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C40透水混凝土的制备及性能研究

C40透水混凝土的制备及性能研究

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作者：任强伟北京建筑大学

学位级别：硕士

随着我国社会经济的快速发展及城镇化的大力推进,大量人口涌入城市。随之带来的诸多城市问题,如:城市“热岛效应”、噪声污染以及雨天大量降水带来的城市内涝。透水混凝土具备多孔结构,具备透水、透气、降噪等特点,能有效缓解城市内涝... 详细信息

随着我国社会经济的快速发展及城镇化的大力推进,大量人口涌入城市。随之带来的诸多城市问题,如:城市“热岛效应”、噪声污染以及雨天大量降水带来的城市内涝。透水混凝土具备多孔结构,具备透水、透气、降噪等特点,能有效缓解城市内涝、噪声污染问题和城市“热岛效应”。而目前研究制备的透水混凝土抗压强度大多在20-30MPa,且抗折承载力不足,搅拌成型状态不稳定带来的底部堵浆问题,都是目前透水混凝土不能在城市主路应用的技术问题。基于此,主要研究内容如下:(1)原材料组成设计及配合比设计,通过正交试验设计,研究对比了水胶比、骨料级配、硅灰掺量、聚合物乳液四种因素对透水混凝土抗压强度、透水系数、抗折强度的影响。通过优选得出最优配合比及外掺料最佳掺量,并通过SEM观察不同聚合物乳液掺量下成膜现象,形成三维网状结构,得出聚合物最佳掺量为6%,从微观角度解释了聚合物增强机理;最终试验优选制备出抗压强度45.9MPa、透水系数2.25mm/s、抗折强度6.2MPa的力学性能和透水性能兼优的C40高强透水混凝土。(2)为使C40透水混凝土具备更高强度及改善其孔隙结构,通过米石后掺造孔法对透水混凝土的连通孔隙进行塑造,用混凝土切割机对透水混凝土进行切片磨光处理,利用IMAGE J软件分析图像测出切面孔隙率,通过超景深三维系统设备观察透水混凝土骨料包裹界面内部结构。得出以下结论:米石后掺量为5%时达到最大3.5mm/s,比未掺米石增加了56.9%,有效孔隙率在米石后掺量为10%时达到最大25.3%,比未掺时增加了30.4%。(3)在C40透水混凝土优化配合比设计中,本着“减胶不降强度”的理念,掺入促凝剂保证了在同等28d强度在40MPa以上时,降低了胶材的用量,一方大约节约40kg的胶材用量,响应了国家“节能减排、低碳环保”的发展理念,同时节约成本。经研究发现:促凝剂的掺入一方面显著增加透水混凝土早期强度,另一方面促凝剂的掺入可以调整浆体的触变性,增加了有效孔隙率,B组、C组促凝剂最佳掺量为1.5%时,透水系数分别增加138.9%、108.3%。显著改善透水混凝土底部的堵浆现象。(4)采用插捣法+静压成型法成型透水试块,研究了不同种类的促凝剂在不同掺量下对透水混凝土切片孔隙率、孔隙率、透水系数及抗压强度的影响,通过超景深及SEM观察透水混凝土的三个切片的孔隙结构及特征来研究其堵浆机理及界面增强效果。得出促凝剂对透水混凝土抗压强度、孔隙率(切面孔隙率、有效孔隙率)、透水系数的影响曲线。从根本上解决了底部堵浆问题、抗压承载和透水系数的平衡问题,在减少胶材用量40kg/m下,制备出抗压强度高达45.5MPa且透水系数2.58mm/s的可用于实际公路工程的高强透水混凝土。(5)通过XRD分析两种促凝剂对透水混凝土反应产物及机理的微观研究,得出对晶态材料的物相定性分析和定量分析,分析出促凝剂增强机理,进一步得出促凝剂对透水混凝土内部粘结面的组成结构的研究。(6)在继续研究C40透水混凝土增强和改善其成型状态方面,研究了一种新型的纳米级材料-纳米纤维素(cnfs),其高强度、高结晶度、高比面积、良好的相容性的特性创新性的应用到透水混凝土当中,研究表明:cnfs可以改变浆体的流变性能,可以调节稳固透水混凝土的成型状态,对28d抗压、抗折强度增长较明显,分别增长56.8%、52.5%,28天抗压、抗折强度分别可达50.8MPa、6.83MPa,其最佳掺量分别为0.1%、0.15%;cnfs在0.05%掺量时透水系数和有效孔隙率达到最大。(7)总结亲身参与的C30透水混凝土学校路面的施工经验,对透水混凝土的配合比设计、拌合与运输、摊铺与碾压、养护等方面进行总结探讨,施工中常见问题是施工人员经验不足无法准确判断、调整成型状态,以及不同区域抽样测试试块强度等指标差异大。针对以上问题给出解决办法,同时明确了C40透水混凝土今后研究重点。

关键词：正交试验配合比设计工程应用减胶节材触变性 cnfs增强

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