文摘
循环加载的影响表面的ECC衬里由碎石和压实土对基础研究。土工布是嵌入在碎石和ECC衬里的一些样品。水养护28天之后,硬表面被加载和监控通过测量表面粗糙度和裂缝发展水平和裂缝宽度,分别。开裂和重大变化的横向配置文件的全部样本的观察负载应用。然而,重要的变化依赖于基础类型观察在垂直的概要文件。这是得出的结论是,虽然ECC可以抵抗开裂由于其高应变能力,其灵活性导致ECC衬里假设基础材料的形状,它可以增加表面粗糙度在某些加载配置。
1。介绍
开放的通道中液体的流动与“自由表面,”定义为移动液体之间的界面和一个覆盖流体在恒压(1)水和空气是最常见的液体和液体,分别。自然开放渠道,如河流,小溪,小溪或人工的灌溉沟渠和雨水排水等往往有一个宽的变化大小,形状,和粗糙度。然而,由于液体流动的自由表面存在于所有这些渠道,他们的流动是由相同的流体力学定律(2]。从本质上讲,所有打开的通道底坡,液体流动的主要驱动力是重力。因此,流的机制可以模拟大量的运动身体重力斜坡。基本上,组件的重量的液体沿着山坡充当的驱动力,而在周边的渠道行为边界阻力阻力(3]。另一方面,液体的组件垂直通道产生一个向下的斜率负载表面的通道,这通常是提高稳定性和活力的频道。此外,可以插入地下排水明渠的基础将地下水与地表水,避免水压力的累积会损害渠道衬砌(4]。类型的地下排水包括多孔混凝土、碎石、砾石河(5]。符合牛顿运动定律(6),互动负荷预计在衬里/地下排水接口。从本质上讲,它是理想的,这些负载的过期后,明渠的表面必须保持稳定,水密,光滑,不断满足性能需求的关键控制供应,水力学,耐久性和结构完整性7),确保及时、充足供应的液体到预期的目的地。
基本上,当选择一个合适的衬里材料是由结构完整性和经济可行性,地下排水和内衬之间的交互反应施加负载需要完全理解,以避免耐久性和结构的失败。失败是从各种导致加载,包括不确定性不足建筑材料,在设计不足,可怜的维护(8)和经常高潮或无限的经济和人类生活成本高9)由于堕胎的作物和洪水等问题。尽管努力设计阶段占所有预期的负载和预测材料的行为,偏差是不可避免的生活期间的开放通道。例如,洪水,人类交通,或光机械用于维护可以征收额外加载。此外,实际上可能是循环加载与灌溉周期或微分响应微分定居点在膨胀土基础。明渠加载时,接触点的负载转移负载的衬里通过地下排水通道的基础。虽然表面多孔混凝土地下排水通常是光滑,很难实现平滑表面的碎石排水由于一些突出的锋利边缘的石头。而转移负载均匀分布,可能有向上反应负荷衬里/地下排水接口。例如,如果地下排水由碎石、碎石头的突出的锐利的边缘成为销负荷施加孤立的向上的力量在衬里。根据碎石的大小,大小,向下施加载荷和频率,周期的上行销加载可能最终导致衬里材料与构造变形组成衬里材料的属性和配置的基础。当务之急是变形最小化衬里表面的表面粗糙度以来根据曼宁或薛齐[10),粗糙度的增加会减少表面水流的速度。定义为测量纹理的表面粗糙度是由垂直偏差量化的真正的表面的理想形式并确定摩擦阻力的液体流经一个表面的经历。
先前的研究人员阐明,循环荷载,建筑材料的缺陷以及不稳定的基础上为衬里的耐久性问题[11- - - - - -13]。例如,普通混凝土是最常用的衬里材料由于它的低成本和容易处理(14),其材料结构相关的材料固有的缺陷,减少其早期性能和长期耐用性(15]。普通混凝土的脆性会应对过度压力通过裂缝发展倾向于扩张,允许进入积极代理导致进一步恶化的明渠16]。此外,裂缝之间的部分容易横向和垂直位移响应连续加载或微分定居点的基础上在增加粗糙度的明渠衬砌。
努力解决一些具体的缺点导致了近年来纤维增强材料的发展(17]。高性能纤维增强复合材料胶结(HPFRCC)等工程胶结复合材料(ECC)展览优秀的裂缝分散能力和高延性。与普通混凝土的应变能力约350倍或其他纤维增强混凝土,ECC可以达到最大单轴加载下延性超过3% (17,18]。
当混凝土在使用自19世纪19),ECC只是发达国家在1990年代(20.),因此研究仍在进行中来验证材料的广泛适用性。综上所述,本研究试图阐明ECC衬里的交互负载下各种基础配置。
2。实验程序
