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透水混凝土综述
"新型土木工程材料"
课程考试作业
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班级:
XX:
学号:
得分:
2021年4月
透水混泥土性能与应用综述
摘要:
城市化进程加快促进了人们物质生活的提高,但同时也带来了一系列的问题:
如保障城市区域降雨期间的排水通畅、保护城市区域区域的水资源和地下水资源,这些问题在世界围都引起了关注。
透水混凝土在降水过程中能将雨水原地渗透到土壤中,从而产生了净化水体和保护水资源的效果,因此其已经得到了广泛的应用。
本文综述了透水混凝土的开展历史、国外研究概况,以及其具体的实际应用,最后还谈了其在应用领域存在的缺乏,旨在促进混凝土的性能优化和推广应用。
关键字:
透水混凝土;排水性能;实际应用;缺陷
Abstract:
Thehighspeedofurbanizationnotonlypromotedtheimprovementofpeople'smateriallife,butalsobroughtaseriesofproblems,howtoprotectthewatersupplyanddrainageinurbanareasduringrainunobstructed,waterandgroundwaterresourceprotectionhasbeeaproblemworldwide.Perviousconcreteinsituprecipitationinrainwaterinfiltrationintothesoil,resultinginpurifiedwaterandprotectionofwaterresourceseffecthasbeenwidelyused.Thispaperreviewsthedevelopmenthistoryofdomesticandinternationalresearchprofiles,aswellasspecificpracticalapplicationofperviousconcrete,andfinallytalkaboutitsshortingsintheapplicationdomain.Thepurposeofwritingthisarticleispromotingandoptimizingtheperformanceofconcreteapplication.
Keywords:
PerviousConcrete;Drainageperformance;Practicalapplication;defect
1.引言
透水混凝土在习惯上有多的称呼:
多混凝土、无砂混凝土、大混凝土、多连续绿化混凝土等。
其中国和国外有不同的定义,在我国透水混凝土被定义为:
“由水泥、粗集料和水拌和而成的无砂混凝土〞;而在欧美一些兴旺透水混凝土被描述为:
“一种由水泥结合而成的开放级配混凝土〞和“拥有20%以上连通隙的混凝土〞。
相对于传统的路面硬化铺装,透水性混凝土道路的铺设带来了很多优点:
(1)透水性好,用其来铺装路面,能够使雨水快速渗入地面,及时的补充地下水,这样既能缓解城市道路的排水压力,又能使地下水得到补充;
(2)降噪能力强,由于透水混凝土的构造多空隙,其可以吸收车辆在行驶过程中产生的噪声,减少城市污染;
(3)缓解“城市热岛〞,透水性地面由于自身一系列与外部空气及下部透水垫层相连通的多构造,在降雨过后,透水性地面下垫层土壤中丰富的毛细水通过自然蒸发和太阳辐射作用下的蒸腾作用使地表的温度降低。
1.国外透水混凝土研究与应用的现状
1.1国外研究概况
早在一百多年前,国外就已经有使用透水混凝土的记载了V·M·Malhortra记载[1]:
在1852年,由于英国在建造工程中缺少细骨料,于是工程师们开发了不含细骨料的混凝土,即透水混凝土。
