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新型透水混凝土工艺及建筑学性能研究

发布时间:2019-02-20 19:46 博亚体育编辑:lgg 价格: 所属栏目:建筑学博亚体育 关键词: 透水混凝土建筑学性能

本文是一篇建筑学博亚体育,所谓生态建筑学(Acologies)或称建筑生态学(Arcology),是建立在研究自然界生物与其环境共生关系的生态学(Ecology)理论基础上的建筑规划设计理论与方法;

本文是一篇建筑学博亚体育,所谓生态建筑学(Acologies)或称建筑生态学(Arcology),是建立在研究自然界生物与其环境共生关系的生态学(Ecology)理论基础上的建筑规划设计理论与方法;或者换过来说,是探索地球上生命活动功能均衡发展的生态学延伸于建筑学领域的一个分支,反映出现代建筑思潮的价值取向。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇建筑学博亚体育,供大家参考。
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第一章 绪论
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1.1 研究背景及研究目的
伴随着人类社会的快速发展,城市的中心地位越来越明显,它聚集着各类资源,在带给人生活的便利的同时也引起城市本身不断扩张,造成诸如城市缺水、内涝、水体污染、热岛效应等严重问题,降低人们的生活质量,产生一些灾难性的后果,因而解决此类问题迫在眉睫。城市的发展需要修建大量建筑物和构筑物,单就道路而言,据统计,中国国内城市有 7%-15%的道路路面覆盖,部分城市更超过 20%[1]。然而我们当前所采用的铺筑材料几乎都是水泥混凝土、沥青混凝土或是路面砖,它们所形成的路面结构几乎不透水,这严重破坏了城市地区地下水与地表水的循环互补。当大量降雨时,大气降水无法下渗回地下,绝大部分从人为修建的排水设施排入江河,这一方面增加了排水设施的压力,短时间内降雨量较大时,低洼或平原的城市极易被淹,出现 “城中看海”的景象,如图 1.1,2012 年 7 月 21 日,北京突降大暴雨导致城市内涝,交通大量陷入瘫痪,造成巨大的人员伤亡和经济损失;另一方面,大量污染物无法随水下渗土壤中进行过滤,而随径流排入江河,直接污染水体,同时地下水却没有得到及时补充,在旱季或连续的晴天,又不得不额外抽水来浇灌城市绿化的树木植被,造成附加的能源消耗,增长开支。另外,硬化铺装产生更多的热反射,加剧城市热岛效应,改变城市气候环境,如图 1.2 为热岛效应图。
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1.2 国内外研究现状和发展动态
据 V.M.Malhortra 记载[8]: 1852 年英国工程师在建造工程时因缺少细骨料,便尝试了拌制不含细集料的混凝土,这就是透水混凝土的前身,但当时并未发现它的路用透水价值。20 世纪初期这种混凝土制作方法相继传到荷兰、南非和苏联等国家,在随后的数十年时间中,英国,德国和苏联等国家展开了一定的研究,还因为这种缺少细集料的混凝土能降低造价,减轻自重,在战争期间极其受欢迎,英国还将其用做多层建筑承重墙体[9]。20 世纪 60 年代法国在公园林荫道灌溉的问题上,首先提出透水路面设想,随后这种工艺传播到欧洲多国[10]。70 年代,英国正式将无沙大粒骨料混凝土用在铺筑市政道路上,并把这种混凝土命名为透水混凝土。国外对透水混凝土的研究起步早,开展研究广泛,尤其像欧洲的英国、法国、德国,美国、日本和苏联(俄罗斯)等国家,试验研究了透水混凝土的各种性质及影响因素,并大量开展实际工程的推广运用。透水混凝土的性能研究主要包括透水性、强度、耐久性、耐腐蚀性、抗冻性和抗疲劳破坏性能及与配合比、材料性质方面的关系。1995 年南伊利诺大学的Nader Chafoorim[11]叙述了透水混凝土的概要,并在物理性质、磨耗性和抗冻胀性方面开展研究。2003 年华盛顿大学的 Benjamin O. Brottebo 和 Derek B. Booth[12]对1996 年建成的四个透水混凝土停车场铺装进行包括各类力学性能、透水能力及耐久性测试,结果显示,透水混凝土表面很少破坏,透水功能良好。Chindaprasirta[13]团队对透水混凝土配制的新拌浆体性质展开详细研究,得出这种材料的脆性和耐久性。西班牙的 Pindado[14]开展聚合物大孔混凝土的抗疲劳改良研究,并得到疲劳开裂次数与最大应力值之间具有对数关系。韩国的 Seung Bum Park 等人[15]用再生骨料取代普通碎石配制透水混凝土,以研究其吸声能力和孔隙关系,得出最佳吸声孔隙率为 25%。
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第二章 新型透水混凝土制备方法对比研究
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根据降解式新型透水混凝土的思路,即在混凝土体系内部加入可降解材料,利用材料降解后留下相互贯通孔洞而透水,此方法与 Jiusu Li 等[82]研制的预制成孔透水混凝土方式相似。经过理论分析添加降解材料来实现在混凝土内形成贯通孔,包含添加高分子降解材料、某些降溶解材料包裹混凝土的粗骨料方式、添加能与碱发生缓慢反应或缓慢溶水的材料包裹溶解材料形成胶囊结构、拌入聚合高分子材料等多种方式。本章先分析混凝土拌制及成型后的物理化学条件,并对以上几种方法进行研究,探讨其可行性,以及选定合适的方法和材料作进一步研究。
