透水混凝土制备法及其在工程中应用PPT课件

1、介绍内容 技术背景 技术路线 原材料的选择 配合比设计 实验研究 工程应用 结论第1页/共37页技 术 背 景随着我国城市化进程的快速推进和小城镇建设的日益发展，沥青硬地面的数量不断增加，地下水的补给越来越少，严重影响我国城市水环境的平衡。沥青硬地面和混凝土一直被认为是破坏自然谁循环体系的元凶，但是只要使混凝土连续孔隙得以形成，就能创造其与自然环境的衔接点，极大的改变过去的形象。正是在这一条件下，国内有许多学者和专家呼吁在人行道、自行车道、公园和停车场使用环保型透水混凝土。第2页/共37页为了体现环保节能和可持续发展，在多处“面子工程”的设计中均考虑使用绿色环保透水混凝土。用来增加雨水下透，减

2、小城市“热岛效应”，提高土壤中水分上透，提高植被成活和生长的可能性。这种材料具有良好的透水性能，雨天不积水，表面不打滑，既确保了游客的安全，又还水于土，改善了树木生长的环境。第3页/共37页透水混凝土模型第4页/共37页传统绿色环保透水混凝土组成 传统无砂大孔透水混凝土是由粗骨料、掺和料、水泥、外加剂和水拌制而成的一种多孔混凝土， 由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，具有透气、毛细现象不显著、透水性大，水泥用量小、施工简单等特点。强度在515 MPa，一般用于公路护坡和透水砖。第5页/共37页无砂大孔透水混凝土的不足 采用无砂大孔方案，粘接面积小。 用水泥作为胶

3、结材料，界面结构缺陷多。 空隙率数值大，利用率低。第6页/共37页绿色环保透水混凝土的特点我们研究的绿色环保透水混凝土应满足： 当集中降雨时能减轻城市排水设施的负担，防止河流泛滥和水体污染。 能使雨水迅速渗入地下，还原地下水，保持土壤湿度。 防止路面积水，夜间不反光，增加路面安全性和通行舒适性。第7页/共37页绿色环保透水混凝土的特点 调节城市空间的温度和湿度，改善城市热循环，缓解热岛效应。 大孔隙率能降低车辆行驶时的路面噪音，创造舒适的交通环境。 大量的空隙能吸附城市污染物（如粉尘），减少扬尘污染。 易于维护，空隙不会破损、不易堵塞。第8页/共37页透水性混凝土与普通混凝土区别第9页/共37

4、页配制技术路线 根据工程设计要求我们配制绿色环保透水混凝土的技术路线是： 确定强度等级为C30, 透水系数为15mm / s，有效空隙率大于20%；生产工艺采用水泥砂浆裹石；施工采用自卸车运输，面层机械摊铺，颜料机械喷涂，压路机最后成型。第10页/共37页透水性混凝土物理力学性能 抗 压 强 度（MPa） 3045 抗冲磨强度（MPa） 2035 总 空 隙 率（） 3545 有效空隙率（） 1525 透 水 系 数（mm/s） 4.515.0 第11页/共37页有效空隙率的确定 传统透水混凝土采用无砂大孔方案，基本思路为空隙率越大，透水性越好，根据我们在试验室验证，实际上透水混凝土透水系数与

5、有效空隙率呈线性关系，而与总空隙率不是比例关系。总空隙率的增加导致水泥浆与石子之间粘接面积小，界面结构缺陷多，透水混凝土强度明显降低，但透水系数并不增加。第12页/共37页有效空隙率确定原理示例第13页/共37页强度的确定 为了配制强度符合绿色环保透水混凝土的要求，我们将传统观点由骨料、水泥、掺合料和水配制透水混凝土的思路， 改为掺加少量细骨料， 在粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构， 一方面提高了强度，另一方面改善了透水混凝土的孔结构，达到透气、透水和高强的目的。第14页/共37页绿色环保透水混凝土组成根据以上思路，绿色环保透水混凝土与传统透水混凝土相比，其组成

6、材料中含有 粗骨料 细骨料 掺和料 水泥 外加剂 水第15页/共37页生产工艺生产工艺采用水泥砂浆裹石的方案， 由于在粗骨料表面包覆一薄层水泥砂浆相互粘结，在水泥用量相同的情况下，粗骨料之间粘结牢固，孔结构分布均匀。 可以达到强度高、耐磨性好、透气、毛细现象不显著、透水系数大，水泥用量小、施工简单强度高、耐磨性好、透气、毛细现象不显著、透水系数大，水泥用量小、施工简单等特点。第16页/共37页原材料的选择 绿色环保透水混凝土原材料的选择主要是: 水泥品种及强度等级； 粗骨料的类型、粒径及级配、含泥量等； 细集料的类型、细度模数、含泥量等； 掺合料的品种、类型、反应活性； 外加剂的增稠效果、减水

