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基于响应面法的混凝土路面修补方法

申请号 CN202410025392.0 申请日 2024-01-08 公开(公告)号 CN117744405A 公开(公告)日 2024-03-22
申请人 广西北投交通养护科技集团有限公司; 发明人 盘柱; 骆俊晖; 莫鹏; 畅振超; 陈德强; 刘红燕; 唐浩; 姜浩;
摘要 本 发明 公开了基于响应面法的 混凝土 路面修补方法,包括:确定修补材料性能的影响因素和性能评价指标,其中,影响因素为矿物掺和料影响因素、混凝土修补材料影响因素和施工工艺影响因素,性能评价指标均为界面弯拉强度、抗弯拉强度和极限拉伸应 力 ;基于响应面法试验设计方法,分别建立不同的影响因素与性能评价指标的关系模型;基于关系模型,获取极限拉伸 应力 拟合模型、抗弯拉强度拟合模型和界面弯拉强度拟合模型,并根据拟合模型获取开裂控制输出目标;根据混凝土路面修补方式,设定开裂控制输出目标的区间;基于开裂控制输出目标的区间进行反算优化,获取混凝土的修补材料和施工工艺;根据混凝土的修补材料和施工工艺对混凝土路面进行修补。
权利要求

1.基于响应面法的混凝土路面修补方法,其特征在于,包括:
确定修补材料性能的影响因素和性能评价指标,其中,所述影响因素为矿物掺和料影响因素、混凝土修补材料影响因素和施工工艺影响因素,所述性能评价指标均为界面弯拉强度、抗弯拉强度和极限拉伸应
基于响应面法试验设计方法,分别建立不同的所述影响因素与所述性能评价指标的关系模型;
基于所述关系模型,获取极限拉伸应力拟合模型、抗弯拉强度拟合模型和界面弯拉强度拟合模型,并根据拟合模型获取开裂控制输出目标;
根据混凝土路面修补方式,设定所述开裂控制输出目标的区间;
基于所述开裂控制输出目标的区间进行反算优化,获取混凝土的修补材料和施工工艺;
根据所述混凝土的修补材料和施工工艺对混凝土路面进行修补。
2.如权利要求1所述的基于响应面法的混凝土路面修补方法,其特征在于,基于响应面法试验设计方法,分别建立不同的所述影响因素与所述性能评价指标的关系模型包括:
采用一次响应面法试验设计方法,获取所述矿物掺和料影响因素及各个所述矿物掺和料影响因素之间交互作用对所述性能评价指标的影响,其中,矿物掺和料的原材料包括渣、矿渣、灰、锰渣,所述矿物掺和料影响因素包括复配比例、颗粒大小、取代比例;
基于所述矿物掺和料影响因素及各个所述矿物掺和料影响因素之间交互作用对所述性能评价指标的影响进行二次线性回归拟合和显著性分析,建立第一关系模型。
3.如权利要求2所述的基于响应面法的混凝土路面修补方法,其特征在于,基于响应面法试验设计方法,分别建立不同的所述影响因素与所述性能评价指标的关系模型还包括:
采用二次响应面法试验设计方法,获取所述混凝土修补材料影响因素及各个所述混凝土修补材料影响因素交互作用对所述性能评价指标的影响,其中,混凝土修补材料包括泥、矿物掺和料、水、集料和外加剂,所述混凝土修补材料影响因素包括水胶比、矿物掺和料掺量、胶砂比和外加剂掺量;
基于所述混凝土修补材料影响因素及所述混凝土修补材料影响因素交互作用对所述性能评价指标的影响进行二次线性回归拟合和显著性分析,建立第二关系模型。
4.如权利要求3所述的基于响应面法的混凝土路面修补方法,其特征在于,基于响应面法试验设计方法,分别建立不同的所述影响因素与所述性能评价指标的关系模型还包括:
采用三次响应面法试验设计方法,获取所述施工工艺影响因素以及各影响因素间交互作用对所述性能评价指标的影响,其中,所述施工工艺影响因素包括单次浇筑体积、环境温度、界面状况和养护工艺;
基于所述施工工艺影响因素以及各影响因素间交互作用对所述性能评价指标的影响进行二次线性回归拟合显著性分析,建立第三关系模型。
5.如权利要求1所述的基于响应面法的混凝土路面修补方法,其特征在于,所述极限拉伸应力由被测试板中的应力应变传感器测得,应力应变传感器分别设置于被测试板块表面最大开裂位置以及中心最大开裂风险位置;