ECC-lining表面粗糙度的变化来监测和裂缝发展。三个地下条件进行调查,即压实土壤、碎石,碎石分离器之间插入ECC衬里/碎石接口。内壁的粗糙度和裂缝发展评估通过监控水平固定节点在每个表面裂缝宽度的进展,分别。模拟实际载荷的波动流周期期间,样品受到交变载荷。
2.1。材料
ECC预混料粉用于衬里材料虽然沙质土壤,20毫米角碎石和土工布分离器用于基础。预混料组成的水泥、沙子、粉煤灰和PVA纤维长度12毫米,直径0.04毫米,1690 MPa的抗拉强度和弹性模量40.600 MPa。混合组件的比例如表所示1。ECC粘贴是准备通过添加包含3外加剂预混料ECC粉和水,也就是说,A型(保利羧基酸碱度强塑剂)B型(CSA类型antishrinkage剂)和C型(聚(牛)碱性based-expansive代理空气内容调整)电动搅拌机。室温保持在20°C在混合阶段。搅拌机是覆盖和运行2分钟后不久的水,以免损失更好的组件的组合。搅拌器运行时,封面是移除并搅拌直到10分钟时间。ECC粘贴被转移到一个托盘和新鲜混合的均匀性是通过手证实混合和任何确定肿块丢弃。
2.2。测试过程
样品M1、M2和S1准备在250 mm×250 mm×50 mm形式,详细图1。每个样本包含5单位详细表2根据被加载。一个40毫米的基础是每个表单的基础上准备的。样品M1和M2的碎石振实2分钟消除空洞,而样本S1的沙质土壤压实标准压缩90%的最小压实推荐明渠堤防(21]。ECC酱倒在形成10毫米厚衬层的基础。250毫米×250毫米土工布是嵌入在碎石和内衬之间的样本平方米。250毫米×250毫米尺寸选择适合的大小头用于加载,而10毫米衬砌厚度对应的最小厚度的ECC可以应用使用直接喷涂方法(22]。将ECC粘贴后,样品被覆盖着棉花垫和治愈洒水每天一段28天。养护期后,网格组成50 mm×50毫米单位是每个衬里表面创建共有25节点。竖线是标记E从左到右,而水平线被标记为从上到下为1到5,如图2。
自动调平装置是用来测量25的水平在每个节点,当裂纹查看设备用于监视表面裂缝。初始水平和裂缝宽度读数被后一个220毫米×220毫米加载头被用来应用到内壁的表面均匀的压力。每个样本受到4周期加载的应力值表中描述2。水平的测量节点在每次加载周期和表面的状况监测裂缝发展。为了避免损失的水随之收缩,大气和样本保持覆盖整个研究聚乙烯表在一个封闭的房间里。此外,为了消除收缩和扩张的样品由于热应力,室温保持在20°C。
ECC的抗压和抗弯强度混合用于这项研究是由铸造的标准ECC棱镜尺寸40毫米×40毫米×160毫米在20°C和水养护28天之后强度进行了测试。所有坚持ASTM C349-02标准抗压强度测试,而抗弯强度测试是按照ASTM C348-02标准进行。
3所示。结果与讨论
的数据行A3-E3标记在图2被选为分析在这项研究中,因为它是中央,因此摆脱边缘的影响。没有观察到任何裂缝每个加载周期后的样品。从牛顿运动定律,向上反动负载产生大小相等,方向相反的最大应用负载83 kPa表所示2。因此,自第一裂纹ECC 2.5 MPa的压力(23),压力由于销负载并不足以引起开裂。样品的表面概要文件在每次加载循环图所示3,4,5分别代表样本M1、M2和S1。在这些数据中,初始配置文件和配置文件后,1日,2日,3日和4日加载周期是由图形C-0颈- 1,c - 2,颈,和c - 4。这些图表显示表面轮廓的变化在横向和纵向两个方向。积极的水平代表了一个从原始表面压实,而消极的水平代表一个突出。基本上,它可以看到,没有变异在横向和垂直表面的资料样本1,M2-0, S1-0整个实验。这种行为将因为这些样本不是加载。此外,这些结果表明,由于温度变化和影响大气的水是有效地减少损失。从图C-0从每个样本,可以看出衬里的初始表面配置文件没有完全水平。虽然是理想的实现级别表面铸造ECC(阶段24的粘度,ECC由于PVA纤维的存在25实现表面光滑)提出了一个挑战。横向的变化和/或垂直表面概要文件在每次加载周期在下面会详细进行介绍。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
3.1。ECC衬在碎石基础(M1)举例
