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新型透水混凝土工藝及建築學性能研究

發布時間:2019-02-20 19:46 論文編輯:lgg 價格: 所屬欄目:建築學論文 關鍵詞: 透水混凝土建築學性能

本文是一篇建築學論文,所謂生态建築學(Acologies)或稱建築生态學(Arcology),是建立在研究自然界生物與其環境共生關系的生态學(Ecology)理論基礎上的建築規劃設計理論與方法;

本文是一篇建築學論文,所謂生态建築學(Acologies)或稱建築生态學(Arcology),是建立在研究自然界生物與其環境共生關系的生态學(Ecology)理論基礎上的建築規劃設計理論與方法;或者換過來說,是探索地球上生命活動功能均衡發展的生态學延伸于建築學領域的一個分支,反映出現代建築思潮的價值取向。(以上内容來自百度百科)今天為大家推薦一篇建築學論文,供大家參考。
 
第一章 緒論
 
1.1 研究背景及研究目的
伴随着人類社會的快速發展,城市的中心地位越來越明顯,它聚集着各類資源,在帶給人生活的便利的同時也引起城市本身不斷擴張,造成諸如城市缺水、内澇、水體污染、熱島效應等嚴重問題,降低人們的生活質量,産生一些災難性的後果,因而解決此類問題迫在眉睫。城市的發展需要修建大量建築物和構築物,單就道路而言,據統計,中國國内城市有 7%-15%的道路路面覆蓋,部分城市更超過 20%[1]。然而我們當前所采用的鋪築材料幾乎都是水泥混凝土、瀝青混凝土或是路面磚,它們所形成的路面結構幾乎不透水,這嚴重破壞了城市地區地下水與地表水的循環互補。當大量降雨時,大氣降水無法下滲回地下,絕大部分從人為修建的排水設施排入江河,這一方面增加了排水設施的壓力,短時間内降雨量較大時,低窪或平原的城市極易被淹,出現 “城中看海”的景象,如圖 1.1,2012 年 7 月 21 日,北京突降大暴雨導緻城市内澇,交通大量陷入癱瘓,造成巨大的人員傷亡和經濟損失;另一方面,大量污染物無法随水下滲土壤中進行過濾,而随徑流排入江河,直接污染水體,同時地下水卻沒有得到及時補充,在旱季或連續的晴天,又不得不額外抽水來澆灌城市綠化的樹木植被,造成附加的能源消耗,增長開支。另外,硬化鋪裝産生更多的熱反射,加劇城市熱島效應,改變城市氣候環境,如圖 1.2 為熱島效應圖。
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1.2 國内外研究現狀和發展動态
據 V.M.Malhortra 記載[8]: 1852 年英國工程師在建造工程時因缺少細骨料,便嘗試了拌制不含細集料的混凝土,這就是透水混凝土的前身,但當時并未發現它的路用透水價值。20 世紀初期這種混凝土制作方法相繼傳到荷蘭、南非和蘇聯等國家,在随後的數十年時間中,英國,德國和蘇聯等國家展開了一定的研究,還因為這種缺少細集料的混凝土能降低造價,減輕自重,在戰争期間極其受歡迎,英國還将其用做多層建築承重牆體[9]。20 世紀 60 年代法國在公園林蔭道灌溉的問題上,首先提出透水路面設想,随後這種工藝傳播到歐洲多國[10]。70 年代,英國正式将無沙大粒骨料混凝土用在鋪築市政道路上,并把這種混凝土命名為透水混凝土。國外對透水混凝土的研究起步早,開展研究廣泛,尤其像歐洲的英國、法國、德國,美國、日本和蘇聯(俄羅斯)等國家,試驗研究了透水混凝土的各種性質及影響因素,并大量開展實際工程的推廣運用。透水混凝土的性能研究主要包括透水性、強度、耐久性、耐腐蝕性、抗凍性和抗疲勞破壞性能及與配合比、材料性質方面的關系。1995 年南伊利諾大學的Nader Chafoorim[11]叙述了透水混凝土的概要,并在物理性質、磨耗性和抗凍脹性方面開展研究。2003 年華盛頓大學的 Benjamin O. Brottebo 和 Derek B. Booth[12]對1996 年建成的四個透水混凝土停車場鋪裝進行包括各類力學性能、透水能力及耐久性測試,結果顯示,透水混凝土表面很少破壞,透水功能良好。Chindaprasirta[13]團隊對透水混凝土配制的新拌漿體性質展開詳細研究,得出這種材料的脆性和耐久性。西班牙的 Pindado[14]開展聚合物大孔混凝土的抗疲勞改良研究,并得到疲勞開裂次數與最大應力值之間具有對數關系。韓國的 Seung Bum Park 等人[15]用再生骨料取代普通碎石配制透水混凝土,以研究其吸聲能力和孔隙關系,得出最佳吸聲孔隙率為 25%。
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第二章 新型透水混凝土制備方法對比研究
 