在存在粘接界面的工况下,所述应力应变传感器设置于界面粘接处。
6.如权利要求2所述的基于响应面法的混凝土路面修补方法,其特征在于,所述极限拉伸应力拟合模型为:
所述抗弯拉强度拟合模型为:
所述界面弯拉强度拟合模型为:
其中,α1、α2、α3为第一关系模型、第二关系模型和第三关系模型回归常数,β1、β2、β3为第一关系模型、第二关系模型和第三关系模型线性效应回归常数,γ1、γ2、γ3为第一关系模型、第二关系模型和第三关系模型二次效应回归常数,η1、η2、η3为各输入影响因素间交互作用影响回归常数,χi为响应面法中各影响因素,χiχk为响应面法中各影响因素相互间交互作用值, 为响应面法中各影响因素自身二次效应值,χi,χk为两个不同的影响因素,Futs、Ffts、Fifs分别为极限拉伸应力拟合模型、抗弯拉强度拟合模型、界面弯拉强度拟合模型。
7.如权利要求6所述的基于响应面法的混凝土路面修补方法,其特征在于,所述开裂控制输出目标包括:混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出系数和混凝土修补材料界面收缩开裂控制输出系数;
混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出系数为:
混凝土修补材料界面收缩开裂控制输出系数为:
8.如权利要求1所述的基于响应面法的混凝土路面修补方法,其特征在于,根据混凝土路面修补方式,设定所述开裂控制输出目标的区间包括:
当混凝土修补材料应用于混凝土路面整体换板时,则所述混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出系数大于预设值;
当混凝土修补材料应用于混凝土路面局部修补时,存在粘接界面,则所述混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出系数和所述混凝土修补材料界面收缩开裂控制输出系数均大于所述预设值。
9.如权利要求1所述的基于响应面法的混凝土路面修补方法,其特征在于,基于所述开裂控制输出目标的区间进行反算优化,获取混凝土的修补材料和施工工艺包括:
基于所述开裂控制输出目标的区间,获取所述极限拉伸应力、所述抗弯拉强度和所述界面弯拉强度的大小关系;
基于所述大小关系,获取所述矿物掺和料的原材料与所述混凝土修补材料的原材料和所述施工工艺。

说明书全文

基于响应面法的混凝土路面修补方法

技术领域

[0001] 本发明属于公路工程混凝土路面损坏养护维修技术领域,尤其涉及基于响应面法的混凝土路面修补方法。

背景技术

[0002] 当前混凝土路面修补主要采取划线切割—凿除破损混凝土—浇筑修补混凝土这一方式,泥混凝土路面快速修补材料开发和应用等方面得到了一定的应用,但是不同快硬混凝土材料水化成型体系十分复杂,在凝结硬化过程中产生的收缩应受到材料性质、浇筑结构体积、成型条件、养护条件、应用场景等因素影响较大,在高水化放热速率下胶凝材料内部水分消耗迅速,水化放热大、混凝土在强度形成过程中,材料自身内部因收缩效应所产生的极限拉伸应力较大,当材料自身强度发展低于极限拉伸应力时,混凝土结构自身即产生开裂,引起修补失败,除此之外,在混凝土修补过程中,新浇注混凝土因收缩明显,与原被修补旧混凝土无法实现变形协调,在粘结界面容易导致收缩开裂,或是粘接界面存在结构缺陷,在公路营运期内,受多次车辆荷载作用下易产生早期疲劳破坏,界面粘接失效,疲劳寿命较短,无法满足工程修补要求。
