再生骨料透水混凝土堵塞性能研究

作     者：雷淑敏 

作者单位：华北水利水电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈守开

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：再生骨料透水混凝土 堵塞 透水系数 Image法 平面孔隙特征 

摘      要：近些年,随着我国城市化建设进程的加快,建筑垃圾年产量逐年增加,对环境造成的污染也逐年加剧。透水混凝土是海绵城市的关键组成部分,是一种生态绿色、环境友好的功能性路面材料,可以有效吸收路表雨水,减少城市内涝。以建筑垃圾破碎得到的再生骨料全部取代天然骨料制备再生骨料透水混凝土(Recycled aggregate pervious concrete,RAPC),其不仅能减轻建筑垃圾对环境的污染,而且还有利于减少城市洪涝灾害的发生,提升城市生态系统功能,促进建筑业的可持续发展。但在实际应用的过程中,随着使用时间的推移,因人为因素或者自然沉降等原因产生的沉积物易造成RAPC内部孔隙堵塞,导致其透水性能大幅降低,甚至丧失透水功能演变为不透水路面。基于此,本文以设计孔隙率20%、25%和30%的RAPC为研究对象,选取不同区域(商业区、交通区、居民区和公园)堵塞材料,开展持续堵塞和循环堵塞-冲洗试验,研究RAPC的透水系数、透水损失率和透水恢复率变化情况;基于Image法研究其平面孔隙特征参数对抗压强度、透水系数的影响规律,并采用数学统计法描绘RAPC的孔径和面积分布;研究堵塞材料粒径大小与特征孔径之间的比值对RAPC堵塞性能的影响,并基于灰色关联理论分析不同孔径范围对RAPC抗压强度、透水系数、透水损失率和透水恢复率的影响程度;最后建立基于孔结构参数的持续堵塞模型和循环堵塞-冲洗模型,为解决RAPC堵塞问题及其工程化应用提供理论支撑。结果表明:(1)在RAPC透水性能和孔结构参数的关系方面,RAPC初始透水系数与有效孔隙率呈指数规律,其孔径分布基本服从韦伯分布,面积分布基本服从对数正态分布;RAPC抗压强度、透水系数与平面孔隙率、周长、比表面积和形状因子等单一平面孔隙特征分别呈指数和线性关系,透水系数与复合孔结构参数之间呈现二次多项式关系,相关系数达0.95以上。(2)从不同区域的持续堵塞情况来看,设计孔隙率越大,RAPC维持其透水能力可承担的堵塞次数越多,但最大堵塞次数未超过6次;居民区的透水损失率相对最大,最易发生堵塞;堵塞颗粒尺寸与平均等效直径的比值τ在0.253和0.267之间时,造成RAPC堵塞较严重;基于孔结构参数建立的持续堵塞模型能够较好地预测堵塞后的透水系数。(3)在进行堵塞-冲洗时,经历同样的循环堵塞-冲洗次数后孔隙率越大其恢复透水系数越高,RAPC在经历10次循环堵塞-冲洗后的透水系数并未降到0.5 mm/s以下;公园的透水恢复率相对最大,冲洗恢复效果最好;不同孔径范围的孔隙对RAPC抗压强度、透水系数、透水损失率和透水恢复率的影响程度不同,其中2～4 mm和4～6 mm的孔隙对抗压强度影响最大;8～10 mm和10 mm以上的孔隙对透水系数影响最大;建立的循环堵塞-冲洗模型能够较好地预测冲洗后的透水系数。