再生骨料透水混凝土毛细吸水理论及试验研究

发布时间：2020-04-06 22:10

【摘要】：制备再生骨料透水混凝土是建筑垃圾资源化再生利用的一种有效途径。再生骨料透水混凝土因其具备良好的透水透气性,能够收集雨水回渗,维持地下水资源生态平衡,同时还能吸收路面噪音,缓解“热岛效应”和“城市干燥化”,在“海绵城市”中有很大的应用前景。本文以再生骨料透水混凝土毛细吸水性能为研究对象,选用C30废弃路面混凝土块经破碎得到的粒径9.5~19.0 mm为再生骨料来源,以水灰比0.30为基准,制备12组再生骨料透水混凝土,包括4种水灰比(0.27、0.30、0.33、0.36)、3种碳纤维(0.2%、0.4%、0.6%)和内掺粒径4.75~9.5 mm再生粗骨料的5种双粒级(1:1、1:2、2:1、2:3、3:2),分别研究在中性水和酸性水两种吸水介质作用下,再生骨料透水混凝土前8 d毛细吸水质量和毛细吸水高度及其变化规律,并与强度、孔隙率和透水系数相结合,构建Allometric模型,从再生骨料透水混凝土耐久性和毛细力学的角度出发,研究其毛细吸水传输规律及机理。引入再生骨料透水混凝土截面等效孔径,通过Image图像分析法,分析截面孔隙对再生骨料透水混凝土毛细吸水传输规律影响因素,在此基础上基于灰色关联分析法建立各指标权重,研究影响再生骨料透水混凝土毛细吸水高度的主要因素,进而选取主要影响因素,通过构建BP神经网络模型实现预测再生骨料透水混凝土毛细吸水高度。主要研究成果如下:(1)水灰比在改变再生骨料透水混凝土力学性能的同时也影响着其孔隙率和透水性,总体呈现出抗压强度高,孔隙率和透水系数低的规律特征,如水灰比为0.30(基准)时,抗压强度最大,为9.06 MPa,对应的透水系数为3.28 mm/s(基准值)。碳纤维对再生骨料透水混凝土性能具有一定的改性作用,如碳纤维掺量0.6%时,抗压强度达到3种碳纤维掺量中的最大值,为8.15 MPa,掺量为0.4%时,透水系数达到最大,为4.24mm/s,比基准值提高29.3%。在粗骨料级配方面,再生骨料透水混凝土随着4.75~9.5 mm粒径再生骨料的增加,抗压强度呈现先减小后增大的规律,其中粗骨料级配为1:2时抗压强度最大,为7.92 MPa,透水系数在粗骨料级配为3:2时最大,为4.2 mm/s。(2)再生骨料透水混凝土毛细吸水按不同时间段的增长速率分为两个阶段,第一阶段为0~147 sec~(1/2)(即前6 h),第二阶段为147~831 sec~(1/2)(即6 h~8 d),前阶段增长较快,后阶段增长速率逐渐降低趋于平缓直至平衡。再生骨料透水混凝土毛细吸水质量和高度都随时间的增加而增大,均呈现出幂函数增长,符合Allometric模型,具有很高的拟合度。在水灰比为0.30时,毛细吸水效果最好,毛细吸水质量达到68.25 g,毛细吸水高度达到6.07 mm(非线性拟合R~2为0.997)。(3)在中性水和酸性水中,再生骨料透水混凝土不同水灰比下的毛细吸水第一阶段毛细吸水质量和毛细吸水高度都要大于第二阶段,第一阶段的毛细吸水速率是第二阶段的3~6倍。中性水和酸性水下掺有碳纤维的再生骨料透水混凝土毛细吸水高度最大值分别为5.55 mm和4.77 mm,此时碳纤维掺量分别为0.6%和0.4%。中性水和酸性水下五种粗骨料级配毛细吸水高度最大分别发生在粗骨料级配为2:1和2:3时。再生骨料透水混凝土毛细吸水质量和毛细吸水高度最大值都发生在中性水条件下。(4)再生骨料透水混凝土毛细吸水作用和其孔隙率、截面等效孔径及透水系数有关,BP神经网络可用于再生骨料透水混凝土毛细吸水高度预测,指标平均相对误差为7.83%。
【图文】：

城市建筑,垃圾,建筑垃圾

在开发利用过程中存在大量浪费，从而导致水土恶化现象，因此在保护资源利用的同时，需要寻求资源化是指建筑物在新建、维修、拆除、重建和装修以及自然灾废弃物[3]（图 1-1），主要包括砖瓦、金属、木材、杂土、混和其他各类废弃物等[4]。目前，建筑垃圾已占城市垃圾总来，绝大多数的建筑垃圾直接运往郊区进行简易填埋或方法已造成建筑垃圾存量达到 200 多亿吨。2017 年我国3.79 亿吨，其中进行资源化利用的仅有 1.19 万吨，预计将达到 26 亿吨，由此可见建筑垃圾产量持续上升，建筑成为了一种“城市病”[6]。建筑垃圾再利用非常重要，每利生产 243 亿块标砖、3600 万吨混合料，节省 1.5 万亩占减少 130 万吨 CO2排放，新增 84.6 亿元产值，因此对建利用是一种有效的资源化可持续利用的途径[7]。

建筑垃圾

利用来提升城市功能，推动城市绿色发展和新型城市建设。2015 年，国务院《中国制造 2025》（国发[2015] 28 号）要求：到 2020 年，工业固体废物综合利用率达到 73%，主要再生资源回收利用量达到 3.5 亿吨[8]。国家发改委提出《关于推进资源循环利用基地建设的指导意见》（发改办环资[2017] 1778 号）要大力解决建筑垃圾的资源化利用。在 2017 年 11 月，在第十二届全国人民代表大会常务委员会第三十次会议上，《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》实施情况报告显示[9]，我国固体废物产生量持续增长，固体废物污染防治形势日渐严峻。其中仅建筑垃圾我国每年达到 18 亿吨，资源化可利用率不足 5 %，而欧美、日本等国家建筑垃圾资源化利用率达能到 90 %以上[10]。2018 年 5 月生态环境部启动“打击固体废物环境违法行为专项行动”即“清废行动 2018”，加强对固体废弃物的管控。2019 年 1 月 21 日国务院办公厅关于印发《“无废城市”建设试点工作方案》（国办发[2018] 128 号），通过推动形成绿色发展方式和生活方式，持续推进固体废物源头减量和资源化利用，最大限度减少填埋量，将固体废物环境影响降至最低的城市发展模式[11]。
【学位授予单位】：华北水利水电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U414

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