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建筑伸缩缝施工:优化混凝土,提高桥梁的可持

发布日期:2018-08-13|变形缝生产厂家小编
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  建造的基础设施是各种环境影响措施的最大贡献者之一,建筑伸缩缝施工例如能源消耗和二氧化碳(CO)。2)排放。在减少这一影响方面有持续的势头。这一势头符合ASCE的“道德守则”,其中部分规定工程师“在履行其专业职责时应努力遵守可持续发展的原则”。此外,有几个州要求对一些运输项目的环境影响进行分析(FHWA,2016)。例如,在马萨诸塞州,某些项目必须量化CO。2排放与“…文件”尽可能避免、尽量减少或减轻对环境的损害的计划“(马萨诸塞州联邦,2010年)。除了类似的空气质量分析外,纽约还需要对一些项目进行能源影响分析(NYSDOT,2010年)。

  各种可持续性准则,如远景规划、绿色道路和能源与环境设计领导力(LEED),建筑伸缩缝施工方法可供有意减少结构对环境的影响的工程师或业主使用。这些准则主要列出了确定广泛目标的信贷。为了把重点放在Envision的资源分配类别上,作为结构工程师对这一评级系统有很大影响的一个例子,列出的目标包括:减少净体现的能量和支持可持续的采购做法。显然,实现这些目标的指令性方法并不是目的,这对那些缺乏可持续性教育的人构成了挑战。这一条的目的是为实现可持续性准则所载的总体可持续性目标提供具体战略,重点是具体的可持续性目标。

  重大环境影响

  了解桥梁生命周期的哪个阶段对环境影响的贡献最大,以确定减少环境影响最有效的策略是有用的。典型的桥梁寿命周期阶段包括:制造/生产、施工、运营/维护和寿命结束.

  

建筑伸缩缝施工

 

  图1.例如LCA结果全球变暖潜力。

  每个阶段的影响可以用生命周期评估(LCA)方法来量化.简而言之,LCA用定义明确的系统边界(特定项目供应链的一个特定部分)的数量来量化环境影响,例如全球变暖潜力。许多长期合作行动研究分析了与桥梁项目相关的排放量。一些研究报告了每个生命周期阶段的结果。另一些则侧重于比较某一特定阶段不同桥梁替代品的排放量。许多研究评估各种上层建筑方案,假设子结构保持不变。针对具体项目的长期合作行动研究可用于定量平衡上层建筑和子结构替代品,以尽量减少对环境的影响。长期合作行动研究有助于发现哪些项目要素的影响最大,哪些因素对其规模或成本影响过大。图1显示了一个假设项目的全球变暖潜力的LCA结果。其他环境影响类别也可以研究。

  对整个生命周期排放进行比较的研究一致认为,建筑伸缩缝施工方法制造/生产阶段产生的排放量最大。Martin(2011年),Hammervold等人。(2013年)和Du等人。(2014年)报告称,全球变暖总量的84%以上是由于初始阶段造成的,Dequidt报告为64%。Du等人(2014年)还报告说,初级阶段占CH的绝大多数4,所以2,不x,和NH3排放。排放的数量在很大程度上与水泥的数量、钢的回收率(在美国是很高的)和钢铁生产中使用的电源有关。因此,桥梁工程师应将最初的制造/生产阶段作为目标,以减少其项目的最大排放量。

  战略

  替代胶凝材料

  减少公路结构和其他含混凝土结构的环境影响的一种方法是用替代胶凝材料(ACM)取代混凝土的全部或部分硅酸盐水泥含量。这些材料也经常被称为补充胶凝材料(SCM)。虽然这两个术语本质上是同义的,但ACM一词更好地强调了其中一些材料可以在很大程度上替代波特兰水泥,甚至在某些情况下完全可以使用。