[0003] 另一方面,针对上述问题,当前已有部分研究成果,但其研究方法仍存在局限性,当前应用于混凝土路面换板与局部修补的混凝土快硬修补材料在材料性能研究、材料配合比设计、以及现场应用等方面未进行全面研究,大部分材料性能研究只局限于实验室中,材料性能研究止步于实验室内的配合比设计阶段,未考虑到现场工程实际应用问题,例如在进行材料强度实验时,只根据相关规范要求的尺寸进行试件制备,通常规范要求试件尺寸均较小,与现场实际应用场景未能吻合,根据规范要求尺寸所制备试件通常体积较小,受体积效应、环境温度以及空气湿度等情况影响较小,易调配出满足性能要求的配比,但在实际工程应用中,混凝土路面换板或局部切割凿出后修补,通常尺寸较大,受体积效应、以及现场环境温度、空气湿度与养护方式等因素影响,仍会出现收缩开裂等质量问题,快速修补材料体积增大,水化放热累积,进一步促进胶凝材料水化引起温度增加,材料内部水分消耗,以及温度梯度等因素,造成混凝土修补材料收缩,材料自身极限拉伸应力增大,当材料自身抗拉强度小于材料自身极限拉伸应力时便产生开裂。
[0004] 为解决上述问题,本发明提出基于响应面法的混凝土路面修补方法。

发明内容

[0005] 为解决上述技术问题,本发明提出了基于响应面法的混凝土路面修补方法,以解决现有技术中存在的水泥混凝土路面换板修补中混凝土收缩开裂问题。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供了基于响应面法的混凝土路面修补方法,包括:
[0007] 确定修补材料性能的影响因素和性能评价指标,其中,所述影响因素为矿物掺和料影响因素、混凝土修补材料影响因素和施工工艺影响因素,所述性能评价指标均为界面弯拉强度、抗弯拉强度和极限拉伸应力;
[0008] 基于响应面法试验设计方法,分别建立不同的所述影响因素与所述性能评价指标的关系模型;
[0009] 基于所述关系模型,获取极限拉伸应力拟合模型、抗弯拉强度拟合模型和界面弯拉强度拟合模型,并根据拟合模型获取开裂控制输出目标;
[0010] 根据混凝土路面修补方式,设定所述开裂控制输出目标的区间;
[0011] 基于所述开裂控制输出目标的区间进行反算优化,获取混凝土的修补材料和施工工艺;
[0012] 根据所述混凝土的修补材料和施工工艺对混凝土路面进行修补。
[0013] 可选的,基于响应面法试验设计方法,分别建立不同的所述影响因素与所述性能评价指标的关系模型包括:
[0014] 采用一次响应面法试验设计方法,获取所述矿物掺和料影响因素及各个所述矿物掺和料影响因素之间交互作用对所述性能评价指标的影响,其中,矿物掺和料的原材料包括渣、矿渣、灰、锰渣,所述矿物掺和料影响因素包括复配比例、颗粒大小、取代比例;
[0015] 基于所述矿物掺和料影响因素及各个所述矿物掺和料影响因素之间交互作用对所述性能评价指标的影响进行二次线性回归拟合和显著性分析,建立第一关系模型。
[0016] 可选的,基于响应面法试验设计方法,分别建立不同的所述影响因素与所述性能评价指标的关系模型还包括:
[0017] 采用二次响应面法试验设计方法,获取所述混凝土修补材料影响因素及各个所述混凝土修补材料影响因素交互作用对所述性能评价指标的影响,其中,混凝土修补材料包括水泥、矿物掺和料、水、集料和外加剂,所述混凝土修补材料影响因素包括水胶比、矿物掺和料掺量、胶砂比和外加剂掺量;
[0018] 基于所述混凝土修补材料影响因素及所述混凝土修补材料影响因素交互作用对所述性能评价指标的影响进行二次线性回归拟合和显著性分析,建立第二关系模型。
[0019] 可选的,基于响应面法试验设计方法,分别建立不同的所述影响因素与所述性能评价指标的关系模型还包括:
[0020] 采用三次响应面法试验设计方法,获取所述施工工艺影响因素以及各影响因素间交互作用对所述性能评价指标的影响,其中,所述施工工艺影响因素包括单次浇筑体积、环境温度、界面状况和养护工艺;
[0021] 基于所述施工工艺影响因素以及各影响因素间交互作用对所述性能评价指标的影响进行二次线性回归拟合显著性分析,建立第三关系模型。
[0022] 可选的,所述极限拉伸应力由被测试板中的应力应变传感器测得,应力应变传感器分别设置于被测试板块表面最大开裂位置以及中心最大开裂风险位置;
