适用于寒冷半干旱区的透水混凝土配合比设计

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2021年入夏以来,我国的河南、山西地区相继遭受了洪涝灾害,造成了巨大的人员伤亡和财产损失,这些灾害虽为极端天气引发,但集中暴露出许多问题和不足,就是城镇化程度越高的地方,造成的洪涝灾害越严重,这个现象归根结底是因为城市中大量的土地被高楼建筑物和城市硬化路面所取代,严重破坏了土壤的生态功能,造成城市排水难,地下水资源缺乏等问题,而透水混凝土具有优秀的透气、透水功能,将其作为城市铺装材料可以很好的缓解这一问题,但是由于透水混凝土自身的胶凝材料用量少,内部孔隙多等特点,导致了其抗压强度低,抗冻性能不佳等特点,已经严重影响了其在我国北方气候寒冷地区的大面积推广之路。本论文针对透水混凝土在实际应用中存在的一些问题,以室内试验为基础,采用控制变量法设计配合比,配制透水混凝土试块并测试其性能,分别研究了透水混凝土的成型工艺以及配合比中各个因素的变化(骨料粒径,水胶比,胶骨比,目标孔隙率,掺合料掺量,外加剂掺量,纤维掺量等)对透水混凝土力学性能、透水性能、抗堵塞性能、抗冻性能的影响,总结配合比对透水混凝土工作性能的影响规律,主要的研究成果如下:(1)分别采用了人工插捣成型,振动台振动成型,表面振动仪振动成型和压力机静压成型四种方法,并比较其优劣,结果表明:静压成型(5MPa)配制出来的透水混凝土试块在满足一定透水性能的条件下(1.56mm/s),其抗压强度要优于其它成型方式和成型参数成型下的透水混凝土;(2)试验以抗压强度和透水系数为评价指标,探究配合比各因素变化对透水混凝土性能的影响,结果表明:目标孔隙率15%,水胶比0.35,硅灰掺量8%,减水剂掺量在0.5%左右时,试块的综合性能最好,且在胶骨比大于0.25时,试块的抗压强度能达到C20以上;(3)透水混凝土的透水系数随着堵塞循环次数的增加而不断下降,且透水系数的衰减速率与透水混凝土的孔隙率成正相关关系,随着堵塞循环次数的增加,目标孔隙率越大的透水混凝土其透水系数下降的越快;(4)纤维的掺入对透水混凝土抗折强度的提高要远大于抗压强度的提高,且在纤维长度和掺量均一样的情况下,聚丙烯纤维透水混凝土试块的力学性能整体上要优于玄武岩纤维透水混凝土试块,两种纤维的适宜的掺量都在4kg/m~3左右;(5)目标孔隙率、水胶比与透水混凝土的抗冻性能呈负相关关系;胶骨比、硅灰掺量与透水混凝土的抗冻性能呈正相关关系。由此结合配合比各因素对抗压、透水和抗冻性能的影响规律,提出以下配比:当目标孔隙率为15%,水胶比0.35,硅灰掺量8%,减水剂掺量在0.5%,纤维掺量4kg/m~3时,透水混凝土既可以满足一定的透水系数(0.97mm/s),抗压强度又能达到C20以上,且在25次冻融循环后,其抗压强度损失率和质量损失率均能满足规范要求,抗冻性能优良。
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