：高性能,碾压工艺,高速公路,沥青路面
1概述
当前对于沥青路面混合料的设计方法国内外较为先进和常规采用的有两种:一种是马歇尔设计方法,由于它的所有物理、力学指标还不能较为直接反映出目前增长的交通量和高低温同时作用于路面的要求,有些国家(如英国)采用了振压设计法(即通过极限的锤击次数试验,从中寻求合适的混合料组成),并通过室外的压实试验加以验证[1];另一种是美国的SUPERPAVE设计方法[2],其最终的特点是通过旋转压实机试验,进行体积试验,更为直接的依据交通量和气温条件的要求,较为全面的模拟路面的使用性能。在我国,通常还是采用较为简便的马歇尔检验方法。而沥青路面的设计方法最终还是要通过高性能碾压工艺来实现[3]。
2高性能碾压工艺
路面的最终成品是碾压出来的,无论是采用何种设计方法,能否通过现场的施工工艺(主要是碾压工艺)取得高性能的沥青路面就显得十分重要。可以说,它是达到路面性能目的的落脚点。
在我国新规范中,也有类似以试验路压实标准评定压实度的规定条文[4]。也就要求这种室外压实必须是一种高性能的碾压方法,完整的碾压工艺流程,包括与碾压工程特性有关的其它工序确定之后,主要的碾压的工艺环节有:(1)按行车顺时针方向碾压;(2)紧跟摊铺机碾压和横向紧跟碾压及高温碾压;(3)第一次振动碾压和振动、静压变换碾压;(4)胶轮碾压及其最佳碾压时机;(5)碾压组合及交叉碾压;(6)碾压的必备条件、混合料组成的调整等;(7)所有第一次振动碾压均采用前进振倒退不振的方式,且驱动轮向前。
在室内试验中,将旋转压实和垂直击实的试件剖开观察,前者骨料朝同方向呈斜向排列,而后者呈竖向排列。长期的实地观察表明:当汽车朝路面铺筑的逆向或横向行驶时,会产生明显的表面位移,如微小裂纹、分车道画线产生扭曲等。这也是要求顺时针方向摊铺、碾压的原因之一[5]。
3高性能碾压工艺现场试验与分析
在试验路段,取得了大量的压实试验成果,举有代表性实例分述如下。
在施工碾压现场,利用核子仪和数显温度测试计,采用定点测试方法,对各类型沥青混合料和各种压路机组合及不同压实次数进行跟踪测试,并对其压实曲线图进行综合分析、比较,验证其压实效果,以取得最佳压实方法。(每组曲线试验均在同一段面同时进行)。高温碾压与第一次振动碾压对SUPERPAVE-12.5混合料的压实验证采用三种压实组合方案:
组合(1)———C线
紧跟摊铺机碾压(距初压点约30米);初压温度140℃;初始第一次即开始振动碾压;随后连续振压4次。
组合(2)———B线
基本紧跟摊铺机碾压(距初压点50米);初压温度145℃;初始静态稳压1次;随后连续振压6次。
组合(3)———A线
不紧跟摊铺机碾压(距初压点约80米);初压温度130℃;随后连续振压4次。
三种组合均不采用胶轮压路机碾压。(钢轮均为双钢轮,其它实例均同)。
3.1 C线表明第一次振动碾压具有明显的压实效果。a、此时,虽然初始碾压温度比B线还低5℃,但仅连续振动碾压2~3次,压实就可以达到98%左右。至温度125℃时,压实度上升趋于平缓。b、当温度下降到130℃左右时,压实度反而有下降趋势,只有在增加一次静压后,再次振压才略有效果。c、从第二次振压至终压,压实度始终高于B线,且压实度最后达到100%左右,最终趋势平缓。三种组合曲线如图1所示。
3.2 B线表明,第一次静态稳压影响随后的压实度增长。a、第一次稳压后尽管与C线一样连续振动碾压达到6次,但压实度始终上升缓慢,低于C线。b、当温度下降到110℃以下时,采用静态碾压,压实度反而下降。c、压实度最终没能达到100%。