[0023] 在存在粘接界面的工况下,所述应力应变传感器设置于界面粘接处。
[0024] 可选的,所述极限拉伸应力拟合模型为:
[0025]
[0026] 所述抗弯拉强度拟合模型为:
[0027]
[0028] 所述界面弯拉强度拟合模型为:
[0029]
[0030] 其中,α1、α2、α3为第一关系模型、第二关系模型和第三关系模型回归常数,β1、β2、β3为第一关系模型、第二关系模型和第三关系模型线性效应回归常数,γ1、γ2、γ3为第一关系模型、第二关系模型和第三关系模型二次效应回归常数,η1、η2、η3为各输入影响因素间交互作用影响回归常数,χi为响应面法中各影响因素,χiχk为响应面法中各影响因素相互间交互作用值, 为响应面法中各影响因素自身二次效应值,χi,χk为两个不同的影响因素,Futs、Ffts、Fifs分别为极限拉伸应力拟合模型、抗弯拉强度拟合模型、界面弯拉强度拟合模型。
[0031] 可选的,所述开裂控制输出目标包括:混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出系数和混凝土修补材料界面收缩开裂控制输出系数;
[0032] 混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出系数为:
[0033]
[0034] 混凝土修补材料界面收缩开裂控制输出系数为:
[0035]
[0036] 可选的,根据混凝土路面修补方式,设定所述开裂控制输出目标的区间包括:
[0037] 当混凝土修补材料应用于混凝土路面整体换板时,则所述混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出系数大于预设值;
[0038] 当混凝土修补材料应用于混凝土路面局部修补时,存在粘接界面,则所述混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出系数和所述混凝土修补材料界面收缩开裂控制输出系数均大于所述预设值。
[0039] 可选的,基于所述开裂控制输出目标的区间进行反算优化,获取混凝土的修补材料和施工工艺包括:
[0040] 基于所述开裂控制输出目标的区间,获取所述极限拉伸应力、所述抗弯拉强度和所述界面弯拉强度的大小关系;
[0041] 基于所述大小关系,获取所述矿物掺和料的原材料与所述混凝土修补材料的原材料和所述施工工艺。
[0042] 本发明的有益效果为:本发明提出基于响应面法的混凝土路面修补方法,从类各工业固废原材料性能测试、混凝土路面快速修补材料配合比设计、施工现场实际状况(换板或切割凿出修补结构尺寸、环境温度、养护工艺、界面状况)等三个方面进行混凝土换板修补材料设计与开裂控制。从各项原材料性能至现场应用环节,充分考虑每个环节各项参数条件对修补材料收缩以及材料内部极限拉伸应力、材料自身抗拉强度、抗压强度等指标的影响,最后通过控制材料极限拉伸应力与材料抗弯拉强度差、以及界面弯拉强度与界面弯拉强度差为开裂控制指标,实现混凝土路面换板或局部破损后的切割凿出修补材料开裂控制。
[0043] (1)本发明可实现无开裂混凝土路面换板与修补材料设计与配制方法,制备出无收缩开裂修补材料;(2)本发明同时针对混凝土路面换板或局部切割凿出修补等实际工程应用,可实现各类现场换板或修补尺寸+环境温度+养护工艺等耦合作用下的材料与结构不发生开裂;(3)通过本发明,能够实现无开裂混凝土路面换板与修补材料强度预测,能够准确判断换板或修补结构强度是否满足开放交通管制要求,降低交通管制时间,降低事故发生风险,同时防止过早开放交通,材料与结构强度不足,在车辆荷载作用下过早发生破坏。附图说明
[0044] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0045] 图1为本发明实施例一次响应面法试验设计与参数优化流程图