图表的内壁直接在碎石,也就是说,样本1 M1-4,可以看出,虽然没有显著变化的横向剖面个体样本与每个加载周期,系统模式的垂直位移衬里被观察到。表面水平普遍提高,增加周期。由于增加减少的级别值表示压实,结果表明,衬里/碎石单位与每个载荷循环压缩。典型,是不可能完全消除孔隙均匀大小的碎石,尽管之前的振动。结果,改装的碎石头到现有空洞的应用负载导致压实。即使只加载在垂直方向,内壁横向自由移动,曲线向上浮动以来在表单中。然而,图表显示微不足道的横向剖面的变化。这意味着即使衬下的碎石基础组成松散的石头,衬里/基础单位实际上流离失所的垂直作为一个单一的单位。人们认为在铸造阶段,由于ECC流动的能力在自己的体重和填写表格工作过程称为“self-compactibility”[26),新鲜的ECC流动和碎石中充满了空洞。凝固后,ECC创建/碎石复合,摧毁了ECC衬里/碎石接口和消除地基表面的起伏将石头的锐利的边缘。结果,分散销负载由于石头向上突起被淘汰,没有反动销负载和顺向起伏生成响应应用加载。虽然在这项研究中使用的ECC的抗压强度是32个kPa, 62 kPa的ECC衬里经受压力和83 kPa因为灌注碎石ECC粘贴创建了一个复合材料具有较高的抗压强度(23]。结果,没有失败的迹象表面观察的衬里甚至压力超出了ECC的抗压强度。
3.2。ECC衬在压实土基础(样本S1)
在第一次加载循环,外侧的ECC衬对压实土夷为平地与连续周期和维护相同的水平度。与ECC粘贴投在碎石流入毛孔内的碎石和创建了一个ECC /碎石复合,ECC衬里和压实土固化后仍单独的层。结果,希望可以改变其横向剖面和平第一个负载。另一方面,在样本M1,系统为样本模式的垂直位移的内衬S1由于压实表面观察。然而,垂直位移的大小没有显著差异的样本M1。在沙质土壤将接受更高的压缩过程中由于相对较低的密度石(27),90%压实水平的初步应用,空洞的存在在碎石主持2材料的成形性。压实高水平应用于土壤孔隙度降低。在实践中,这样的配置是不可取的,因为材料底层衬不能地下水枯竭,将导致地下水压力的累积,最终损害衬里。
3.3。ECC衬在碎石基础与土工布分离器(M2)举例
衬里的行为投在碎石土工布分离器之间嵌入在相似的样本S1低负载的21个kPa和41 kPa,但是模式明显倾斜的更高的负载。在这种情况下,土工布分离器附着的ECC粘贴和充当障碍阻止了ECC粘贴流入碎石毛孔。因此,在示例S1、ECC衬里和固化后的碎石基金会保持独立。因此,第一个样品M2-1和M2-2加载周期只有被磨平,和外侧水平度与连续保持样品S1-1和S1-2加载周期。此外,正如在样本S2-1和s2 2,水平样本M2-1和M2-2普遍下降后第一个载荷循环的应用。人们认为因为M2样本和样本S1仍作为单独的层固化后,内壁分离自己从压实土的平表面,导致凸现随之降低的水平。然而,从样本明显偏差行为观察S1与应用程序的62 kPa装载。M2-3回应的ECC在样品变形为一个起伏的轮廓,如图4。自从起伏的表面轮廓匹配碎石基础,人们认为碎石上行的角边销加载到土工布ECC衬里。随后被灵活、土工布负荷转移到ECC衬里导致变形。然而,发生的变形在弹性范围内的ECC这样总复苏后发生每个加载周期(26)允许波动的复发。进一步证实了这种观点的大小和波长起伏的表面所有加载周期几乎保持恒定。在实践中,起伏的粗糙度增加明渠衬里。增加粗糙度是不可取的,因为它的高潮在流损失按照曼宁的或薛齐的公式1]。随之而来的减少水的数量和速度交付所需的点破坏灌溉周期和其他供水系统。然而,由于本研究中使用的碎石只有20毫米,波动的振幅仅限于显著小于5毫米,不得影响明渠衬砌的粗糙度。然而,粗糙度很可能将大大增加如果使用较大尺寸的碎石在ECC的地下排水明渠衬砌的高应变能力和延性ECC (28)使材料拉伸高震级的灵活性。尽管M2-3发生波动,没有裂缝观测以来的大小产生向上的反动的62 kPa不够高导致开裂的样品M2-3。此外,相信土工布,也可以作为强化吸收一些负载。
最后,在应用加载83 kPa,比ECC的强度更高,内壁失去了延性和起伏和横向剖面变化被观察到的样本M2-4。相反,内壁进行增加压实随着周期的增加由于改装的碎石中观察到样本M1和S1。