地聚物透水混凝土力学及抗侵蚀性能研究

作     者：王佳锐 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：史巍

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 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）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：地聚物 透水混凝土 正交试验 透水性能 力学性能 抗侵蚀性能 

摘      要：近年来我国城镇化建设水平不断提高,城市建筑物数量和道路硬化面积的增加也给生态环境带来了负面影响。在我国东南沿海地区凸显出如“城市内涝“酸雨侵蚀等问题,酸雨还会带来进一步的硫酸盐侵蚀,破坏城市道路。透水混凝土具有连续多孔结构,可使地表水下渗,缓解城市排水压力。但水泥透水混凝土力学性能较差且易受酸雨和硫酸盐侵蚀,水泥作为其主要原材料,生产过程也会产生大量能耗和碳排放,实际应用受限。粉煤灰和矿粉属于工业固废,经济环保,经过碱激发后生成的地聚物凝胶具有三维网状结构,性质稳定,结构致密。因此本文以粉煤灰和矿粉作为前驱体材料,以水玻璃溶液和氢氧化钠作为碱激发剂制备地聚物透水混凝土,研究其在力学性能和抗侵蚀性能方面的提升,探究地聚物透水混凝土在解决城市内涝和路面侵蚀问题中的积极作用。主要研究内容如下: (1)设计四因素三水平正交试验共9个试验组,通过正交试验组地聚物透水混凝土力学性能试验,研究了碱激发剂模数、设计孔隙率、粉煤灰掺量和养护方式对地聚物透水混凝土7d、28d抗压强度及28d抗折强度的影响。得到各项因素对地聚物透水混凝土的力学性能影响程度为:设计孔隙率粉煤灰掺量碱激发剂模数养护方式。力学性能最优组合为:设计孔隙率15%、碱激发剂模数1.4、粉煤灰掺量30%、养护方式标准养护。 (2)通过正交试验组地聚物透水混凝土透水性能试验,研究了不同影响因素对地聚物透水混凝土28d孔隙率、透水系数的影响。得到各项因素对地聚物透水混凝土透水性能影响程度为:设计孔隙率碱激发剂模数粉煤灰掺量养护方式。透水性能最优组合为:设计孔隙率19%、碱激发剂模数1.6、粉煤灰掺量30%、养护方式高温后满水养护。曲线拟合结果显示孔隙率与透水系数高度相关。 (3)综合分析了设计孔隙率、碱激发剂模数、粉煤灰掺量和养护方式对地聚物透水混凝土力学、透水性能的影响。得到正交试验组中力学、透水性能最优组地聚物透水混凝土组合为设计孔隙率17%、碱激发剂模数1.4、粉煤灰掺量30%、养护方式标准养护。最优组地聚物透水混凝土28d抗压强度33.2MPa、抗折强度3.56MPa,孔隙率16.8%、透水系数3.45mm/s,相比水泥透水混凝土力学性能大幅提升。 (4)通过地聚物透水混凝土抗侵蚀性能试验,研究了最优组地聚物透水混凝土与水泥透水混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能、耐酸性能。发现地聚物透水混凝土在5%硫酸钠溶液干湿循环75次后其质量损失率和抗压强度耐蚀系数分别为水泥透水混凝土的24%、130%;在p H值为3的硫酸溶液全浸泡75d后其质量损失率和抗压强度耐蚀系数分别为水泥透水混凝土的20%、110%。受侵蚀后地聚水混凝土的透水性能仅受到轻微影响。通过微观试验观察到地聚物透水混凝土结构更加致密、生成侵蚀物质数量更少,进一步验证了其抗侵蚀性能优于水泥透水混凝土。 (5)通过地聚物透水混凝土经济性、环保性分析,研究了其与水泥透水混凝土在材料成本、性价比及碳排放量方面的差异。地聚物透水混凝土材料成本为水泥透水混凝土的1.06倍,但其性价比为水泥透水混凝土的1.2倍,并且制备每立方米地聚物透水混凝土的碳排放量仅为水泥透水混凝土的40%。地聚物透水混凝土在实际工程中的可用性更强。