高性能再生骨料透水混凝土的制备与性能研究

摘要

随着我国“海绵城市”政策的推行，透水混凝土的推广与应用迅速发展。用再生骨料配制透水混凝土用作路面材料，可以减少对原生资源的消耗，解决建筑垃圾带来的环境问题，改善生态环境，具有很好的生态效益、环保效益和经济效益，是一种新型的环保材料。但再生骨料透水混凝土强度较低，严重限制其应用。因此，如何提高再生骨料透水混凝土的性能具有重要的研究意义。　　本课题通过强化再生骨料、优化再生骨料颗粒级配以及优化再生骨料透水混凝土的配合比设计三个方面来制备高性能再生骨料透水混凝土，使其 28d 抗压强度达到30MPa，连通孔隙率大于10%，透水系数大于1mm/s。研究的主要结论如下：　　①用掺硅灰和偏高岭土、水胶比为0.3~0.5的水泥浆强化再生骨料，可使再生骨料的压碎值减小，表观密度增大，但吸水率增大，当掺硅灰且水胶比为0.35时，水泥浆强化效果最好；用不同模数的水玻璃溶液强化再生骨料，可使再生骨料的压碎值和吸水率均减小，表观密度增大，当水玻璃模数为1.5时，强化效果最好。总体来看，两种强化方式均可提高再生骨料的性能。　　②设计目标孔隙率为 15%，采用水泥浆强化、水玻璃强化再生骨料养护后成型以及水玻璃强化成型一体化三种方式制备再生骨料透水混凝土，综合来看，水玻璃强化再生骨料养护后再成型的方式效果最佳，其28d抗压强度为31.0MPa，劈裂抗拉强度为2.69MPa，透水系数为1.9mm/s，连通孔隙率为14.6%。　　③用2.36~4.75mm小粒径的骨料，按不同的比例替代4.75~9.5mm粒径的骨料，随着替代比例的增大，透水混凝土的力学性能和密度先增大后减少，而透水系数和连通孔隙率先减小后增大。当替代比例为 25%时，再生骨料透水混凝土的性能最好；当替代比例为 50%时，强化再生骨料透水混凝土性能最好。强化再生骨料透水混凝土与再生骨料透水混凝土比较，力学性能提高，透水系数和连通孔隙率有所降低，均能满足标准要求。　　④通过Image-Pro Plus软件分析了骨料颗粒级配对透水混凝土的平面孔隙率、等效孔径的影响。随着小粒径骨料替代比例的增大，平均等效孔径逐渐减小，小孔数量增多，单一粒径的骨料更容易形成连通孔。再生骨料透水混凝土的破坏形式主要是骨料界面和骨料的破坏，通过强化再生骨料可以减少透水混凝土破坏时的裂纹和松散剥落的现象。对于再生骨料透水混凝土，小粒经骨料替代比例不宜超过25%；对于强化再生骨料透水混凝土，替代比例不宜超过50%。　　⑤研究了水胶比、减水剂用量和骨料特性对水泥浆稳定包裹在骨料表面厚度的影响，通过骨料表面稳定包裹的水泥浆厚度和减水剂用量之间的拟合方程，将水泥浆厚度应用到再生骨料透水混凝土配合比设计中。当骨料粒径为4.75~9.5mm，设计水泥浆厚度为 0.519mm，水胶比为 0.35 时，透水混凝土 28d 强度达到了34.1MPa，透水系数为0.79mm/s。通过Herschel-Bulkley (H-B)模型描述水泥浆的流变行为并进行数值化处理得到水泥浆的流变参数，建立水泥浆流变参数与水泥浆厚度之间的函数关系。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 再生骨料透水混凝土国内外研究现状

1.2.1 再生骨料强化

1.2.2 再生骨料透水混凝土的配合比设计

1.2.3 再生骨料透水混凝土的制备

1.2.4 再生骨料透水混凝土的性能

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究意义

1.4 课题主要研究内容

2 原材料与试验方法

2.1 原材料

2.1.1 胶凝材料

2.1.2 水玻璃

2.1.3 骨料

2.1.4 水

2.1.5 外加剂

2.1.6 氢氧化钠

2.2 测试方法

2.2.1 水泥浆流动度

2.2.2 力学性能

2.2.3 透水系数的测试方法

2.2.4 连通孔隙率

2.2.5 微观测试

2.3.1 搅拌工艺

2.3.2 成型工艺

2.3.3 试件养护方法

3 再生骨料强化及对透水混凝土性能的影响

3.1 水泥浆强化再生骨料性能

3.1.1 不同水胶比的水泥浆强化对再生骨料吸水率和压碎值的影响

3.1.2不同水胶比的水泥浆强化对再生骨料表观密度和堆积密度的影响

3.2 水玻璃强化再生骨料性能

3.2.1 不同模数的水玻璃强化对再生骨料吸水率和压碎值的影响

3.2.2 不同模数的水玻璃强化对再生骨料表观密度和紧密堆积密度的影响

3.3水泥浆强化再生骨料透水混凝土的制备及其性能

3.4水玻璃强化再生骨料透水混凝土的制备及其性能

3.4.1不同制备方式对抗压强度的影响

3.4.2不同制备方式对劈裂抗拉强度的影响

3.4.3不同制备方式对透水系数和连通孔隙率的影响

3.5不同方式强化再生骨料透水混凝土性能比较

3.6本章小结

4 骨料颗粒级配对再生骨料透水混凝土性能的影响

4.1 颗粒级配对透水混凝土抗压强度的影响

4.2颗粒级配对劈裂抗拉强度的影响

4.3颗粒级配对密度的影响

4.4颗粒级配对连通孔隙率的影响

4.5颗粒级配对透水系数的影响

4.6颗粒级配对平面孔隙率和等效孔径的影响

4.7 再生骨料透水混凝土的破坏形式

4.8本章小结

5 再生骨料透水混凝土配合比设计优化

5.1透水混凝土的配合比设计

5.2水泥浆厚度的提出和应用

5.2.1水泥浆的配合比及水泥浆厚度的测试方法

5.2.2水胶比和减水剂用量对水泥浆厚度的影响

5.2.3骨料粒径对水泥浆厚度的影响

5.2.4骨料类型对水泥浆厚度的影响

5.2.5水泥浆流动度与水泥浆厚度的关系

5.2.6水泥浆厚度在再生骨料透水混凝土配合比中的应用

5.3水泥浆的流变性能与水泥浆厚度的关系

5.3.1水泥浆的流变行为

5.3.2水泥浆的流变参数

5.3.3屈服应力与水泥浆厚度的关系

5.3.4稠度与水泥浆厚度的关系

5.4本章小结

6 结论与展望

6.1主要结论

6.2展望

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C.学位论文数据集

致谢