多孔水泥混凝土路面材料制备方法及性能研究
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摘要
作为一种生态环保型建筑材料,多孔水泥混凝土是由特殊的配合比设计和制备工艺制成的具有大量连通孔隙的混凝土,既有一定的强度,又有一定的透水透气性。以它为铺装材料的透水性路面能够提高道路排水效率、减小城市内涝的可能性,提高汽车行驶的安全性和舒适性,吸收降低交通噪声,缓解城市热岛效应。
本文的研究内容主要有以下几方面：
第一,分析了多孔水泥混凝土的结构特点,借鉴填充包裹理论,提出了完整可靠的配合比设计方法。通过对比试验研究,分别确定了一次加料法搅拌工艺和捣实成型工艺的合理性。
第二,提出了多孔水泥混凝土的强度形成理论,并针对水灰比、孔隙率与强度的关系进行了研究,推荐5～10mm的单粒径级配集料对应的水灰比最佳取值范围为0.22～0.26,目标孔隙率范围为15%～20%。以试验证明粉煤灰和硅灰对多孔水泥混凝土的增强作用,并根据试验结果得出结论,粉煤灰单掺的最佳比例为20%,硅灰单掺的最佳比例为6%,粉煤灰、硅灰双掺的最佳比例为10%、6%。
第三,探索聚丙烯纤维在多孔水泥混凝土的增强效应,提出纤浆比为纤维掺量的控制指标。通过试验验证在掺入聚丙烯纤维后,多孔水泥混凝土的强度尤其是抗折强度增长比较明显,脆性降低,韧度增加。在聚丙烯纤维的掺量、规格、品种不同时,其增强效果将有所差异。
第四,对多孔水泥混凝土的降噪、透水性能进行了研究,通过驻波管法测定吸声系数的试验,提出吸声性能最佳的有效孔隙率范围和厚度值,此外对透水性能也进行了试验分析。
The porous concrete is a kind of environmentally-friendly concrete with continuous porosit mixed with special technology.It has certain intensiy and permeability of air and water.Pervious pavement,whinc uses the porous concrete,can permit rain and storm water run off to percolate throug it rather than flood surrounding areas or storm drains,enhance drivingsafety and comfort by preventing water spray,hydroplaning and decrease of skidding duing rain,noise reduction and alleviate the effect of urban heat island.
The conclusions can be drawn investigation as following:
First,the paper analysis the structure characteristics of the porous concrete,the physical and machanical properties of these mixtures were studied in detail.Compressive and flexural strength were both studied in detail.
Second,the paper also outline the research on the acoustic property of porous cement concrete,both mechanism of tire-pavement interaction noise and noise propagation were studied.The acoustic absorption coefficient of porous cement concrete were determined using an impedance tube.lt studies the relations among of w/c ratio,porosity and strength,recommends the best range of w/c ratio 0.22～0.26,the goal porosity 15%～20%.What's more, using pulverized fuel ash and silica fume to enhance the strength of the porous concrete,the paper recommends the best ratio of pulverized fuel 20% and silica fume 6%,and the two smaller-sized aggregate mineral mixture best ratio is 10%-6%.
Third,the paper analyzes the strengthy effect of the polypropylene fiber on the porous concrete,and drive the index of fiber/cementslurry to control the dosage.The experiments indicate that polypropylene fiber can speacially enhance the strength of bending.When the dosage,variety and specifications changes,the effect dissimilar with others.
Forth,noise reduction and drainage and environmental protection function of the porous concrete are studied in detail.The paper also proposes the rational porosity and thickness,and do some research of permeability coefficient.