  图2.为延长使用寿命而设计的桥梁实例:a)为300年使用寿命设计的非盟布里斯班第二网关桥(c Murarrie,2016),b)美国MN圣安东尼瀑布桥,设计寿命为100年(RJ Watson,Inc.,2016)c)美国纽约州新塔潘Zee桥,设计寿命为100年(c HDR,Inc.,2016)。

  由于许多ACM材料都是制造副产品,结构的环境影响可以通过它们的使用得到极大的改善。减少热开裂是ACM的另一个好处,这对大型混凝土构件特别有利。此外,ACM还能改善长期力学性能,降低耐久性,如耐氯离子渗透和耐碱-硅反应等。因此,由于使用寿命的增加,会产生二次环境效益,这可以在一般情况下考虑,也可以通过使用寿命设计明确地加以考虑。事实上,通过合理的混合料设计和使用,预期的使用寿命可以大大延长超过常规达到的水平。为延长使用寿命而设计的示例结构如下所示图2.

  存在着多种可能的ACM。具有最低环境影响的人自然是来自其他部门的废物产品(尽管为了充分评估这是否属实,有必要充分考虑到环境影响)。粉煤灰、高炉炉渣、硅粉是目前最常用的副产物。其他被用作ACM的产品包括其他工业、农业和城市废物,以及粘土和火山灰等天然火山灰。

  表1.ACM的标准和创新范围的比较。

  ACM的配比至关重要。在某些ACM中,力量增长较慢,这意味着要注意确保在幼年时有足够的力量。工作性也可能是几个潜在ACM关注的问题。因此,目前可以完全替代硅酸盐水泥的材料很少。ACM的多种组合已经成功地满足了强度、适用性和可施工性的要求,同时也减少了对环境的影响。在……里面表1综合选定的基础设施所有者的规格(为正常的,即非高性能混凝土)给出的典型比例的通用ACM是允许的,而创新的设计和研究项目通知更高比例的ACM是可能的。

  业主的标准规格中允许的粉煤灰百分比差别很大,但往往高达30%的替代率(表示为粉煤灰相对于胶凝材料总重量的重量)。一些机构对使用提出了额外的要求,例如具体说明可使用的粉煤灰类型(F类被认为是质量最高的,C类也是常用的)。

  其他机构对粉煤灰的使用限制较少。例如,得克萨斯州交通部(DOT)允许高达35%的粉煤灰(假设其他限制得到满足),这是与本茨等人相同的比例。(2011年)在早期房产方面没有达成妥协。另一个例子是特拉华州交通部对粉煤灰型混凝土的具体指定,它规定了至少20%的粉煤灰,除了证明可接受的性能外,没有其他最高值。此外,多个项目已经超过了前面提到的飞灰上限。其中包括佛罗里达州的阳光天道大桥和南卡罗莱纳州的库珀河大桥,分别利用50%和43%的粉煤灰。Bouzouba和Lachemi(2001年)使用了更高比例的粉煤灰,他们开发了一种含有70%粉煤灰的高体积混合材料。克罗斯等人进行的实地试验。(2005)采用100%C级粉煤灰作为基础和墙体,粉煤灰比例过高对早期强度增益的影响不大。类似水平的ACM可以例行地用于非计划的成员-当这些组件在施工过程的后期不需要达到其充分的设计强度时,这是非常关键的。

  与粉煤灰相比,建筑伸缩缝施工方法矿渣的比例更高。例如,威斯康星州DOT是几个允许高达50%矿渣的机构之一。在这个临界点之前,最终的结构和环境效益是有利的。Elahi等人(2010年)显示,28天及以后增强了强度,并显著降低了氯离子渗透性,尽管与100%波特兰水泥替代品相比,3天和7天强度下降是性能上的权衡。考虑到将结构性能要求与环境目标结合起来的优点,有一些创新的例子表明,最大限度地利用矿渣作为ACM,包括弗吉尼亚詹姆斯河大桥使用75%的矿渣,明尼苏达州圣安东尼瀑布桥使用的矿渣占69%,明尼苏达州圣安东尼瀑布大桥使用16%的粉煤灰。图2b).

