多孔混凝土透水基層材料組成設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、我國(guó)公路水損害十分普遍。多孔混凝土材料作為一種開(kāi)級(jí)配穩(wěn)定粒料類(lèi)透水基層，具有較高的強(qiáng)度和很好的透水性能，對(duì)增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)的排水能力，防治水損害，改善路面的使用性能及提高其使用壽命，具有重要的作用。本文從材料科學(xué)的角度，對(duì)多孔混凝土透水基層材料的結(jié)構(gòu)、組成設(shè)計(jì)與路用性能及其相互間的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并對(duì)其施工工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 首先，在研究分析多孔混凝土的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，建立了多孔混凝土透水基層材料的結(jié)構(gòu)模型—接觸點(diǎn)模

2、型。相互嵌鎖的粗集料是多孔混凝土的強(qiáng)度骨架、接觸點(diǎn)處的漿體的膠結(jié)構(gòu)成了混凝土的整體性。多孔混凝土透水基層材料的強(qiáng)度隨集料顆粒接觸點(diǎn)數(shù)量、接觸點(diǎn)面積和接觸點(diǎn)強(qiáng)度的增加而提高，其透水性則隨空隙率和空隙連通程度的增加而增大。據(jù)此提出多孔混凝土的設(shè)計(jì)原則是保證適當(dāng)?shù)目障堵是疤嵯?，通過(guò)增強(qiáng)空隙的連通程度來(lái)增大透水基層的滲水性，通過(guò)增加接觸點(diǎn)的數(shù)量、面積和強(qiáng)度提高透水基層的強(qiáng)度。 以接觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型為指導(dǎo)，對(duì)多孔混凝土透水基層的集料級(jí)配和漿體

3、組成與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。集料級(jí)配決定了多孔混凝土的強(qiáng)度骨架，根據(jù)經(jīng)典的級(jí)配理論，設(shè)計(jì)了系列實(shí)驗(yàn)對(duì)多孔混凝土級(jí)配中的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：細(xì)集料用量、最大粒徑和粗集料組成進(jìn)行了優(yōu)化，并結(jié)合Weymouth原理對(duì)多孔混凝土的集料級(jí)配進(jìn)行了計(jì)算，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算以及工程實(shí)際原材料的特點(diǎn)，提出了一套多孔混凝土透水基層的集料級(jí)配范圍。通過(guò)級(jí)配優(yōu)化后，多孔混凝土強(qiáng)度提高，7天抗壓強(qiáng)度達(dá)到5．0MPa的設(shè)計(jì)指標(biāo)可以節(jié)約水泥50kg/m3，透水性下

4、降不明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，通過(guò)以下技術(shù)措施優(yōu)化漿體組成和結(jié)構(gòu)，可以提高多孔混凝土透水基層材料的強(qiáng)度：①提高水泥強(qiáng)度增大接觸點(diǎn)處的強(qiáng)度；②摻入適量礦物摻合料細(xì)粉增加漿體體積及接觸點(diǎn)面積，并改善界面過(guò)渡區(qū)結(jié)構(gòu)；③摻入減水劑增強(qiáng)接觸點(diǎn)處的強(qiáng)度；④摻入適量增稠劑則起到誘導(dǎo)漿體在接觸點(diǎn)處富集的作用，提高了接觸面積。 針對(duì)多孔混凝土透水基層材料混合料空隙率高，失水速度快，水泥的過(guò)快凝結(jié)往往給混合料延遲碾壓帶來(lái)嚴(yán)重的強(qiáng)度損失的問(wèn)題，本文采用研

5、制的多羥基類(lèi)超緩凝劑SRA將多孔混凝土透水基層材料延遲成型時(shí)間延長(zhǎng)至4h而強(qiáng)度下降不到10％，并通過(guò)化學(xué)結(jié)合水、孔隙液離子濃度測(cè)試以及物相分析揭示了SRA的緩凝機(jī)理。 系統(tǒng)研究了經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的改進(jìn)型多孔混凝土透水基層材料的路用性能，采用數(shù)字圖像分析技術(shù)探討了集料級(jí)配優(yōu)化對(duì)多孔混凝土透水基層材料的改性機(jī)理，建立了多孔透水混凝土基層材料有效空隙率和全空隙率，滲透系數(shù)與有效空隙率的回歸關(guān)系。研究表明，改進(jìn)型多孔混凝土的水泥用量較少、強(qiáng)度

6、較高且強(qiáng)度發(fā)展穩(wěn)定，抗彎拉彈性模量介于普通混凝土和半剛性基層之間，動(dòng)穩(wěn)性、抗沖刷性和抗干燥收縮性明顯優(yōu)于水泥穩(wěn)定類(lèi)半剛性基層。多孔透水混凝土基層材料的透水性和空隙率之間有很好的相關(guān)性，經(jīng)級(jí)配優(yōu)化后多孔透水混凝土基層材料的透水性有一定的降低，但仍滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 根據(jù)多孔混凝土接觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)模型和材料組成優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了一種建立在體積分析方法基礎(chǔ)上的多孔混凝土透水基層材料配合比設(shè)計(jì)方法。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了多孔混凝土透水基層材料