本文的研究内容主要有以下几方面：
第一,分析了多孔水泥混凝土的结构特点,借鉴填充包裹理论,提出了完整可靠的配合比设计方法。通过对比试验研究,分别确定了一次加料法搅拌工艺和捣实成型工艺的合理性。
第二,提出了多孔水泥混凝土的强度形成理论,并针对水灰比、孔隙率与强度的关系进行了研究,推荐5～10mm的单粒径级配集料对应的水灰比最佳取值范围为0.22～0.26,目标孔隙率范围为15%～20%。以试验证明粉煤灰和硅灰对多孔水泥混凝土的增强作用,并根据试验结果得出结论,粉煤灰单掺的最佳比例为20%,硅灰单掺的最佳比例为6%,粉煤灰、硅灰双掺的最佳比例为10%、6%。
第三,探索聚丙烯纤维在多孔水泥混凝土的增强效应,提出纤浆比为纤维掺量的控制指标。通过试验验证在掺入聚丙烯纤维后,多孔水泥混凝土的强度尤其是抗折强度增长比较明显,脆性降低,韧度增加。在聚丙烯纤维的掺量、规格、品种不同时,其增强效果将有所差异。
第四,对多孔水泥混凝土的降噪、透水性能进行了研究,通过驻波管法测定吸声系数的试验,提出吸声性能最佳的有效孔隙率范围和厚度值,此外对透水性能也进行了试验分析。
The porous concrete is a kind of environmentally-friendly concrete with continuous porosit mixed with special technology.It has certain intensiy and permeability of air and water.Pervious pavement,whinc uses the porous concrete,can permit rain and storm water run off to percolate throug it rather than flood surrounding areas or storm drains,enhance drivingsafety and comfort by preventing water spray,hydroplaning and decrease of skidding duing rain,noise reduction and alleviate the effect of urban heat island.
The conclusions can be drawn investigation as following:
First,the paper analysis the structure characteristics of the porous concrete,the physical and machanical properties of these mixtures were studied in detail.Compressive and flexural strength were both studied in detail.
Second,the paper also outline the research on the acoustic property of porous cement concrete,both mechanism of tire-pavement interaction noise and noise propagation were studied.The acoustic absorption coefficient of porous cement concrete were determined using an impedance tube.lt studies the relations among of w/c ratio,porosity and strength,recommends the best range of w/c ratio 0.22～0.26,the goal porosity 15%～20%.What's more, using pulverized fuel ash and silica fume to enhance the strength of the porous concrete,the paper recommends the best ratio of pulverized fuel 20% and silica fume 6%,and the two smaller-sized aggregate mineral mixture best ratio is 10%-6%.
Third,the paper analyzes the strengthy effect of the polypropylene fiber on the porous concrete,and drive the index of fiber/cementslurry to control the dosage.The experiments indicate that polypropylene fiber can speacially enhance the strength of bending.When the dosage,variety and specifications changes,the effect dissimilar with others.
Forth,noise reduction and drainage and environmental protection function of the porous concrete are studied in detail.The paper also proposes the rational porosity and thickness,and do some research of permeability coefficient.