3.3 A线表明,碾压温度过低,且初始静态稳压过多,压实效果差。a、初始稳压2次后,随后进行振压4次,压实上升还是缓慢。b、初始碾压温度过低(比C、B线低),压实度最终停留在96%~97%之间。c、在温度110℃~100℃左右时,振压效果不明显,静压收光时略有上升,但终压下降。
4结论
4.1由于新型摊铺机初始压实度较高(85%~90%),完全可以采用第一次振动碾压工艺,且没产生摊移和平整度差。第一次振动碾压能使骨料的颗粒在较之松散的状态下通过与振压频率的共振而获得自由移动,达到最佳排列状态,达到最高压实度。
4.2低温碾压和初始静压(或过多静态稳压)时,混合料的颗粒分布处一种摊铺给定的某种不均匀的状态而被锁定,(如粗细分布不均,下细上粗),粗骨料相互顶死而产生抗力,且表里温度不均,表面应力过大,使之压实困难,是一种拒压假象。
4.3高温碾压和第一次振动碾压所需要的碾压次数少。前者只需3~4次,后者只需2~3次就可以使压实度达到97%~98%;而低温碾压和初始静压,需要碾压6次以上才能使压实度达到97%。
4.4本例混合料类型为S-12.5,结合料为SBS改性沥青,在采用高性能碾压工艺碾压7~9次之后,压实度也仅在100%左右,其设计空隙率为5%,碾压以后的空隙率为7.3%,证明其混合料碾压后已达到拒压状态,属高性能沥青混合料。
参考文献
[1]崔亚丽.沥青稳定碎石基层的碾压工艺研究[J].科技信息,2010(25).
[2]刘占良,郑建峰.大厚度沥青稳定碎石基层碾压工艺[J].筑路机械与施工机械化,2009(1).
[3]廖树忠,黄永茂,周毅.云梧高速公路碾压混凝土基层碾压工艺研究[J].中外公路,2011(6).
[4]容康开.沥青混凝土路面碾压工艺与碾压温度控制[J].山西建筑,2007(25).
高性能高速钢 篇9
随着科技的进步, 航空航天机械部件以及光学仪器等的零部件加工对机床的加工精度、尺寸、承载能力和加工速度都提出了越来越高的要求, 旋转机械也越来越趋于高速和大功率, 对轴承各方面性能的要求也越来越高。液体润滑具有摩擦阻力小、使用寿命长、抗振性能好、精度高、适应性好等特点, 采用液体静压支承能够使机床实现高精度、低损耗的加工。随着对流体润滑轴承研究的深入, 学者们发现油腔的形状对润滑性能有很大的影响, 合理选择油腔形式对提高润滑性能起着至关重要的作用。近年来, 有关静压轴承润滑性能与结构优化方面取得了很多研究成果。Safar等[1]在层流情况下, 对非对称的静压轴承的压力分布、承载能力和流量进行了分析, 研究表明, 轴承数和油腔厚度变化率对轴承润滑性能有很大影响。Prabhu等[2]在考虑油流惯性影响的前提下, 利用线性三角形单元有限元法对圆形腔圆锥静压推力轴承的承载能力进行了理论研究, 并用实验对其结论进行了验证, 理论值与实验值吻合较好。Chen等[3]研究了润滑油膜的压力分布以及节流器尺寸与油腔几何形状对流体形式的影响, 其计算结果为工程实际设计静压轴承以及其节流器提供了理论依据。邵俊鹏等[4]、Yu等[5]用有限体积法分析了扇形腔多油垫静压轴承支承环隙油膜润滑性能, 并对大尺度静压推力轴承油膜采用有限体积法进行分析, 得到了静压轴承内部的流速及压力分布。王锐昌[6]考虑了温度对润滑油黏度的影响, 依据流体力学有限元理论对新型动压推力轴承轴瓦的压力场进行了计算, 并在可逆式动压推力轴承实验台上进行了实验。张蕊华等[7]利用达朗贝尔原理, 建立了新型金属橡胶挤压油膜阻尼器转子系统的运动方程, 得到了相对偏心率的数学表达式;通过对比分析传统挤压油膜阻尼器与新型金属橡胶挤压油膜阻尼器的油膜压力分布特性, 解决了传统挤压油膜阻尼器所存在的油膜刚度高度非线性的问题。