多孔混凝土透水基層材料組成設(shè)計與性能研究.pdf

1、我國公路水損害十分普遍。多孔混凝土材料作為一種開級配穩(wěn)定粒料類透水基層，具有較高的強度和很好的透水性能，對增強路面結(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。本文從材料科學的角度，對多孔混凝土透水基層材料的結(jié)構(gòu)、組成設(shè)計與路用性能及其相互間的關(guān)系進行了系統(tǒng)的研究，并對其施工工藝參數(shù)進行了優(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—接觸點模

2、型。相互嵌鎖的粗集料是多孔混凝土的強度骨架、接觸點處的漿體的膠結(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度隨集料顆粒接觸點數(shù)量、接觸點面積和接觸點強度的增加而提高，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)計原則是保證適當?shù)目障堵是疤嵯拢ㄟ^增強空隙的連通程度來增大透水基層的滲水性，通過增加接觸點的數(shù)量、面積和強度提高透水基層的強度。 以接觸點結(jié)構(gòu)模型為指導，對多孔混凝土透水基層的集料級配和漿體

3、組成與結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計研究。集料級配決定了多孔混凝土的強度骨架，根據(jù)經(jīng)典的級配理論，設(shè)計了系列實驗對多孔混凝土級配中的幾個關(guān)鍵參數(shù)：細集料用量、最大粒徑和粗集料組成進行了優(yōu)化，并結(jié)合Weymouth原理對多孔混凝土的集料級配進行了計算，綜合實驗結(jié)果與理論計算以及工程實際原材料的特點，提出了一套多孔混凝土透水基層的集料級配范圍。通過級配優(yōu)化后，多孔混凝土強度提高，7天抗壓強度達到5．0MPa的設(shè)計指標可以節(jié)約水泥50kg/m3，透水性下

4、降不明顯。實驗結(jié)果還表明，通過以下技術(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度：①提高水泥強度增大接觸點處的強度；②摻入適量礦物摻合料細粉增加漿體體積及接觸點面積，并改善界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)；③摻入減水劑增強接觸點處的強度；④摻入適量增稠劑則起到誘導漿體在接觸點處富集的作用，提高了接觸面積。 針對多孔混凝土透水基層材料混合料空隙率高，失水速度快，水泥的過快凝結(jié)往往給混合料延遲碾壓帶來嚴重的強度損失的問題，本文采用研

5、制的多羥基類超緩凝劑SRA將多孔混凝土透水基層材料延遲成型時間延長至4h而強度下降不到10％，并通過化學結(jié)合水、孔隙液離子濃度測試以及物相分析揭示了SRA的緩凝機理。 系統(tǒng)研究了經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的改進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)探討了集料級配優(yōu)化對多孔混凝土透水基層材料的改性機理，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，改進型多孔混凝土的水泥用量較少、強度

6、較高且強度發(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，但仍滿足設(shè)計要求。 根據(jù)多孔混凝土接觸點結(jié)構(gòu)模型和材料組成優(yōu)化設(shè)計實驗結(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)計方法。最后，通過實驗優(yōu)化了多孔混凝土透水基層材料