混凝土对海绵城市建设的应用？

Question

如题所述

Answer 1

就透水混凝土的研究而言，国外比国内起步早且取得较多研究成果，包括不同功能路面的透水混凝土应用、不同配合比透水混凝土应用的效果以及透水混凝土路面结构的优化等。国内对透水混凝土的研究始于1950年左右，多数应用于建筑方面，对于路面应用的研究较少，直至1990年，方才开始将无砂大孔透水混凝土应用于路面工程。较为突出的应用成果为2008年奥运会期间，奥林匹克公园的透水铺装、鸟巢边路面工程9700m2的透水混凝土应用。近年来，国家加强对海绵城市建设的投入，2015年，将迁安、白城、济南等16个城市作为首批“海绵城市建设”示范城市，也进一步推动了透水混凝土研究的进展。
透水混凝土研究
透水混凝土功能研究透水混凝土指内部结构能够形成连通孔隙，具有高渗水性的一种混凝土材料，又称作间断级配混凝土、开放孔隙混凝土等。高渗水性是其主要功能特点，此外，还具有以下功能：减轻城市排水系统压力，有效分配城市排水负荷，避免发生局部积水以及内涝情况，对济南等交通压力巨大、车辆众多的城市意义重大；改善地下水水位情况，通过透水混凝土的渗透作用，可将雨水通过混凝土层向基层和土壤中渗透，增加地下水补水量，尤其对于泉城济南，可很好的保持地下水位，确保泉眼正常喷涌；渗透入基层的部分雨水，可在晴好天气时进行部分蒸发，从而对城市的热岛效应起到较好的缓解作用；透水混凝土路面具有低噪声的特点，能够很好降低狭小区域内的车辆路面噪声，降低声污染对环境的影响，提高居民生活质量；渗透入地面的雨水，可避免与市政管网中的污水等接触，实现对降雨渗透的净化，避免二次污染；可提高城市行车安全，一方面，透水混凝土具有大摩擦力和小的摩擦力衰减梯度，一方面，下雨天气能够避免局部积水带来的车辆侧滑，最后，夜间行车时，局部积水带来的溅射以及反光现象能够得到很好的缓解。透水混凝土分类透水混凝土依据制备材料的不同，可分为以下两类：水泥透水混凝土。该种类型混凝土以高标号水泥作为胶凝材料，骨灰比3～4，水灰比0.2～0.35，孔隙率10%～25%，15～35MPa抗压强度以及3～5MPa的抗折强度。高分子透水混凝土。该种混凝土胶凝材料为橡胶、沥青等胶结材，以高强度著称，且橡胶、沥青等来源广泛，价格便宜。缺点是易老化、耐久性差，环境友好性差，高温条件下，易堵塞内部孔隙，渗水能力下降。透水混凝土参数分析透水混凝土在制备过程中，主要关注的参数为水灰比、骨料粒径、目标孔隙率、矿物掺合料和外加剂等。水灰比透水混凝土强度和透水性与水灰比有直接关系。当水灰比较小时，若保证一定的混凝土孔隙率，则成品试块中水泥含量会增多，而水的含量降低，导致试块硬化快，大幅降低透水混凝土中拌合物的流动性；同时，也会导致混凝土中粗骨料不能被完全包裹，导致空隙增多，虽然透水性能有所提高，但是混凝土整体强度下降。反之，当水灰比较大时，除对混凝土的透水性有负面影响外，混凝土强度也会受到较大影响。依据相关试验数据，透水混凝土的水灰比推荐取值范围为0.25～0.40。骨料粒径粗骨料堆积构成透水混凝土骨架，骨料粒径大小对混凝土强度、透水性都会有较大影响。当骨料粒径较小时，混凝土整体的比表面积增大，导致填充所需水泥浆增加，将会降低混凝土孔隙数和孔隙尺寸，从而影响透水混凝土透水性能；但是强度随着混凝土骨料粒径的减小反而会有所增加。当骨料粒径增加时，透水混凝土则表现出高透水性及适当的强度降低。依据相关实验数据，骨料粒径推荐值如下：石子：5～10mm，陶粒4.75～9.5mm，9.5～13.2mm，13.2～16mm。目标孔隙率透水混凝土孔隙率是影响透水性的关键指标，同时也对混凝土强度有较大影响。针对不同的混凝土需求，当弱化强度要求，强调透水性时，需要选取较大的孔隙率；反之，当以强度为主要目标时，则要控制孔隙率在一定范围以内。