[0046] 图2为本发明实施例二次响应面法试验设计与参数优化流程图;
[0047] 图3为本发明实施例三次响应面法试验设计与参数优化流程图;
[0048] 图4为本发明实施例基于响应面法的混凝土路面修补方法流程图。

具体实施方式

[0049] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0050] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0051] 如图4所示,本实施例中提供基于响应面法的混凝土路面修补方法,包括:
[0052] 确定修补材料性能的影响因素和性能评价指标,其中,影响因素为矿物掺和料影响因素、混凝土修补材料影响因素和施工工艺影响因素,性能评价指标均为界面弯拉强度、抗弯拉强度和极限拉伸应力;基于响应面法试验设计方法,分别建立不同的影响因素与性能评价指标的关系模型。基于关系模型,获取极限拉伸应力拟合模型、抗弯拉强度拟合模型和界面弯拉强度拟合模型,并根据拟合模型获取开裂控制输出目标;根据混凝土路面修补方式,设定开裂控制输出目标的区间;基于开裂控制输出目标的区间进行反算优化,获取混凝土的修补材料和施工工艺;根据混凝土的修补材料和施工工艺对混凝土路面进行修补。
[0053] 具体步骤如下:
[0054] 1.确定混凝土修补材料组成成分,确定混凝土制备所需胶凝材料(水泥+矿物掺和料)、集料、外加剂(减水剂+膨胀剂等)与水等各材料组分。
[0055] 2.物掺和料——采用当地钢渣、矿渣、锰渣、粉煤灰,通过球磨机进行超细粉磨,制备出能够等效替代水泥,有效降低水泥水化热、性能达到S95级的工业固废基超细粉高活性掺合料。
[0056] 3.如图1所示,使用一次响应面法试验设计方法进行试验设计,研究上述4种矿物掺和料不同复配比例、颗粒大小、取代水泥比例以及各自之间交互作用对混凝土修补材料强度(抗弯拉强度+界面弯拉强度)与极限拉伸应力的影响。(1)参照相关规范标准进行试验测试,(2)通过试验所得的数据进行二次线性回归拟合,建立相应数学模型。(3)通过拟合分析4种矿物掺和料不同复配比例、颗粒大小、取代水泥比例对力学性能响应值的影响,进行显著性分析。
[0057] 通过上述一次响应面试验设计方法,获取复配比例、颗粒大小、取代水泥比例等影响因素与混凝土修补材料强度(抗弯拉强度+界面弯拉强度)与极限拉伸应力性能等评价指标的关系模型,即第一关系模型。
[0058] 4.如图2所示,使用二次响应面法试验设计方法进行试验设计,研究水胶比、超细矿物掺合料掺量、胶砂比、外加剂掺量及各自之间交互作用对混凝土修补材料强度与极限拉伸应力的影响(1)参照相关规范标准进行试验测试(2)通过试验所得的数据进行二次线性回归拟合,建立相应数学模型。(3)通过拟合分析水胶比、超细矿物掺合料、胶砂比、外加剂掺量等因素及各因素交互作用对混凝土修补材料力学性能响应值的影响,进行显著性分析。
[0059] 通过上述二次响应面法试验设计,获取水胶比、超细矿物掺合料掺量、胶砂比、外加剂掺量等影响因素及各影响因素间交互作用与混凝土修补材料强度(抗弯拉强度+界面弯拉强度)与极限拉伸应力性能等评价指标的关系模型,即第二关系模型。
[0060] 5.如图3所示,使用三次响应面法试验设计方法进行试验设计,研究单次浇筑体积、环境温度、界面状况及养护工艺及各自之间交互作用对混凝土修补材料强度与极限拉伸应力的影响。(1)参照相关规范标准进行试验测试(2)通过试验所得的数据进行二次线性回归拟合,建立相应数学模型(3)通过拟合分析单次浇筑体积、环境温度、界面状况及养护工艺等因素以及各因素间交互作用对混凝土修补材料力学性能响应值的影响,进行显著性分析。
[0061] 通过上述三次响应面法试验设计,获取单次浇筑体积、环境温度、界面状况及养护工艺等影响因素及各影响因素间交互作用与混凝土修补材料强度(抗弯拉强度+界面弯拉强度)与极限拉伸应力性能等评价指标的关系模型,即第三关系模型。