张宏献等[8]建立了椭圆滑动轴承的油膜力力学模型, 并采用基于Sommerfeld数的滑动轴承转子系统稳定性分析方法分析了该模型, 利用量纲一运行参数Op得到不同椭圆度误差的滑动轴承的稳定性临界曲线, 表明了滑动轴承轴颈的椭圆度误差对滑动轴承转子系统有显著影响。刘剑平等[9]基于Carreau流变模型和Ree-Eyring流变模型, 对剪切稀化流体线接触弹流润滑进行了完全数值分析, 得到了同一种润滑油在不同流变模型下的弹流油膜厚度, 并将理论分析得到的油膜厚度、经典弹流膜厚公式计算的油膜厚度以及实测的油膜厚度进行了对比, 幂函数形式的流变模型更能反映剪切稀化流体的流变特性。
本文在现有研究基础上, 用流体动力学和摩擦学相关理论, 对影响主轴旋转精度的因素进行分析, 揭示了环形腔静压推力轴承润滑性能。
1 环形腔静压轴承物理及数学模型
1.1 物理模型
静压推力轴承利用专用的供油装置, 将具有一定压力的润滑油送到轴承的静压腔内, 在静压腔中形成具有一定承载能力的润滑油层, 利用静压腔之间的压力差, 形成静压轴承的承载能力, 将轴承主轴浮升并承受外载荷[10]。静压润滑系统如图1所示。
静压导轨在几何上是圆形轴对称图形, 因此可以取导轨的1/12为研究对象进行研究, 工作台质量为18t, 承载40t, 油腔半径为95mm, 油腔深度为5mm, 封油边外圆半径为115mm, 进油管半径为4mm。
利用三维造型软件UG进行三维造型设计, 并提取环形腔内的油液, 对其进行六面体网格划分, 网格质量均达0.8以上。环形腔油膜网格模型及网格质量检测如图2所示。
1.2 基本假设及计算条件
(1) 静压导轨内部流场中, 流体看成不可压缩流体且流态为三维定常流动。
(2) 润滑油与固体间无相对滑动, 且润滑油的惯性力忽略不计。
(3) 润滑油由进油孔进入导轨内部, 经计算得Re小于2300, 导轨内部为层流状态。
(4) 旋转过程中, 不考虑工作台及底座的热变形。
1.3 数学模型
分析不同油膜厚度的压力场、速度场和温度场, 必须首先了解在入口流量恒定不变的情况下工作台上的载荷F与油膜厚度的关系, 外载荷越大, 油膜越薄。本文主要对环形腔静压推力轴承进行了分析, 在高速旋转下, 油膜的实际压力分布如图3所示。
如图3所示, 环隙油膜有效承载面积可由公式F=p1A求得, p1为油腔压力, 推力F包括封油边及导轨的合成推力FL和油腔中流体的压力所具有的推力FM, 即
式中, d、D分别为油腔内外直径。
因此可得出油膜有效承载面积:
根据流体的黏度特性可知, 液压油流入进油口时的进流阻力R1并非常数, 而是与流量成正比, 这是因为当载荷增大时, 油膜厚度h减小, 增加了外流阻力R0而降低了流量, 这样就使得进流阻力R1减小。在此引入一个阻力比系数λ, 使得 (R0与1/h3成正比, R1为常数值) , hd为设计油膜厚度, 它是一个常数。假定供油压力为p2, 则供油压力与油腔压力的关系为
因为在任何载荷下都有F=p1A, 因此可以推导出工作台上的载荷与油膜厚度的关系式:
由此可见, 得出了载荷与油膜厚度的关系式, 就可以通过改变油膜厚度来调节承载能力。
2 数值计算
应用ANSYS ICEM CFD对油膜模型进行结构化六面体网格划分, 得到良好的网格质量。而后对腔内流体进行边界条件设置, 主要对进油口、出油口和旋转面进行边界条件设置, 待前处理过程完毕便可进行求解, 将求解域流体设定为shear stress transport模型, 参考压力设置为标准大气压。收敛标准以方根残差 (RMS) 达到10-4为良好的收敛结果, 可满足通常工程应用的需求。
