不同掺和料影响下透水混凝土性能及冻融循环劣化研究

摘要

透水混凝土是一种在普通混凝土技术基础上发展出来的新型功能性混凝土材料，由无级配粗骨料、胶结料（包括水泥、各种掺和料和外加剂等）和水组成。透水混凝土具有较大的孔隙率（一般为10-30％），其表观密度较普通混凝土小，具有轻质性，并具备较强的透气透水性能，现已广泛应用于我国体育场、住宅区地面以及某些生态景观公共用地设施中。其作用是可以降低路面噪音，防止路面积水，在有设备条件的地区可以对雨水进行回收利用。同时，良好的透气透水性宏观上改善了城市地面的生态循环。然而，在寒温带地区，尤其是我国北方城市，透水混凝土的冻融破坏一直是一个十分严重的问题，并且其微观机理和影响因素的研究目前还相对较不完善。是以，需要对透水混凝土的冻融循环劣化机理进行进一步的探讨。
　　本论文在现有的透水混凝土生产工艺基础上，分别用粉煤灰、矿粉、硅微粉、砂、VAE-707乳液和聚乙烯纤维作为掺和料，以不同比例添加入透水混凝土试件，并对各原材料配合比进行了重新设计和计算，使试件强度和孔隙率均衡最优化。冻融循环实验采用快冻法，首先对透水混凝土的孔隙率、透水性和强度等基本物理性能作了验证试验，选取最合理的透水混凝土试件孔隙率范围，并保证其使用性能。透水混凝土的冻融循环性能以质量损失率和相对动弹性模量来评价。观察不同掺和料对透水混凝土冻融循环性能的影响规律，探讨其微观机理。
　　冻融循环实验结果表明，不同掺和料对透水混凝土的抗冻性能均有不同程度的影响。粉煤灰可以降低冻融循环下透水混凝土的质量损失和相对动弹性模量损失。硅灰对透水混凝土抗冻性能的提升原理与粉煤灰相似，但其效果较粉煤灰更为显著。实验数据显示硅灰掺量对透水混凝土相对动弹性模量的影响存在一个峰值，为8％。VAE-707乳液作为一种有机混合物，能大幅提高透水混凝土的冻融循环性能，但是其提升作用存在一个掺量的阈值，超过阈值后经济效益将呈负增长趋势，实际工程中建议选用低掺量(2％)。透水混凝土中掺合石英砂对透水混凝土的抗冻能力影响不大。矿粉对透水混凝土抗冻性能的影响规律与粉煤灰类似，但是其效果要高于粉煤灰对透水混凝土抗冻性能的提升效果，但是相对动弹性模量变化并不明显。聚乙烯纤维能提升透水混凝土的抗冻性能，但是这种提升作用对其掺量并不敏感。
　　此外，本论文尝试通过将所研究的各种掺和料（除砂以外）以其最优掺量进行组合配比，以期获得冻融循环性能更为优化的透水混凝土产品。但是冻融循环实验结果表明，多种掺和料组合配制的透水混凝土试件相比其他掺和料的透水混凝土试件来说均没有显示出明显的优势，并且其成本相对较高，其工程应用与制备有待进一步的研究优化。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 透水混凝土的概念

1．3 国内外研究现状

1．3．1 透水混凝土的工程应用现状

1．3．2 透水混凝土的性能劣化与失效机理

1．3．3 透水混凝土的冻融循环性能影响因素及微观机理

1．4 研究内容

1．4．1 透水混凝土的配合比设计与制备

1．4．2 透水混凝土基本物理性能验证

1．4．3 透水混凝土的冻融性能劣化机理研究

1．5 创新点

1．6 技术路线

第2章 透水混凝土的制备

2．1 透水混凝土的原材料

2．1．1 粗骨料

2．1．2 水泥

2．1．3 减水剂

2．1．4 掺和料

2．1．5 水

2．2 透水混凝土配合比设计

2．2．1 配合比设计参数确定

2．2．2 配合比设计计算

2．3 透水混凝土制备工艺

2．3．1 透水混凝土的投料及搅拌工艺

2．3．2 透水混凝土的成型工艺

2．3．3 透水混凝土的试件养护

第3章 透水混凝土的物理性能

3．1 透水混凝土孔隙率

3．2 透水混凝土透水性

3．3 透水混凝土抗压强度

3．3．1 空白对照组抗压强度

3．3．2 粉煤灰组抗压强度

3．3．3 硅灰组抗压强度

3．3．4 VAE-707乳液组抗压强度

3．3．5 石英砂组抗压强度

3．3．6 矿粉组抗压强度

3．3．7 聚乙烯纤维组抗压强度

3．4 本章小结

第4章 不同掺和料对透水混凝土的冻融循环劣化的影响

4．1 透水混凝土的冻融循环试验方法

4．1．1 冻融循环试验

4．1．2 相对动弹性模量测试

4．2 掺加不同掺和料的透水混凝土试件冻融循环劣化

4．2．1 粉煤灰对透水混凝土冻融循环劣化的影响

4．2．2 硅灰对透水混凝土冻融循环劣化的影响

4．2．3 VAE-707对透水混凝土冻融循环劣化的影响

4．2．4 石英砂对透水混凝土冻融循环劣化的影响

4．2．5 矿粉对透水混凝土冻融循环劣化的影响

4．2．6 聚乙烯纤维对透水混凝土冻融循环劣化的影响

4．3 掺和料配比组合优化

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

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