  硅粉比粉煤灰和矿渣广泛使用,且比例有限。因此,与其他ACM相比,使用它的好处目前受到更大的限制。虽然迄今开展的大多数案例研究和研究侧重于单一ACM的利用,但各种ACM的组合也是可能的。ASTM混合ACM标准规范就是为此目的而存在的(ASTM C 1697,2010)。

  除了尽量减少对环境的影响外,两个关键的挑战继续推动ACM的研究和发展。其中之一是前面提到的早期衰弱的力量。为了减轻这些影响,已经采用并正在考虑各种战略。例如,一种技术是“填充效应”,可以通过添加细石灰石等材料来实现。另一个令人关注的问题是,当地对ACM的需求可能超过现有供应。由于法规的改变和燃煤电厂的淘汰,高质量粉煤灰的供应有时是个问题,将来可能是一个更大的问题。

  这一问题为研究目前可用的粉煤灰替代品和评价新兴技术提供了强大的动力。德克萨斯州交通部(Seraj等人,2014年)赞助了一项研究,以研究F级粉煤灰的可能替代品。共鉴定出6例ACM。然而,研究时的材料成本通常是粉煤灰成本的两倍以上,比水泥成本还要高。更多地使用炼钢过程中的炉渣,这在一定程度上是由“购买美国”的要求所维持的,这可能有助于填补这一空白。

  水泥生产效率

  从节能工厂采购水泥是一项可持续的战略。劳伦斯伯克利国家实验室2008年的一份报告调查了40多家工厂为提高能源效率和减少二氧化碳而可以实施的改进措施。2排放。理想情况下,水泥厂将能够提供一份环境产品声明,详细说明其产品对环境的影响。然而,在没有详细报告的情况下,可以编写规格说明,以利于在节能和减少环境影响技术方面进行投资的水泥供应商。

  其他新兴技术

  为提高钢筋混凝土的可持续性性能,出现了一些新技术。例如,用耐腐蚀材料代替钢筋可以大大提高混凝土桥梁的使用寿命。耐腐蚀增强材料包括不锈钢(SS)、纤维增强聚合物复合材料(FRP)、镀锌钢筋(GRS)和低碳铬增强钢(LCC).与传统钢筋(CS)相比,正确使用这些材料可以延长免维护的使用寿命。

  另一种策略是使用废CO。2作为生产PCC的外加剂。建筑伸缩缝施工在这个应用程序中,向上循环的废气CO2在混凝土中被矿化,从而显着地减少了材料的碳足迹(http://carboncure.com)碱活化粉煤灰混凝土(AAFAC)是另一种选择,它使用粉煤灰100%替代硅酸盐水泥。AAFAC依靠工业副产品大幅度减少碳足迹,同时对许多可能困扰PCC的耐久性问题也有很强的抵抗力。与提高混凝土可持续性等级有关的其他新兴技术包括完全可回收混凝土(CRC)、硫铝酸钙(CSA)水泥,以及将再生混凝土骨料加入混凝土中。建筑伸缩缝施工方法后一种策略目前已成功地应用于混凝土路面,近年来的一些研究在再生骨料的结构应用中取得了良好的效果。

  个案研究

  表2.桥梁施工中使用防腐加固的工程实例。

  在表2为延长结构的使用寿命,在桥梁构件中使用了耐腐蚀加固的实例。

  结语

  随着可持续性知识库的不断增长,工程师们可以期待新的替代方案,并越来越多地应用现有的方法来减少公路基础设施对环境的影响。生命周期分析(LCA)和寿命设计等方法目前具有许多优点,预计这些方法对结果量化的简便性和准确性只会提高。现有数据表明,ACM、建筑伸缩缝施工水泥生产工艺的其他改进和更多的耐腐蚀增强材料是目前减少公路桥梁中使用的混凝土对环境的影响的最佳做法之一,从而减少了这些结构对环境的总体影响。

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