【摘要】：隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn),基礎(chǔ)設(shè)施逐年增加,逐漸改變了城市生態(tài)本底和水文特征,削弱了城市地表的滲透能力,導(dǎo)致內(nèi)澇頻發(fā)、熱島效應(yīng)、地表沉降等城市環(huán)境問題日益嚴(yán)峻。為此,國家提出了“海綿城市”的構(gòu)想,以期提升城市抵御內(nèi)澇等自然災(zāi)害的能力,同時實現(xiàn)雨水資源合理利用。由于城市道路面積占城市面積的10～20%,因而實現(xiàn)路面透水鋪裝可有效地應(yīng)對城市內(nèi)澇,同時涵養(yǎng)地下水資源。作為透水鋪裝的主要材料,透水混凝土力學(xué)性能普遍較低,欲提高力學(xué)性能又將損失透水性能,很大程度上限制了透水混凝土的廣泛應(yīng)用�，F(xiàn)有方法往往需要進(jìn)行大量試配試驗確定透水混凝土的配合比,依據(jù)經(jīng)驗預(yù)測透水混凝土的力學(xué)性能與透水性能,特別是漿體組成及用量的確定缺乏理論依據(jù),難以評估淌漿和堵孔情況,未建立起透水混凝土骨架結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,也就無法基于性能合理設(shè)計透水混凝土的組成與配合比。本文研究了漿體流變性能與骨料表面漿體最大包裹層厚度關(guān)系,獲知漿體包裹層厚度設(shè)計范圍,進(jìn)而評估透水混凝土中孔隙堵塞情況;通過建立透水混凝土骨架結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能和透水性能的關(guān)系,依據(jù)骨架結(jié)構(gòu)參數(shù)(基體強度fc、骨料接觸點數(shù)目N、接觸區(qū)寬度W、骨料間漿體厚度T)計算透水混凝土的組成與配合比(漿體組成、骨料粒徑、漿體/骨料比例),以期獲得力學(xué)與透水性能可控的透水混凝土,具體工作包括:為模擬透水混凝土拌合、成型過程中骨料與漿體的作用過程、預(yù)測透水混凝土孔隙堵塞情況,提出采用跳桌等裝置測試骨料表面漿體包裹層厚度PCT方法,探討了跳桌跳動次數(shù)n、分樣篩孔徑ds和骨料粒徑da對PCT測試結(jié)果、透水混凝土底部孔隙堵塞狀態(tài)的影響。確定了不堵孔情況下,骨料表面漿體最大包裹層厚度MPCT的測試參數(shù):n=2、ds=5.6mm、da為8.0～11.2mm。在該測試條件下,MPCT測試結(jié)果誤差小、可重復(fù)性高(標(biāo)準(zhǔn)偏差小于± 3%)。通過調(diào)控水膠比、減水劑摻量以及膠凝材料種類與摻量,獲得一系列具有不同流變性能的水泥漿體,研究了漿體流變參數(shù)與MPCT的關(guān)系。漿體屈服應(yīng)力與MPCT關(guān)系可表達(dá)為:MPCT = aln(b·τ);粘度與MPCT之間服從指數(shù)關(guān)系:MPCT = ced·η;擴(kuò)展度與MPCT之間關(guān)系為:MPCT = f·sm。采用漿體屈服應(yīng)力或表觀粘度預(yù)測MPCT時,預(yù)測值偏差均小于±5%,采用簡單的漿體擴(kuò)展度測試方法預(yù)測MPCT時,預(yù)測值的最大偏差小于± 8%,表明上述關(guān)系均可較好地調(diào)控和預(yù)測MPCT。采用圖像分析(IA)方法觀測透水混凝土切片中接觸點數(shù)目N、觸區(qū)寬度W及接觸區(qū)骨料間漿體厚度T,獲取透水混凝土孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(平面孔隙率、等效孔徑等),建立了透水混凝土骨架結(jié)構(gòu)與性能的量化關(guān)系。透水混凝土平面孔隙率PP與接觸區(qū)漿體總面積CTPA(N、W、T三者乘積)服從線性關(guān)系:PP = P0-αCTPA,等效孔徑DP與CTPA及接觸點數(shù)目N的關(guān)系滿足:DP = 2((P0-αCTPA)/πγNβ)1/2。骨架結(jié)構(gòu)參數(shù)與透水混凝土抗壓強度FC的關(guān)系可表示為:FC=(φ 'dfc-φ'd)ln(CTPA-C0),與透水系數(shù)k15的關(guān)系可描述為:k15= 4ω/π((PO-αCTPA)2)/γNβ。