引文
[1]Pratt C J. Use of permeable, reservoir pavement constructions for stormwater reatment and storage for re-use[J]. Water Science and Techology,1999,Vol.39 NO.5:145-151
[2]戴天兴.城市环境生态学[M].北京：中国建材工业出版社,2002.224-230
[3]杨静.建筑材料与人居环境[M].北京：清华大学出版社,2001.224-228
[4]Tetsuo Kobayashi,Mamoru Kagata,Takayoshi Kodama.Development of the environment friendly hybrid permeable concrete pavement[J].Tansactions of the Japan concrete institute,2002,Vol.23:65-76
[5]王波,李成.透水性铺装与城市生态及物理环境[J].工业建筑,2002(12)：29-32
[6]王佐民,吕伟民,陈桁,徐建达多孔性沥青路面的降噪特性[J],噪声与振动控制,1998(1),36-39
[7]道路透水性路面[J].国外公路,1995,Vol.15.No.1:44-4
[8]透水性コニクリ一ト铺装—特许PERMEACON.佐藤道路株式会社.12-13
[9]杨和平译.无细集料混凝土路面应用的进展[J].国外公路,1997,VOl.17.No.2：17-20
[10]Porous concrete slabs and pavement drain water.Concrete construction 1983.9,685-688
[11]王武祥.透水性混凝土路面砖的种类和性能[J].建筑砌块与砌块建筑,2003,Vol.121：17-19
[12]陶卓辉.多孔水泥混凝土路面材料设计及性能研究[D]：[硕士学位论文].南京：东南大学道路与铁道工程系,2006
[13]霍亮.透水性混凝土路面材料的制备及性能研究[D]：[硕士学位论文].南京：东南大学材料科学与工程系,2005
[14]中华人民共和国行业标准《公路工程水泥混凝土试验规程》(JTJ 053-94),人民交通出版社,2003年
[15]中华人民共和国行业标准《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F30-2003),人民交通出版社,2003年
[16]吉青克.大孔隙材料室内渗透系数的测定.公路交通科技,2002,19(2)：31-34
[17]杜功焕,朱哲民,龚秀芬.声学基础(第2版)[M].南京：南京大学出版社,2001
[18]日本道路协会.排水性铺装技术指针(案)[M].东京：丸善株式会社,1996
[19]姜福田.碾压混凝土[M].北京：中国铁道出版社,1999：98-99
[20]程娟.透水混凝土配合比设计及其性能的实验研究[D]：[硕士学位论文].杭州：浙江工业大学,2006
[21]马玉芳.路用多孔水泥混凝土室内成型方法研究.公路,2007.12：176-181
[22]宗荣.聚丙烯纤维混凝土使用性能研究[D]：[硕士学位论文].西安:长安大学,2004
[23]曹诚,王春阳.低掺量聚丙烯纤维在混凝土中的效应分析.混凝土与水泥制品,第115.1期
[24]沈荣熹.水泥基复合材料科学与技术一低掺率合成纤维在混凝土中的作用机制.中国建材工业出版社,1999
[25]孙江安.粉煤灰硅灰和高强混凝土[J].房材与应用,1997：43-46
[26]李汝海,严战友,赵国芳.低掺量粉煤灰在水泥混凝土中的应用[J].粉煤灰综合利用.2008 NO.3：28-30
[27]侯桂华.粉煤灰在混凝土中的应用[J]混凝土,2005.9：46-50
[28]姜德民.硅灰对高性能混凝土强度的作用机理研究[J].建筑技术开发,2008(4)：44～45
[29]龚建清,聂晶.密实填充效应对水泥-粉煤灰-硅灰复合胶凝材料硬化浆体抗压强度的影响.[J]企业技术开发2008 Vol.27 No.2
[30]申爱琴.水泥与水泥混凝土.[M]人民交通出版社.2000.182-184
[31]陈静云,刘洋.水泥路面冻融破坏机理和对策研究[J].东北公路,2003,26(1)：14-16.
[32]王永红,陶峰,饶红胜,王瑜.基于快冻法的多孔水泥混凝土抗冻性研究.[J]公路交通科技.应用技术版专题
[33]程云虹,闫俊,刘斌,赵文.粉煤灰混凝土抗冻性能试验研究.[J]低温建筑技术,2008总第121期
[34]李光辉,张营,赵军.聚丙烯纤维细石混凝土抗冻性能试验研究.[J]混凝土与水泥制品,2009(5)：46-48
[35]陈瑜.公路隧道高性能多孔水泥混凝土路面研究.[D]：[博士学位论文],长沙：中南大学,2007
[36]王波.低噪声路面研究[D].[硕士论文].西安.西安公路交通大学,1995
[37]谭伟,张崇高,曹卫东,崔新壮.轮胎／路面噪声机理与降噪路面.[J]公路与汽运总第12期,85-88
[38]陈克安,曾向阳,李海英.声学测量[M].北京：科学出版社,2005,8
[39]任文堂.交通噪声及其控制[M].北京：人民交通出版社,1984,9
[40]刘益辉,孙保奎.减噪路面的降噪机理及其结构.[J]交通环保,2005(3)：53-56
[41][日]三木五三郎主编,陈世杰译.日本土工试验法.北京：中国铁道出版社,1985
[42]StandardMethodofTestforPermeabilityofGranularsoils(ConstantHead).AASHTO T215-70/ASTMD2434-74,1974