在那以后,在欧美日等兴旺,以透水混凝土为代表的各种透水工程材料得到了广泛推广应用。
早在20世纪70年代,兴旺先后开场研究排水性沥青混凝土路面(DrainageAs—phahPavement简称DAP)技术。
继而对以透水混凝土为代表的各种透水工程材料进展系统开发应用研究。
美国环境保护署大力向北美地区推广使用这一技术,特别是暴雨频发的地。
德国从20世纪80年代起就致力于对不透水路面的改造,其目标是在不久的将来,把全国城市90%的路面改造为透水路面。
日本在20世纪70年代后期提出了“雨水的地下复原政策〞[2],用于解决因抽取地下水而引起地基下沉等问题,着手开发透水性混凝土铺装,并应用于实际工程。
1987年大阪近畿大学土木工程系教授玉井元治在胶结材中掺用了高分子树脂和微细骨料来制备透水性混凝土并申请了专利。
目前,日本在配合比设计、施工、养护、管理等面已形成级的标准规,正在大力地推广应用[3]。
从理论研究到应用开发,从原材料品质到设计法,从施工工艺到设备选型,从技术规到法律法规,开展了一系列推广工作,DAP技术得到广泛应用。
目前,日本全国各种车用道路(包括高速公路)、步行道、建筑物外部各种广场、体育设施场地、公园和公共绿地等都广泛采用透水工程材料铺装。
从2001年至今但凡新的市政建立工程和改造翻修工程全都采用透水工程材料。
1.2国研究概况
由于我国城市化建立起步较晚,所以透水混凝土在我国的研究长期处于空白阶段。
但后来随着改革开放后,城市建立加快,对这面的研究增多,我国也进展了一些开创性的研究。
1995年,中国建筑材料科学研究院率先在国成功研制出透水混凝土,随后,清华大学的静等人在试验中还参加了6%硅粉、增强剂等矿物细掺料和外加剂,以改良其微观构造,提高水泥黏结剂黏结强度。
使透水混凝土28d抗压强度可达50MPa,抗折强度达6MPa[4]。
其渗透性、抗磨损、耐久性也非常好。
此外,中南大学的瑜、长安大学的木莲等人分别从矿物掺合料和外加剂的作用效果、透水混凝土的强度开展关系、弹性模量的测试法、透水混凝土的最正确配制条件等面进展了大量深入的研究,为改善透水混凝土的力学性能发挥了重要作用。
在其应用面:
透水混凝土已经在奥林匹克公园和XX世博园区等很多实际工程中得到应用,其优良的透水性能和质朴美观的视觉效果,使之成为工程应用领域中的一个亮点,并推动了透水混凝土在我国研究及应用的热潮。
2.性能研究
2.1透水性能
透水混凝土,顾名思义,就是可以将水透过路面的混凝土。
所以作为路面材料,透水混凝土的一个重要特性就是排水。
在下雨的天气里,雨水落到透水混凝土地面,并渗入到路面的部构造,通过路面部的连通空隙流走,这样的话,雨水就不会再路面形成有害的水膜,使得路面长期处于良好状态。
因此路面和车辆的轮胎得到了充分的接触,防止车辆在雨天高速行驶产生水漂的情况,行车平安性得到了提高。
长安大学的木莲[1]等人渊以隙率和渗透系数为指标,定水位试验法,研究透水混凝土排水性能,研究结果说明:
有效隙率随全隙率的增大而增大,有效隙率与隙率的比值亦随之增大,其相互之间存在相关性良好的二次项关系;但是,随着空隙率的增大,其抗压强度逐渐降低,而且抗压强度与全空隙率的相关性优于有效空隙率,见公式:
式中:
式中:
-透水混凝土7弯曲强度
美国的LivM.Haselbac[6]等人,通过建立砂层覆盖透水混凝土外表的系统模型,模拟雨水径流在透水混凝土受到污染或小受阻的情况下,积极径流、被动径流对其渗透率的影响,并提出了关系程:
在日本,为了解决由于粉尘和泥沙的堵塞,造成的透水路面透水功能下降的问题,一般采用压力为4~7MPa的小型高压清洗机清洗路面,或采用高压清洗和真空吸附结合的法恢复,这样可以使透水功能恢复到初期的80%[7]。
2.2抗冻性
透水混凝土与传统的混凝土相比抗冻性能十分优越,当遇到低温时混凝土发生冷缩,使混凝土发生变形。
由于透水混凝土的空隙较多,变形发生时空隙的收缩抵挡住了大局部的缓和了大局部的变形,因此即使在低温时透水混凝土也能抵挡住破坏。