3 结果及分析
迭代计算收敛后, 保存计算结果, 对计算结果进行后处理, 得到油膜厚度分别为0.11mm、0.115mm、0.12mm、0.125mm、0.13mm、0.135mm、0.14mm和0.145mm时的压力场、速度场和温度场的云图, 由于本文空间有限, 因此仅给出油膜厚度为0.11mm和0.145mm的温度场、压力场和速度场的云图。压力场如图4、图5所示。
在入口流量一定的条件下通过增加工作台上的载荷重量, 使油膜厚度逐渐减小, 由上述不同油膜厚度分布的压力场可以看出, 在相同油腔内提取出的油液, 随油膜厚度增加, 油膜的压力逐渐减小, 这是由于入口流量不变的情况下对油液进行加载, 油膜厚度逐渐变小, 油液受压使油膜分子间的内聚力加大, 因此油膜压力会增加, 这与理论值完全吻合。由于工作台作逆时针旋转, 因离心力作用, 油腔左侧有一低压区, 甚至出现负体积, 即有回流现象, 而油腔右侧有一高压区。不同油膜厚度的具体压力分布情况如图6和图7所示。
温度场见图8、图9。根据温度场可以看出, 由于油液温度的不对称分布, 工作台在逆时针旋转的过程中, 油腔左侧有经过回油槽的冷却, 出口边左侧油温较低, 油膜剪切热主要发生在油腔右侧位置, 所以出口边右侧温度较高。由于静压轴承沿半径内外侧散热效果较差, 所以高温区分布在半径外侧靠右边位置。随着油膜厚度的增加, 油腔内的油温逐渐降低, 说明油膜厚度越薄对油温变化越敏感。张艳芹等[11]采用有限体积法并选取FLUENT中的分离式求解器进行求解, 得出了轴承周期端面较准确的不对称温度分布及温度场分布规律, 该研究结果与本文所得出的结论相吻合。油温随油膜厚度的具体变化如图10所示。
速度场见图11、图12。由油膜厚度的等速线图可以看出, 油膜厚度不同对不同位置的速度基本无影响, 均是油腔外侧油液速度比油腔内侧速度大, 这与理论转速与半径成正比的结论吻合, 不同油膜厚度的高速区大小基本相同。
4 结论
(1) 本文采用有限体积法与数值模拟相结合的新方法间接得到了静压轴承内部的压力场、温度场和速度场, 解决了实际工程中不同油膜厚度对压力、温度和速度的影响, 节约了时间和经济成本。
(2) 在入口流量不变的情况下, 推导出了载荷与油膜厚度的关系式, 通过调节油膜厚度值实现了对载荷变化的控制。
(3) 比较不同油膜厚度的压力场、速度场和温度场可知, 随油膜厚度增加 (载荷减小) , 油膜的压力逐渐减小, 温度逐渐降低, 而速度场基本无影响。
(4) 通过此方法可以对其他腔形的润滑性能进行模拟, 从而大大节省了通过实际试验测试所需的时间和费用。
摘要：以某高速重载数控5m立车的环形腔静压推力轴承为对象, 对其润滑性能进行了研究, 推导出静压承载力与油膜厚度的关系式。依据计算流体力学 (CFD) 理论, 采用ANSYS ICEM CFD和ANSYS CFX软件对环形腔静压推力轴承内部流体压力场、温度场和速度场进行了仿真计算, 通过改变油膜厚度实现对工作台承载变化的研究, 得到了不同油膜厚度时压力场、温度场和速度场的变化规律, 实现了高速重载静压推力轴承润滑性能预测。
关键词：静压推力轴承,计算流体力学,润滑性能,高速重载,模拟研究
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