[43]张鹏飞.路面内部排水系统的设计与研究.[D][博士学位论文]上海：同济大学道路与铁道工程系,1999.9
[44]杨红.多孔水泥混凝土路面材料组成设计及技术性能研究[D]：[硕士学位论文].西安：长安大学材料系,2009
[2]戴天兴.城市环境生态学[M].北京：中国建材工业出版社,2002.224-230
[3]杨静.建筑材料与人居环境[M].北京：清华大学出版社,2001.224-228
[4]Tetsuo Kobayashi,Mamoru Kagata,Takayoshi Kodama.Development of the environment friendly hybrid permeable concrete pavement[J].Tansactions of the Japan concrete institute,2002,Vol.23:65-76
[5]王波,李成.透水性铺装与城市生态及物理环境[J].工业建筑,2002(12)：29-32
[6]王佐民,吕伟民,陈桁,徐建达多孔性沥青路面的降噪特性[J],噪声与振动控制,1998(1),36-39
[7]道路透水性路面[J].国外公路,1995,Vol.15.No.1:44-4
[8]透水性コニクリ一ト铺装—特许PERMEACON.佐藤道路株式会社.12-13
[9]杨和平译.无细集料混凝土路面应用的进展[J].国外公路,1997,VOl.17.No.2：17-20
[10]Porous concrete slabs and pavement drain water.Concrete construction 1983.9,685-688
[11]王武祥.透水性混凝土路面砖的种类和性能[J].建筑砌块与砌块建筑,2003,Vol.121：17-19
[12]陶卓辉.多孔水泥混凝土路面材料设计及性能研究[D]：[硕士学位论文].南京：东南大学道路与铁道工程系,2006
[13]霍亮.透水性混凝土路面材料的制备及性能研究[D]：[硕士学位论文].南京：东南大学材料科学与工程系,2005
[14]中华人民共和国行业标准《公路工程水泥混凝土试验规程》(JTJ 053-94),人民交通出版社,2003年
[15]中华人民共和国行业标准《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F30-2003),人民交通出版社,2003年
[16]吉青克.大孔隙材料室内渗透系数的测定.公路交通科技,2002,19(2)：31-34
[17]杜功焕,朱哲民,龚秀芬.声学基础(第2版)[M].南京：南京大学出版社,2001
[18]日本道路协会.排水性铺装技术指针(案)[M].东京：丸善株式会社,1996
[19]姜福田.碾压混凝土[M].北京：中国铁道出版社,1999：98-99
[20]程娟.透水混凝土配合比设计及其性能的实验研究[D]：[硕士学位论文].杭州：浙江工业大学,2006
[21]马玉芳.路用多孔水泥混凝土室内成型方法研究.公路,2007.12：176-181
[22]宗荣.聚丙烯纤维混凝土使用性能研究[D]：[硕士学位论文].西安:长安大学,2004
[23]曹诚,王春阳.低掺量聚丙烯纤维在混凝土中的效应分析.混凝土与水泥制品,第115.1期
[24]沈荣熹.水泥基复合材料科学与技术一低掺率合成纤维在混凝土中的作用机制.中国建材工业出版社,1999
[25]孙江安.粉煤灰硅灰和高强混凝土[J].房材与应用,1997：43-46
[26]李汝海,严战友,赵国芳.低掺量粉煤灰在水泥混凝土中的应用[J].粉煤灰综合利用.2008 NO.3：28-30
[27]侯桂华.粉煤灰在混凝土中的应用[J]混凝土,2005.9：46-50
[28]姜德民.硅灰对高性能混凝土强度的作用机理研究[J].建筑技术开发,2008(4)：44～45
[29]龚建清,聂晶.密实填充效应对水泥-粉煤灰-硅灰复合胶凝材料硬化浆体抗压强度的影响.[J]企业技术开发2008 Vol.27 No.2
[30]申爱琴.水泥与水泥混凝土.[M]人民交通出版社.2000.182-184
[31]陈静云,刘洋.水泥路面冻融破坏机理和对策研究[J].东北公路,2003,26(1)：14-16.
[32]王永红,陶峰,饶红胜,王瑜.基于快冻法的多孔水泥混凝土抗冻性研究.[J]公路交通科技.应用技术版专题
[33]程云虹,闫俊,刘斌,赵文.粉煤灰混凝土抗冻性能试验研究.[J]低温建筑技术,2008总第121期
[34]李光辉,张营,赵军.聚丙烯纤维细石混凝土抗冻性能试验研究.[J]混凝土与水泥制品,2009(5)：46-48
[35]陈瑜.公路隧道高性能多孔水泥混凝土路面研究.[D]：[博士学位论文],长沙：中南大学,2007
[36]王波.低噪声路面研究[D].[硕士论文].西安.西安公路交通大学,1995
[37]谭伟,张崇高,曹卫东,崔新壮.轮胎／路面噪声机理与降噪路面.[J]公路与汽运总第12期,85-88
[38]陈克安,曾向阳,李海英.声学测量[M].北京：科学出版社,2005,8
[39]任文堂.交通噪声及其控制[M].北京：人民交通出版社,1984,9
[40]刘益辉,孙保奎.减噪路面的降噪机理及其结构.[J]交通环保,2005(3)：53-56
[41][日]三木五三郎主编,陈世杰译.日本土工试验法.北京：中国铁道出版社,1985
[42]StandardMethodofTestforPermeabilityofGranularsoils(ConstantHead).AASHTO T215-70/ASTMD2434-74,1974
[43]张鹏飞.路面内部排水系统的设计与研究.[D][博士学位论文]上海：同济大学道路与铁道工程系,1999.9
[44]杨红.多孔水泥混凝土路面材料组成设计及技术性能研究[D]：[硕士学位论文].西安：长安大学材料系,2009