多孔混凝土透水基层材料组成设计与性能研究

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1、武汉理工大学博士学位论文摘要我国公路水损害十分普遍。多孔混凝土材料作为一种开级配稳定粒料类透水基层，具有较高的强度和很好的透水性能，对增强路面结构的排水能力，防治水损害，改善路面的使用性能及提高其使用寿命，具有重要的作用。本文从材料科学的角度，对多孔混凝土透水基层材料的结构、组成设计与路用性能及其相互间的关系进行了系统的研究，并对其施工工艺参数进行了优化。首先，在研究分析多孔混凝土的组成与结构特点的基础上，建立了多孔混凝土透水基层材料的结构模型—接触点模型。相互嵌锁的粗集料是多孔混凝土的强度骨架、接触点处的浆体的胶结构成了混凝土的整体性。多孔混凝土透

2、水基层材料的强度随集料颗粒接触点数量、接触点面积和接触点强度的增加而提高，其透水性则随空隙率和空隙连通程度的增加而增大。据此提出多孔混凝土的设计原则是保证适当的空隙率前提下，通过增强空隙的连通程度来增大透水基层的渗水性，通过增加接触点的数量、面积和强度提高透水基层的强度。以接触点结构模型为指导，对多孔混凝土透水基层的集料级配和浆体组成与结构进行了优化设计研究。集料级配决定了多孔混凝土的强度骨架，根据经典的级配理论，设计了系列实验对多孔混凝土级配中的几个关键参数：细集料用量、最大粒径和粗集料组成进行了优化，并结合Weymouth原理对多孔混凝土的集料级

3、配进行了计算，综合实验结果与理论计算以及工程实际原材料的特点，提出了一套多孔混凝土透水基层的集料级配范围。通过级配优化后，多孔混凝土强度提高，7天抗压强度达到5．0MPa的设计指标可以节约水泥50kg／m3，透水性下降不明显。实验结果还表明，通过以下技术措施优化浆体组成和结构，可以提高多孔混凝土透水基层材料的强度：①提高水泥强度增大接触点处的强度；②掺入适量矿物掺合料细粉增加浆体体积及接触点面积，并改善界面过渡区结构；③掺入减水剂增强接触点处的强度；④掺入适量增稠剂则起到诱导浆体在接触点处富集的作用，提高了接触面积。针对多孔混凝土透水基层材料混合料空

4、隙率高，失水速度快，水泥的过快凝结往往给混合料延迟碾压带来严重的强度损失的问题，本文采用研制的多羟基类超缓凝剂SRA将多孔混凝土透水基层材料延迟成型时间延长至4h而强度下降不到10％，并通过化学结合水、孔隙液离子浓度测试以及物相分析揭示了SRA的缓武汉理工大学博士学位论文凝机理。系统研究了经优化设计的改进型多孔混凝土透水基层材料的路用性能，采用数字图像分析技术探讨了集料级配优化对多孔混凝土透水基层材料的改性机理，建立了多孔透水混凝土基层材料有效空隙率和全空隙率，渗透系数与有效空隙率的回归关系。研究表明，改进型多孔混凝土的水泥用量较少、强度较高且强度发

5、展稳定，抗弯拉弹性模量介于普通混凝土和半刚性基层之间，动稳性、抗冲刷性和抗干燥收缩性明显优于水泥稳定类半刚性基层。多孔透水混凝土基层材料的透水性和空隙率之间有很好的相关性，经级配优化后多孔透水混凝土基层材料的透水性有一定的降低，但仍满足设计要求。根据多孔混凝土接触点结构模型和材料组成优化设计实验结果，提出了一种建立在体积分析方法基础上的多孔混凝土透水基层材料配合比设计方法。最后，通过实验优化了多孔混凝土透水基层材料的拌和、成型的工艺及参数和养生等施工关键技术，为多孔混凝土透水基层的推广应用奠定了基础。关键词：多孔混凝土；透水基层；结构；组成设计；路用

6、性能ll武汉理工大学博士学位论文————————————————————————————————————一一_AbstractlnewaterdamageofthehighwayisprevalentinChian．Asakindofporousstructuralmaterialmadewithopengraduationaggregate，theperviouscoIlcreItehaSmgnstrengthandperviouscapability,whichplaysanimportantroleinenhancing龇彻nagecapabi

7、lityofthepavement，preventingtheoccurrenceofwaterd锄ageaIldextendingitsservicelife．ThecompositionoftheperviousconcreteroadbaSematenaLl1Soptimizedbyusingtheknowledgeofmaterialscience．Thepe墒nnallcesottlaeperviousconcreteandtheconstructionprocessindicesarestudiedsyst锄a廿cally．Thecons

8、tructionprocesswasoptimizedandthepe哟肌anceofpavementisi