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2.1 混凝土拌制及成型后的条件分析
现代意义上的混凝土是指约瑟夫·阿斯帕丁 1824 年发明波特兰水泥后出现的混凝土,一般由水泥、水、砂子(细骨料)、石子(粗骨料)以及一些外加剂混拌而成。在混凝土制作和成型的过程中,物理化学条件、内外环境都会发生一些变化,这直接影响材料的选择和使用。混凝土在各类材料凝结成强度较高的整体石材,主要靠水泥水化反应产生的水泥凝胶作为胶结剂,而这是一个化学反应的过程。通常的水泥,即硅酸盐水泥熟料的主要化学成分是氧化钙(CaO),约为体系的 3/5,其次是约 1/5~1/4 的氧化硅(2SiO ),另外氧化铝(2 3Al O )约占 4%~9%和较少的氧化铁(2 3Fe O ),四者约占到水泥熟料质量的 94%。矿物成分主要包括硅酸三钙(23CaO? ?SiO),硅酸二钙(22CaO? ?SiO),铝酸三钙(2 33CaO? ?Al O),铁铝酸四钙(2 3 2 34CaO? ?Al O? ?Fe O)[83]。硅酸盐水泥由水泥熟料和石膏组成,在混凝土拌制及随后的一段时间中,水泥的主要成分与水发生水化反应,生成 C -S? -H 凝胶和水化铁酸钙胶体,氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙等晶体,同时放出大量热。
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2.2 混凝土内添加高分子降解材料制备透水混凝土
这种初期构想,是直接在混凝土体系内拌入一种常见的普通降解材料,材料能满足混凝土拌制前后的物理化学变化要求,并且降解条件宽松、降解速度相对较快,使混凝土成型后能在一定时间内降解形成贯通孔,达到透水目的。天然高分子材料中有多糖、蛋白质、脂类和核酸,不过以多糖类形态及力学性能稳定,且成本相对低,运用较广,尤其是淀粉和纤维素,更为常见,但这些材料通常不宜直接用作降解材料,何乐等[84]指出,由于这些天然分子内含大量羟基和其他极性基团,易形成氢键,使得它们难溶解和熔融加工。纤维素尽管由葡萄糖单体聚合而成,但其不溶于水和一般有机溶剂,耐酸碱,结构稳定,自然条件下降解缓慢,在混凝土所处环境中,降解成孔难度较大,因此不是首选的降解材料。甲壳素是自然界中已知唯一呈碱性的多糖类物质,在无脊椎动物的外壳、原生动物、真菌的菌丝体、以及某些绿藻中、均能找到,属于动物性纤维,不易被消化和降解,且成本较高,不适合做降解成孔材料。
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第三章 新型透水混凝土试验方案设计 ............. 37
3.1 试验原材料 ............ 37
3.2 混凝土配合比初步设计 ............ 39
3.3 试验研究的影响因素 .... 42
3.4 正交试验设计法 ........ 42
3.5 新型透水混凝土试验方案 .......... 47
3.6 聚合 PAG 降解材料制备 ............ 48
3.7 透水混凝土成型和养护 ............ 49
3.8 本章小结 .... 51
第四章 透水混凝土透水性能试验及分析............ 53
4.1 透水混凝土透水性能测量指标 ...... 53
4.2 透水系数测试方法及对应装置 ...... 55
4.3 试块透水性能试验及数据分析 ...... 57
4.4 本章小结 .... 65
第五章 透水混凝土力学性能试验 ....... 66
5.1 混凝土抗压强度试验及数据分析 .... 66
5.2 混凝土劈裂抗拉强度试验数据分析 ............ 72
5.3 本章小结 .... 76
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第五章 透水混凝土力学性能试验
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透水混凝土主要作为一种面层铺装材料使用,较多的使用于公园广场、停车场和道路路面等地方,前两者对铺筑强度要求一般,但道路路用混凝土对强度有较高要求,尤其是在重载交通道路上,因此不仅要求透水混凝土结构具有透水功能,强度应尽可能的提高。之前的学者们进行大量的研究与改进,力图在保证一定透水能力的前提下,尽可能的提高其承载能力。对透水混凝土的力学性能研究,主要包括抗压强度和抗拉强度,抗压强度通常又有早期抗压强度(一般为 7d 标准养护)和标准龄期抗压(一般为 28d 标准养护),抗拉强度则主要是劈裂抗拉试验,对道路路面铺装的混凝土往往还要考察其抗折强度。本文的试验主要研究透水混凝土的 7d 和 28d 抗压强度,劈裂抗拉强度。
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