根據降解式新型透水混凝土的思路,即在混凝土體系内部加入可降解材料,利用材料降解後留下相互貫通孔洞而透水,此方法與 Jiusu Li 等[82]研制的預制成孔透水混凝土方式相似。經過理論分析添加降解材料來實現在混凝土内形成貫通孔,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、添加能與堿發生緩慢反應或緩慢溶水的材料包裹溶解材料形成膠囊結構、拌入聚合高分子材料等多種方式。本章先分析混凝土拌制及成型後的物理化學條件,并對以上幾種方法進行研究,探讨其可行性,以及選定合适的方法和材料作進一步研究。
 
2.1 混凝土拌制及成型後的條件分析
現代意義上的混凝土是指約瑟夫·阿斯帕丁 1824 年發明波特蘭水泥後出現的混凝土,一般由水泥、水、砂子(細骨料)、石子(粗骨料)以及一些外加劑混拌而成。在混凝土制作和成型的過程中,物理化學條件、内外環境都會發生一些變化,這直接影響材料的選擇和使用。混凝土在各類材料凝結成強度較高的整體石材,主要靠水泥水化反應産生的水泥凝膠作為膠結劑,而這是一個化學反應的過程。通常的水泥,即矽酸鹽水泥熟料的主要化學成分是氧化鈣(CaO),約為體系的 3/5,其次是約 1/5~1/4 的氧化矽(2SiO ),另外氧化鋁(2 3Al O )約占 4%~9%和較少的氧化鐵(2 3Fe O ),四者約占到水泥熟料質量的 94%。礦物成分主要包括矽酸三鈣(23CaO   SiO),矽酸二鈣(22CaO   SiO),鋁酸三鈣(2 33CaO   Al O),鐵鋁酸四鈣(2 3 2 34CaO   Al O   Fe O)[83]。矽酸鹽水泥由水泥熟料和石膏組成,在混凝土拌制及随後的一段時間中,水泥的主要成分與水發生水化反應,生成 C -S  -H 凝膠和水化鐵酸鈣膠體,氫氧化鈣、水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣等晶體,同時放出大量熱。
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2.2 混凝土内添加高分子降解材料制備透水混凝土
這種初期構想,是直接在混凝土體系内拌入一種常見的普通降解材料,材料能滿足混凝土拌制前後的物理化學變化要求,并且降解條件寬松、降解速度相對較快,使混凝土成型後能在一定時間内降解形成貫通孔,達到透水目的。天然高分子材料中有多糖、蛋白質、脂類和核酸,不過以多糖類形态及力學性能穩定,且成本相對低,運用較廣,尤其是澱粉和纖維素,更為常見,但這些材料通常不宜直接用作降解材料,何樂等[84]指出,由于這些天然分子内含大量羟基和其他極性基團,易形成氫鍵,使得它們難溶解和熔融加工。纖維素盡管由葡萄糖單體聚合而成,但其不溶于水和一般有機溶劑,耐酸堿,結構穩定,自然條件下降解緩慢,在混凝土所處環境中,降解成孔難度較大,因此不是首選的降解材料。甲殼素是自然界中已知唯一呈堿性的多糖類物質,在無脊椎動物的外殼、原生動物、真菌的菌絲體、以及某些綠藻中、均能找到,屬于動物性纖維,不易被消化和降解,且成本較高,不适合做降解成孔材料。
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第三章 新型透水混凝土試驗方案設計 ............. 37
3.1 試驗原材料 ............ 37
3.2 混凝土配合比初步設計 ............ 39
3.3 試驗研究的影響因素 .... 42
3.4 正交試驗設計法 ........ 42
3.5 新型透水混凝土試驗方案 .......... 47
3.6 聚合 PAG 降解材料制備 ............ 48
3.7 透水混凝土成型和養護 ............ 49
3.8 本章小結 .... 51
第四章 透水混凝土透水性能試驗及分析............ 53
4.1 透水混凝土透水性能測量指标 ...... 53
4.2 透水系數測試方法及對應裝置 ...... 55
4.3 試塊透水性能試驗及數據分析 ...... 57
4.4 本章小結 .... 65
第五章 透水混凝土力學性能試驗 ....... 66
5.1 混凝土抗壓強度試驗及數據分析 .... 66
5.2 混凝土劈裂抗拉強度試驗數據分析 ............ 72
5.3 本章小結 .... 76
 
第五章 透水混凝土力學性能試驗
 
透水混凝土主要作為一種面層鋪裝材料使用,較多的使用于公園廣場、停車場和道路路面等地方,前兩者對鋪築強度要求一般,但道路路用混凝土對強度有較高要求,尤其是在重載交通道路上,因此不僅要求透水混凝土結構具有透水功能,強度應盡可能的提高。之前的學者們進行大量的研究與改進,力圖在保證一定透水能力的前提下,盡可能的提高其承載能力。對透水混凝土的力學性能研究,主要包括抗壓強度和抗拉強度,抗壓強度通常又有早期抗壓強度(一般為 7d 标準養護)和标準齡期抗壓(一般為 28d 标準養護),抗拉強度則主要是劈裂抗拉試驗,對道路路面鋪裝的混凝土往往還要考察其抗折強度。本文的試驗主要研究透水混凝土的 7d 和 28d 抗壓強度,劈裂抗拉強度。
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