此外，目标孔隙率还与混凝土实际孔隙率直接相关。在进行目标孔隙率设计时，需选取适当孔隙率，例如15%、20%、25%。矿物掺合料和外加剂混凝土矿物掺合料的主要功能是减少混凝土中水泥的用量，同时在一定程度上提高拌合物的流动性能，防止出现泌水和离析现象，提高混凝土密实程度以及成品强度。常见的矿物掺合料有粉煤灰、二氧化硅微粉等。透水混凝土制备过程中的外加剂有多种，功能各异，主要包括可调节拌合物流动特性的减水剂、引气剂等；可调节凝结时间的缓凝剂、早强剂等；可改善耐久性的防水剂；其他性能改善的外加剂包括膨胀剂、防冻剂等。
橡胶集料透水混凝土配合比分析
配合比分析建设海绵城市符合国家提出的节约型和绿色型社会的要求，而采用橡胶集料透水混凝土进行城市道路建设，一方面能够缓解城市热岛效应，提高路面抗冻、抗压、抗腐蚀、抗裂等能力，另一方面，可以将城市中每年淘汰的废旧轮胎等进行重复利用。本文将对橡胶集料混凝土的最优配合比进行研究。据有关实验数据表明，混凝土制备过程中加入砂率为10%的中砂和50kg/m3橡胶集料，可明显提升混凝土抗压强度，同时能够获得1.47mm/s的透水系数。本文在研究中，参照《透水混凝土路面技术规程》（CJJ/T135－2009）和己有的透水混凝土配合比设计方法，对橡胶集料中的透水混凝土配合比选定水胶比0.3，进行对比试验，其中空白对照组为表1中的A组，未掺加任何集料，其余组别如表1所示。图1所示，为对上述5组进行强度测试的结果，结果表明，5组抗压强度平均值24.1MPa，最低21MPa，最高27MPa，强度符合要求。图2所示为5组数据透水系数测试结果，结果显示，透水系数大小依次为B＜E＜D＜C＜A，设计要求透水系数1mm/s，5组试样均满足要求。综合抗压强度测试以及透水系数测试结果分析，D组集料配比（10.5kg/m3）同时具备较高的抗压强度以及较高的透水系数，为该试验5组中最佳配合比。透水混凝土制备流程图3所示为透水混凝土制备流程。依据2.1节所得橡胶集料配合比，进行透水混凝土的制备。制备过程中，浆体粘聚性应足以保证包裹骨料后的形状，工程采用的判断标准为手攥观察坍塌度，50mm以内为合格，方能保证硬化后仍可维持多孔结构。与1.3节分析的水灰比同理，较稀或干硬的浆体都不能保证成品后的混凝土透水性能。
透水混凝土失效形式研究
透水混凝土在应用过程中，常见开裂、沉降、磨损、冻融等几种失效形式。主要原因如下。开裂。局部交通负荷恶劣，荷载超限可导致开裂。此外，不适宜的透水系数选择，或将导致透水速度过快，对基层土壤产生冲刷，从而形成局部基层凹坑，导致基层承载能力下降，导致开裂。温度对于开裂也有较大的贡献，由于混凝土并非各向同性材料，在受到高低温影响时，容易出现胀缩不均，从而引发开裂。沉降。排水过程中，基层较大范围的连续冲刷凹坑，会导致路面出现连续的沉降现象，影响行车安全。磨损。无论透水混凝土还是其他形式路面，在应用过程中，磨损为常见失效形式，主要原因是车辆超重，局部摩擦力过大或者车辆急刹车等情况，都会对路面带来一定程度磨损。冻融。冻融损害是透水混凝土特有的损害形式，主要由于孔隙中水饱和的相变带来的体积变化，会导致混凝土的破坏。对于冻融损害，透水混凝土本身一方面较难达到水饱和状态，另一方面，在制备过程中加入的引气剂等外加剂也能很好的防止冻融损害发生。
本文针对海绵城市建设过程中透水混凝土的应用进行了研究，得出透水混凝土的应用功能，同时对橡胶集料混凝土配合比进行研究，得出5组配合比中10.5kg/m3的最佳配比，并对制备流程进行了分析，最后分析了透水混凝土应用过程中的主要失效形式，能够为海绵城市建设过程中，透水混凝土的研究提供一定的借鉴。

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