提出了基于力學(xué)和透水性能的透水混凝土配合比設(shè)計方法。根據(jù)骨料平均粒徑da與N的關(guān)系(N = N0(da)θ)、漿體/骨料比例VP/VA與目標(biāo)漿體包裹層厚度TPT的關(guān)系(VP/VA=6TPT/da)、T與TPT線性規(guī)律(T = 1.82TPT),首先設(shè)定水泥漿體(基體)強度fc、接觸區(qū)漿體總面積CTPA與接觸點數(shù)目N,同時兼顧骨料間漿體厚度T與接觸區(qū)寬度W,并基于目標(biāo)漿體包裹層厚度TPT調(diào)控MPCT(TPT≤MPCT)。依照提出的透水混凝土配合比設(shè)計方法,采用粒形較好的輝綠巖骨料可制備出28d抗壓強度達(dá)37.2MPa、透水系數(shù)達(dá)14.1mm/s的透水混凝土。此外,透水混凝土的實際強度和透水系數(shù)均高于目標(biāo)值,且強度與預(yù)測值最大偏差僅為4.2%,表明本文提出的配合比設(shè)計方法能夠較為準(zhǔn)確地調(diào)控透水混凝土力學(xué)與透水性能。本文揭示了漿體流變性能與MPCT關(guān)系,建立了透水混凝土骨架結(jié)構(gòu)與力學(xué)、透水性能的關(guān)系,實現(xiàn)透水混凝土性能的可控設(shè)計。研究成果為透水混凝土結(jié)構(gòu)表征、性能預(yù)測、孔隙堵塞評估提供了分析方法和基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為研發(fā)高強、高透水混凝土提供了理論依據(jù),為透水混凝土大規(guī)模制備和推廣應(yīng)用提供了技術(shù)支撐,將有力推動“海綿城市”建設(shè)、城市可持續(xù)發(fā)展等戰(zhàn)略的實施,具有重大的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會效益。
【圖文】：

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市不透水面積比例逐年升高，導(dǎo)致地表徑流不斷增大、下滲水比例逐漸減小。當(dāng)城市中不透水面積超過75%時，約有55%的雨水形成地表徑流，而僅有15%的水能夠滲入地下（圖1-1）[3]。研究表明，當(dāng)自然水文特征的變化超過30%時，，則會對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響[4]。圖1-1 不透水路面比例對地表徑流量的影響[3]Fig.1-1 Surface runoff with different proportion of impervious surface[3]近年來，城市基礎(chǔ)設(shè)施及不透水路面的比例大幅增加，進(jìn)一步削弱了城市地表的滲透能力。每逢汛期或連續(xù)暴雨天氣時，城市地表極易產(chǎn)生大量的雨水徑流，極大地增加

第一章 緒論3圖1-2 中國“海綿城市”示意圖[13]Fig. 1-2 Schematic diagram of ‘‘Sponge City” in China[13]1.1.3 透水混凝土的發(fā)展歷程作為海綿城市潛在的“海綿體”之一，城市道路面積達(dá)到城市面積的10~20%[14]。因此，實現(xiàn)路面透水鋪裝，能夠充分發(fā)揮路面滲、滯、蓄的作用，有效調(diào)控地表徑流量。作為透水鋪裝的關(guān)鍵材料（圖1-3），透水混凝土是由粗骨料、少量細(xì)骨料、水泥等膠凝材料、水以及外加劑拌制而成，采用振實或壓實工藝成型的一種多孔混凝土，具有良好的透氣和透水性能，受到了學(xué)者和工程領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。圖1-3 透水混凝土路面Fig. 1-3 Photo of the pervious concrete pavement據(jù)記載，透水混凝土誕生于1852年，當(dāng)時英國的一項工程因缺少細(xì)骨料，因而設(shè)計了不含細(xì)骨的多孔混凝土。至20世紀(jì)70年代
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2704260