从理论上讲,透水混凝土在抗冻性与水灰比有关,假设在浆骨比一样的情况下,如果此时的水灰比出现增大的趋势,其抗冻性也会出现提高的趋势,但是这样的比照关系是有限度的,一旦水灰比超过了0.31的围,耐冻系数就会不断降低;水灰比一样时,水泥浆量越高,混凝土耐冻系数越大。
无砂透水混凝土中的隙比拟大,是水泥的几倍,其不仅仅可以承受结冰现象下的膨胀,还使得其表现出良好的抗冻性特点,但是值得注意的是在此过程中,总会有局部水分会向毛细慢慢移动,出现膨胀压力和渗透压力,从而导致混凝土部构造出现损害,重的情况甚至会出现裂缝,久而久之,将会出现混凝土毁坏的现象[8]。
基于上述研究成果,以0.31水灰比、〔4.75~9.5〕mm粒径骨料的分配来实现配置过程,使得其隙率为22%,透水系数可达7mm/s,抗压强度超过20MPa,在经过50屡次的冻融循环时,其耐冻系数可以保持在80%左右。
在整个试验的过程中,混凝土28d抗压强度到达C28d的水平,此时车辆的噪音可以保证一定程度的降低,即使出现降雨情况,也不会出现积水现象。
2.3吸声降噪性
透水混凝土还有一个环境有好的特性就是它吸收噪声的能力,由于其构造上面多,当有声波入射到外表时,一局部被反射,另一局部那么透入到部向前传播。
由于隙中空气运动的黏滞作用和摩擦力使一局部将声能转变为热能而消耗掉。
另一局部声波反射后,经过材料部回到外表,有些声波回到空气中,有些又反射回材料部,如此反复,直到平衡,以到达吸声降噪的效果[9]。
透水性混凝土的吸声效果可用吸声系数(即材料外表吸收的声能与入射的声能的比值)来表示,吸声系数的大小与材料的隙率、粗骨料级配、试件厚度等及频率有关。
国的SeungBumPark等人采用再生骨料取代普通碎骨料配制,以研究透水混凝土的吸声特性与隙率的关系,试验比照发现,当目标隙率为25%时,吸声效果最正确。
高建明等人深入研究发现,随着设计隙率的增大,透水混凝土试样的吸声系数峰值对应的共振频率向高频开展,综合平均吸声系数逐步增加;在隙率相近的情况下,随骨料粒径的增加,其综合平均吸声系数有降低的趋势;在隙率、粗骨料级配一样的条件下,试件厚度越小,其吸声系数峰值所对应的共振频率越高。
此外,对于透水混凝土道路,其吸声降噪性能还与路面的自振特性及其阻尼比密切相关。
3.透水混凝土的应用
目前透水混凝土在国外已经有了非常广泛的应用,见下表:
表格1透水混凝土的应用[10]
住宅道路〔Residentialroads〕
停车场〔Parkinglots〕
网球场〔Tenniscourts〕
天井〔Patios〕
减噪工程〔Noisebarriers〕
游泳池平台〔Swimmingpooldecks〕
水上娱乐中心〔aquaticamusementcenters〕
人工沙洲〔Artificialreefs〕
3.1在道路上的应用实例
在日本,20世纪70年代后期为了解决因抽取地下水引起地基下沉等问题。
制定了“雨水的地下复原政策〞,着手开发透水性混凝土路面铺装.并应用于实际工程。
目前,透水混凝土已用在停车场、公园、人行道、高速公路的中央分隔带及路肩等处.如在五福公园和上野不忍池公园就进展了广泛应用。
2005年日本爱知世博会会馆使用了大量的透水混凝土.以突显生态、科技、环保的理念。
1979—1981年[11],法国在戴高乐机场应用透水水泥混凝土,以增加机场的渗水功能。
另外,法国还将透水铺装应用于网球场。
法国60%以上的网球场都是采用透水铺装修建的。
2004年,市有5个示区通过采用铺设透水混凝土路面的方法,收集建筑物、庭院和道路雨水用于家庭冲厕、小区绿化和地下水回灌,在暴雨条件下有效地起到了利用雨水资源、减轻城市河道排水行洪压力的作用。
2021年,在奥运会广场、停车场铺设透水混凝土面积约11.7万m2,利用在赛道边设置截水沟等措施将经过透水混凝土过滤的雨水排入赛道,实现场馆雨洪利用。
平均每年利用雨水约12万m3,雨水利用率约为85%,节约了赛道补水[12]。