[0062] 其中,步骤3至步骤4中第(2)点参照相关规范标准进行试验测试:以各步骤中各影响因素为输入指标,均以混凝土修补材料强度与极限拉伸应力为输出指标,通过应力应变传感器建立起混凝土修补材料强度(抗弯拉强度+界面弯拉强度)与收缩应力(极限拉伸应力)大小的关联。
[0063] 混凝土修补材料强度参照相关规范标准进行,分别测试(抗弯拉强度+界面弯拉强度)。抗弯拉强度测试,试验测试:从全尺寸试件中最不利位置切割出力学性能测试试块(该项数据可用于整体或局部换板)。界面强度分为界面弯拉强度测试(该项数据可用于局部切割凿除后修补,存在粘接界面的情况)。——实现强度预测,判定开放交通时间。
[0064] 混凝土修补材料极限拉伸应力由布设于被测试板块中的应力应变传感器测得,应力应变传感器分别布设于被测试板块表面最大开裂风险位置以及中心最大开裂风险位置。在存在粘接界面的工况下,传感器布设于界面粘接处,传感器预先埋设于被粘接混凝土部分,再浇筑另一半修补混凝土后进行应力检测——判定多环境耦合下材料开裂风险。
[0065] 6.开裂控制准则:基于极限拉伸应力—龄期发展曲线拟合方程1、抗弯拉强度—龄期发展曲线拟合方程2、界面弯拉强度—龄期发展曲线拟合方程3,2曲线与3曲线需始终保持在曲线1上方,包络1曲线。即混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出方程1与混凝土修补材料界面收缩开裂控制输出方程2的输出指标F1>0、F2>0;若出现2曲线3曲线部分曲线段超出1曲线,即混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出方程1与混凝土修补材料界面收缩开裂控制输出方程2的输出指标F1<0、F2<0;回归至二次响应面试验,不断调整配比直至满足要求。
[0066] 7.自主设计试验(单次浇筑体积(整板+4/5+3/5+2/5+1/5板块—以整板面积为基准,长宽比固定)+环境温度+养护方式+界面状况)
[0067] 根据一次、二次、三次响应面法的试验数据建立拟合方程(即回归模型),分别基于一次、二次、三次响应面法建立三组回归模型(三组回归模型中代入的影响因素不同,建立的方法相同),任一一组的回归模型建立的过程为:
[0068] 极限拉伸应力拟合方程1:
[0069] 抗弯拉强度拟合方程2:
[0070] 界面弯拉强度拟合方程3:
[0071] 混凝土修补材料本体收缩开裂控制输出方程1:
[0072]
[0073] 混凝土修补材料界面收缩开裂控制输出方程2:
[0074]
[0075] 式中:
[0076] (α1‑α3)——分别为第一关系模型、第二关系模型和第三关系模型回归常数;
[0077] (β1‑β3)——分别为第一关系模型、第二关系模型和第三关系模型线性效应回归常数;
[0078] (γ1‑γ3)——分别为第一关系模型、第二关系模型和第三关系模型二次效应回归常数;
[0079] (η1‑η3)——分别为矿物掺和料影响因素之间、混凝土修补材料影响因素之间和施工工艺影响因素之间交互作用影响回归常数;
[0080] Futs、Ffts、Fifs、F1、F2——输出指标(响应值);
[0081] χi——输入指标(单次响应响应面法中各影响因素);
[0082] ——单次响应响应面法中各影响因素自身二次效应值;
[0083] χiχk——单次响应响应面法中各影响因素相互间交互作用值,其中,χi,χk为两个不同的影响因素,χi为单次响应响应面法中第i个影响因素,χk为除去第i个影响因素的其他影响因素;
[0084] n——影响因素数量。
[0085] 8.混凝土修补材料开裂控制准则:
[0086] (1).当混凝土修补材料应用于混凝土路面整体换板时,可只考虑材料自身体积稳定性,仅需F1>0;单位:MPa。
