掺硅藻土的保水水泥混凝土组成设计与水热性能评价

摘要

保水路面是指路面结构内部可以保持水分，并通过水分的蒸发带走大量潜热，抑制路面表面的温度上升进而降低空气温度的一种功能型路面。本文主要涉及保水水泥混凝土的材料组成设计及性能评价等。此研究可以为缓解城市热岛效应，建设“海绵城市”提供一种技术方案和相关技术支持。
　　本文在研究硅藻土掺量对混凝土性能影响的同时，确定最佳硅藻土掺量。通过对比不同保水材料的经济技术等特性，确定了保水材料的种类与粒径。经由试验计算，确定了母体材料的配合比。采用拌和的方式使保水材料与母体材料结合成型，通过对比不同拌和工艺，确定了拌和流程；分析了不同硅藻土掺量的保水试件的抗冻性和强度；设计了保水试件在不同环境条件下的吸水试验以及室内外的蒸发试验，根据试验结果分析了不同硅藻土掺量的保水试件的吸水蒸发性能；观测了试件在洒水前后的温度变化特征，并根据地表能量平衡理论、温度及试件参数等，计算分析了不同保水量的混凝土试件的温度和能量行为，使用温度行为与显热、潜热评价了试件的降温特性。
　　结果发现：硅藻土掺量为3.0％时，保水试件的吸水高度和吸水速率最大，分别为70.35%和0.118 g/cm3，其抗冻指数、抗压和抗弯拉强度、饱水吸水量、洒水吸水量较大且与最大值差别不大，其值分别为99.1%、21.0和2.64 MPa、0.140 g/cm3、0.140 g/cm3（40 min）。掺3.0%硅藻土的保水试件在开始时的蒸发率为0.254 g/(m2·s)，在第8.5个小时的蒸发率为0.023 g/(m2·s)。掺硅藻土的保水试件可以维持8.5个小时的较强蒸发作用。相较于普通水泥混凝土，掺3.0%硅藻土的保水水泥混凝土的表面温度在洒水后的第一天最大降低5.1℃，而第二天最大降低2.1℃。相较于普通水泥混凝土，掺硅藻土的保水水泥混凝土能够明显降低显热的释放并增大潜热的释放，尤其是掺量达到3.0%及以上时（3.0%掺量下显热降低量在白天和晚上分别为29.6 W/m2和14.9 W/m2，潜热平均值的增加量为57.2 W/m2）。因此，最后硅藻土的最佳掺量为3.0%。掺3.0%硅藻土的保水水泥混凝土路面系统的降温效果显著，对城市热岛具有一定的缓解作用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究背景

1.2国内外研究进展

1.3研究内容及研究流程

第二章 保水水泥混凝土材料组成设计

2.1选择保水材料

2.2确定母体材料

2.3拌和方式

2.4最佳硅藻土掺量的确定方法

2.5本章小结

第三章 保水水泥混凝土抗冻性能与强度

3.1试验方法

3.2保水水泥混凝土的抗冻性能

3.3保水水泥混凝土的强度

3.4本章小结

第四章 保水水泥混凝土吸水蒸发性能

4.1试验方法

4.2吸水性能试验结果与分析

4.3蒸发性能试验结果与分析

4.4本章小结

第五章 地表能量平衡理论

5.1地表能量平衡理论

5.2混凝土参数的确定

5.3本章小结

第六章 保水水泥混凝土降温性能

6.1室内试验

6.2室外试验

6.3保水水泥混凝土最佳硅藻土掺量的确定

6.4本章小结

结论与建议

主要研究结论

进一步研究建议

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