可以说透水混凝土在已经得到了成功应用。
XX市在新建、改建公园中积极推广透水混凝土的应用。
2021年,整个世博园区60%以上的路面采用了透水混凝土,例如世博中心广场、A13广场、世博公园、世博园区地坪、C08广场和非洲广场等。
经过屡次降雨监测说明,雨水能迅速渗入地下,路面没有积水,夜间不反光,增加了路面通行的平安性、舒适性,同时,抑制了城市“热岛效应〞[13]。
市在位于东新区的国际会展中心停车场工程中,采用彩色透水混凝土进展铺装。
广场面积达17000m2,面层为40mm厚橄榄绿透水混凝土,透水系数为1mm/s[14]。
这种彩色铺装不仅增加了广场的美观度,对于预防雨洪也起到了非常关键的作用。
XX省在2021年首届园林园艺博览会工程中采用了透水混凝土铺装,铺装部位为滨水广场喷泉系统水池盖板。
喷泉系统工作时回落的水,瞬间即可通过高透水性能的混凝土盖板回流到水池中,不会出现回流水外溢现象,增加了园林的美感和欣赏性,到达了预期的设计效果。
此外,在国其他一些城市,透水混凝土也得到了大量应用。
市在幕府西路建成第1条透水混凝土市政道路。
300m长的人行道全部采用透水彩色混凝土铺成。
市金衙庄公园建成首条树脂透水混凝土道路,其防滑性能好,还能够起到很好的吸热降温作用。
2021年市大明宫遗址公园御道广场采用大面积透水铺装,面积达15万m2,取得了良好的效果。
3.2应用中存在的问题
3.2.1透水混凝土易遭到破坏
透水混凝土的破坏形式通常包括:
开裂、沉降和外表磨损。
a)开裂通常是由于超重的车辆荷载、排水过程中底基层局部冲刷导致的基层和面层支撑缺乏、气温变化产生的面层涨缩等;沉降通常是由于排水过程中对底基层的冲刷或底基层围的侧压力损失所致;外表磨损通常是由于局部摩擦力过大〔如车辆急刹车〕或面层的粗集料颗粒之间结合强度太低所致。
b)透水混凝土的另一种破坏形式是冻融破坏,这是由于透水混凝土中含有大量的隙,在水饱和的状态下,在冻融过程中,液态水至固态水的相变过程中产生的体积膨胀可产生破坏作用。
但对于透水混凝土面层而言,由于其本身和下基层、底基层的高透水能力,透水混凝土路面很难处于水饱和状态,因此,通常不需要担忧抗冻融问题。
对于透水混凝土,在制备过程中使用引气剂,在粗集料外表的水泥净浆覆盖层中引入均匀分布的一些小气泡,可有助于提高其抗冻融能力。
3.2.2易堵塞,不易维护
易堵塞。
由于透水混凝土构造松散,隙率大,因此易被颗粒物堵塞。
然而其各种优良性状都是依靠隙渗水来实现的,一旦隙被堵塞,其优点将得不到有效的发挥。
不易维护。
透水混凝土铺装作为新型设施。
从技术层面来看还没有有效的维护法。
如当遭遇风沙天气后,细小的沙尘将透水混凝土隙占据,铺装渗透效果大大降低,但缺乏相应维护措施。
4.总结
透水混凝土从他的诞生到现在已经有100多年了,但是由于他的性能不断改善,有对环境十分有好的特性使其在欧美、日等一些兴旺快速开展,但是因为我国对透水混凝土的研究起步比拟晚,关于透水混凝土的理论研究与应用工作有待完善,多机理还有待说明,在今后的研究工作中还需要对以下几点加以研究:
(1)加强对透水混凝土材料的部构造进展系统研究,采用合理的模型解释其使用性能及物理力学性能,以提高透水混凝土抗压,抗折强度及耐久性。
(2)对透水混凝土在透气、透水、吸声降噪、净化水体等面的生态环保指标进展现场试验研究,以拓展其在生态环保领域的应用。
(3)分析透水混凝土透水功能下降的原因及影响因素,研究相应的解决方法并分析其可行性。
(4)制定有关透水混凝土配合比设计、施工、养护、管理等面的级规标准,以便在全国围推广应用。
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.职晓云,保刚国际会展中心停车场彩色透水混凝土路面施工技术[期刊论文]-施工技术2021(14)
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