[0087] (2)当混凝土修补材料应用于混凝土路面局部修补时,存在粘接界面,需同时考虑材料自身体积稳定性以及混凝土修补材料与原有混凝土材料协调变形,需F1>0且F2>0;单位:MPa。
[0088] 9.以一次响应面法中的原材料、二次响应面法中的原材料和三次响应面法中的影响因素为输入指标,以开裂系数F1、F2为输出指标,建立模型函数,设定目标优化区间,经反算优化得出合理输入指标组合。即基于开裂系数F1、F2的区间,获取极限拉伸应力与抗弯拉强度和界面弯拉强度的大小关系;基于大小关系,获取符合这个大小关系的矿物掺和料影响因素、混凝土修补材料影响因素和施工工艺影响因素的合理区间组合,进而获取矿物掺和料原材料配比、混凝土修补材料原材料配比和施工工艺。
[0089] 具体的,先用一次响应面法,把符合要求的矿物掺和料这种材料生产出来,将钢渣、矿渣、锰渣、粉煤灰这几种材料用不同比例进行搭配,混合后形成各种搭配比例的矿物掺和料,然后配上砂子、外加剂、水泥、水这些材料,制作混凝土,在这个过程中,砂子、外加剂、水泥、水这些材料的用量是固定不变的,变的只有矿物掺和料,也就是钢渣、矿渣、锰渣、粉煤灰这几种材料的搭配比例。
[0090] 制作混凝土后,对混凝土的极限拉伸应力以及抗弯拉强度等指标进行对比,建立回归模型,对混凝土修补材料开裂控制准则进行判断,得出来一部分满足要求的钢渣、矿渣、锰渣、粉煤灰这几种材料的搭配比例,能够保证混凝土不开裂,同时一部分不满足要求的组合就会被淘汰,满足要求的那部分,就是合理输入指标组合。
[0091] 使用第二次响应面法,把符合要求的混凝土生产出来,将矿物掺和料,水泥、水、砂和外加剂等材料拿来制作混凝土,在这个过程中,矿物掺和料,水泥、水、砂和外加剂等材料的用量是改变的,(矿物掺和料是从第一次响应面法里面取的,只要满足一次响应面法要求的任何一个组合即可),制作混凝土后,对混凝土的极限拉伸应力以及抗弯拉强度等指标进行对比,建立回归模型,根据混凝土修补材料开裂控制准则进行判断,得出来一部分满足要求的矿物掺和料,水泥、水、集料和外加剂等材料的搭配比例,能够保证混凝土不开裂,同时一部分不满足要求的组合就会被淘汰,满足要求的那部分,就是合理输入指标组合。
[0092] 最后一步,同样的方法,把符合要求的施工工艺找出来,在进行现场施工的时候,考虑单次浇筑体积、环境温度、界面状况及养护工艺等影响因素对混凝土是否开裂进行研究,在这个过程中,单次浇筑体积、环境温度、界面状况及养护工艺等影响因素是改变的,(施工时所使用的混凝土就是从第二次响应面法里面取的,只要满足二次响应面法要求的任何一个组合即可),在施工时,考虑单次浇筑体积、环境温度、界面状况及养护工艺等影响因素对混凝土的极限拉伸应力以及抗弯拉强度等指标进行对比,建立回归模型,根据混凝土修补材料开裂控制准则进行判断,通过这个判断,得出来一部分满足要求的单次浇筑体积、环境温度、界面状况及养护工艺等影响因素的搭配组合,能够保证混凝土不开裂,同时一部分不满足要求的组合就会被淘汰。
[0093] 10.根据反算优化得出合理输入指标组合,指导材料配合比设计以及现场工程施工。
[0094] 通过本发明,(1)可实现无开裂混凝土路面换板与修补材料设计与配制方法,制备出无收缩开裂修补材料。(2)同时针对混凝土路面换板或局部切割凿出修补等实际工程应用,可实现各类现场换板或修补尺寸+环境温度+养护工艺等耦合作用下的材料与结构不发生开裂。(3)通过本发明,能够实现无开裂混凝土路面换板与修补材料强度预测,能够准确判断换板或修补结构强度是否满足开放交通管制要求,降低交通管制时间,降低事故发生风险,同时防止过早开放交通,材料与结构强度不足,在车辆荷载作用下过早发生破坏。
[0095] 以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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