7、率、早强效果和引气量。第17页/共37页材料选择达到的目的 从选材上着手，引入细骨料，实现 在粗骨料相互接触而形成的双凹粘结面上, 水泥砂浆厚度增加 减少无效空隙率 使粘结点增多 界面粘结更加牢固 效果: 既保证了有效空隙率，确保透水系数不降低。 又实现透水混凝土的高强化。 同时提高了混凝土的耐磨性第18页/共37页水泥的选择 水泥最好选择普通硅酸盐水泥。 用量可在保证最佳用水量的前提下， 适当增加用量。 这样能够增加骨料周围水泥砂浆膜层的稠度和厚度， 可有效地提高透水混凝土的强度。 本研究选用: P.O42.5 水泥第19页/共37页粗骨料的选择 粗骨料的粒径较小,则比表面积较大, 水泥用量

8、增加。 粗骨料的粒径较大，则不利于界面粘结，虽然节省水泥，但影响混凝土的强度。 粗骨料的含泥量要低，否则影响粘结。第20页/共37页粗骨料的选择 天然卵石、单一粒级、粒径 16mm 20mm 25mm第21页/共37页细骨料的选择 细骨料的细度模数较小，则比表面积较大， 水泥用量增加。 细骨料的细度模数较大，则不利于界面粘结。 细骨料的含泥量要低，否则影响粘结。 本研究选用:天然砂，细度模数2.7。第22页/共37页掺合料的选择 掺合料的品种优先选用粉煤灰。 当要求混凝土拌合物粘度较高时选用矿粉。 本研究选用：粉煤灰（级粉煤灰）第23页/共37页外加剂的选择 增稠效果明显 减水率适中 早强效果

9、好第24页/共37页外加剂的选择 早强剂: 选用硫代硫酸钠 减水剂:萘系高效减水剂 减水率：15 %20 % 增稠剂：羧甲基纤维素第25页/共37页配合比设计 到目前为止透水混凝土仍无成熟的配合比设计计算方法， 根据工程设计中透水混凝土所要求的孔隙率和结构特征， 可以认为1m3混凝土的外观体积由粗骨料堆积而成。 因此， 配合比设计的原则是将粗骨料颗粒表面用一层薄水泥砂浆包裹(约10mm) ， 并将粗骨料颗粒互相粘结起来，形成一个整体。 第26页/共37页配合比设计 因此，透水混凝土采用高强度等级水泥及单粒级卵石配制。 1m3 混凝土所用的骨料总量取骨料的紧密堆积密度的数值，实测之后数值范围为1

10、200kg1400kg。第27页/共37页配合比设计 根据这个原则，采用多组分混凝土强度理论，可以初步确定透水混凝土的配合比。 水胶比既影响透水混凝土的强度， 又影响其透水性。 透水混凝土的水胶比一般是随着水泥用量的增加而减少，但只是在一个较小的范围内波动。第28页/共37页多组分混凝土强度理论公式mu ff第29页/共37页多组分混凝土强度理论公式式中： f -f -混凝土强度 f f - -硬化砂浆理论强度 U - U - 胶凝材料填充强度贡献率 m - m - 硬化砂浆的密实度第30页/共37页多组分混凝土强度理论公式27. 015 . 023. 023. 0aE20nTccccufii

11、iii第31页/共37页多组分混凝土强度理论 这样我们就建立了现代多组分混凝土强度理论数学模型。 f f是混凝土对应的硬化砂浆的理论强度，它主要考虑了胶凝材料的水化反应形成的强度； U U是胶凝材料填充强度贡献率，主要考虑了胶凝材料的微集料填充效应，我们可以根据掺合料的种类、数量的不同计算它们对混凝土强度的影响； m m是硬化砂浆的密实度。第32页/共37页多组分混凝土石子填充模型透水混凝土由硬化砂浆和石子两部分组成。 硬化砂浆的粘结强度、胶凝材料强度贡献率、硬化砂浆密实度决定透水混凝土的强度。 石子作为砂浆的填充料，当压碎指标小于8%8%时，由于它的强度大于混凝土的设计强度，只占体积不影响强度。第33页/共37页石子填充模型因此，我们可以采用以下方法去建立混凝土体积组成模型。 假定我们先配制好水泥混合砂浆，体积为V V1 1； 然后在强力振捣下将粗骨料投入砂浆中，使石子均匀地填入砂浆形成混凝土拌合物；第34页/共37页石子填充模型 此时混凝土拌合物的体积为V V，（V-VV-V1 1）/V/V便是粗骨料在混凝土中的体积比。V V1 1/V/V为水泥混合砂浆在混凝土拌合物中体积比对于砂浆, ,由于水泥和掺和料粒径较小, ,可以完全填充在砂子六方紧密堆积的空隙之中, , 其空隙率为p p。硬