发泡型高聚物混凝土的路用性能试验研究

发布时间：2017-08-11 10:35

  本文关键词：发泡型高聚物混凝土的路用性能试验研究

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【摘要】：高聚物注浆技术是在一定压力作用下,将调配好的聚氨酯(PU)浆料灌注到地基脱空和松散区域,利用双组份材料混合后体积迅速膨胀并固化的特点,达到填充脱空、胶结松散的目的。PU浆料是一种新型土工路用材料,国内虽已进行了部分试验,初步验证了其性能,但目前尚缺乏系统的研究和相应的规范标准。为了进一步促进高聚物注浆材料和注浆技术的推广以及施工工艺的标准化和规范化,本文开展了PU浆料路用性能试验研究和注浆施工工艺研究,主要成果如下：(1)通过吸水率试验,得到了高聚物材料吸水率与密度之间的拟合关系,并通过SEM电镜扫描解释了吸水率随密度的变化规律。其次,研究了浆液的乳白时间、上升时间、凝胶时间随催化剂用量的变化规律,根据注浆工艺的要求,给出了适用于水泥路面板底灌浆的催化剂用量为0.4%。最后,研究了高聚物混凝土抗压强度与浆液密度之间的关系,以抗压强度为控制指标,给出了最优密度为166.0kg/m3,对应的发泡剂用量为1.5%,并通过水稳定性试验验证了最优密度的合理性。(2)基于Fluent软件,考虑多相流特征,采用有限体积法(FVM)离散PU相-空气相控制方程,用VOF模型追踪两相流界面,通过UDF和UDS自定义材料物性参数和标量方程,实现了聚氨酯在多孔介质中的扩散仿真。采用SPSS软件对模拟结果进行回归分析,得到了扩散半径R与注浆压力p、孔隙率n、发泡剂用量m之间的关系：R=162.715·P~(0.338)·m~(0.261)·n~(0.305)；注浆量Q与注浆压力p、孔隙率n、高度h之间的关系：Q=1171.453.p~(0.596)·n~(1.335)·h。通过标准回归系数的计算得到：影响扩散半径最显著的因素是注浆压力,被注介质孔隙率次之,浆液发泡率影响相对较小；影响注浆量最显著的因素是被注介质孔隙率,其次是注浆压力,浆液发泡率无影响。(3)开展了现场注浆试验研究,通过弯沉测量、探地雷达检测、现场开挖,对注浆效果进行综合评价,验证了聚氨酯处治基层病害的可行性。基于现场注浆试验,给出了标准化的施工工艺流程。对比分析高聚物材料与水泥浆液的经济效益和社会效益,表明高聚物材料具有较高的工程应用价值和广阔的应用前景。
【关键词】：高聚物材料 抗压强度 FVM 扩散半径 路基工程
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U414
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 注浆材料研究现状10-12
• 1.2.2 高聚物材料性能研究现状12-14
• 1.2.3 注浆理论研究现状14-15
• 1.2.4 注浆扩散规律研究现状15-16
• 1.3 研究内容与技术路线16-18
• 第二章 水泥路面预防性养护与高聚物注浆技术18-23
• 2.1 水泥混凝土路面病害形成机理18-19
• 2.2 水泥混凝土路面预防性养护措施19-21
• 2.2.1 传统养护措施分析19
• 2.2.2 高聚物注浆技术19
• 2.2.3 高聚物材料特性19-21
• 2.3 高聚物材料化学反应机理21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 高聚物材料及混合料路用性能试验研究23-35
• 3.1 高聚物材料发泡率和吸水率试验研究23-27
• 3.1.1 试验方法23-24
• 3.1.2 试验结果24-27
• 3.2 高聚物材料催化剂用量试验研究27-28
• 3.3 高聚物混凝土无侧限抗压强度试验研究28-31
• 3.3.1 试件制作和试验方法28-30
• 3.3.2 试验结果30-31
• 3.4 高聚物混凝土水稳定性试验研究31-33
• 3.4.1 试验方法32
• 3.4.2 试验结果32-33
• 3.5 本章小结33-35
• 第四章 流场仿真模型的建立及自定义程序设计35-46
• 4.1 Fluent流体计算基本原理36-38
• 4.1.1 有限体积法36
• 4.1.2 流动控制方程36-37
• 4.1.3 VOF多相流模型37-38
• 4.1.4 多孔介质模型38
• 4.2 聚氨酯混合液物性参数模型的建立38-40
• 4.2.1 密度39
• 4.2.2 粘度39-40
• 4.2.3 导热系数40
• 4.3 化学反应动力学模型及标量输运方程的定义40-42
• 4.3.1 化学反应动力学模型的建立40-41
• 4.3.2 自定义标量输运方程41-42
• 4.4 注浆扩散模型的建立与基本假设42-43
• 4.5 二次程序开发设计43-45
• 4.5.1 材料物性参数程序的开发43-44
• 4.5.2 自定义标量程序的开发44-45
• 4.6 本章小结45-46
• 第五章 聚氨酯注浆扩散形态及扩散规律研究46-60
• 5.1 几何模型的建立与网格划分46-47
• 5.2 数值模拟结果分析47-49
• 5.2.1 静压注入阶段47-48
• 5.2.2 发泡膨胀阶段48-49
• 5.3 扩散半径的影响因素分析49-52
• 5.3.1 注浆压力49-50
• 5.3.2 孔隙率50-51
• 5.3.3 发泡率51-52
• 5.4 注浆量的影响因素分析52-55
• 5.4.1 注浆压力52-53
• 5.4.2 孔隙率53-54
• 5.4.3 发泡率54-55
• 5.5 影响因素对注浆效果的综合分析55-59
• 5.5.1 数据处理的数学模型55-57
• 5.5.2 影响因素对注浆效果的分析57-58
• 5.5.3 模型验证58-59
• 5.6 本章小结59-60
• 第六章 聚氨酯现场注浆施工工艺研究60-73
• 6.1 探地雷达工作原理60-63
• 6.2 聚氨酯现场注浆试验研究63-69
• 6.2.1 试验过程63-65
• 6.2.2 试验效果分析65-69
• 6.3 聚氨酯注浆施工工艺研究69-70
• 6.4 注浆综合效益分析70-72
• 6.5 本章小结72-73
• 第七章 结论与展望73-75
• 7.1 主要结论73-74
• 7.2 研究展望74
• 7.3 本文创新点74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-78

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本文编号：655658