透水铺装冻融损坏实验及冻胀防治措施研究
发布时间：2021-10-01 02:32
近年来,随着城市化的快速发展以及硬化面积急剧增加,城市径流污染、生态破坏、地下水补给匮乏等问题日益突出,传统的快排模式破坏了原有的水文循环,同时径流污染物直接排入附近河道,更是引发严重的水污染问题。此外,城市排水系统尤其是旧城区管网与日益增加的排水量不相匹配,造成严重的内涝以及合流制溢流污染（CSO）问题。透水铺装（Permeable Pavement Systems）作为一种重要的雨水源头减排设施,具有削减城市雨水径流、补充地下水位以及降低径流污染负荷等作用。但在寒冷地区,受冻融条件的影响,透水铺装易损程度显著增加,其冻融损坏问题已然成为海绵城市建设的重点和难点。本研究以透水铺装为主要研究对象,首先通过调研方式,总结出透水铺装冻胀损坏的影响因素,从材料、排空时间、冬季降雪量、冻融循环次数、冻结速率等角度,揭示影响透水铺装冻胀损坏程度的主要因素。然后经过冻融循环实验,研究影响透水铺装抗冻性能主要影响因素以及找平层、基层不同材料的抗冻性能,并通过上述实验,提出透水铺装冻胀损坏防治措施。本文所得结论主要如下:（1）透水铺装冻胀损坏是滞蓄容积中的水结冰体积膨胀对孔隙周围产生冻胀力,当产生的冻...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线
第2章透水铺装冻胀损坏机理及影响因素7第2章透水铺装冻胀损坏原因及影响因素透水铺装独特的多孔结构及较大的渗透系数使其具有降低城市“水体热污染”、削减城市雨水径流、补充地下水位以及降低径流污染负荷等特点。作为雨水基础设施中的重要技术之一，在海绵城市试点建设中得到大量应用。然而在寒冷地区因会受到冻融条件的影响，会对透水铺装的结构和性能产生破坏，因此，分析透水铺装冻胀损坏的原因及影响因素，也是我国当前亟需解决的问题。本章将重点分析透水铺装在冻胀条件下对其损坏进行研究分析。2.1透水铺装冻胀损坏调研分析我国是一个幅员辽阔，疆土面积广大的国家，其中寒冷区域的面积占国土面积很大一部分比重，具体表现为：季节性冻土的面积占比为55%；高纬度和高海拔的多年冻土，包括大小兴安岭、及我国西南部等区域，面积占比为20%，我国冻土分布情况见图2-1。随着近年来我国海绵城市的开发建设，透水铺装作为一种重要的雨水基础设施，其面积也在快速的增长，同时在寒冷地区也得到了大量的应用，海绵城市建设试点—辽宁省大连庄河市，透水铺装的铺设面积达到28万m2。在透水铺装发挥其功能的同时，在冬季受到外界低温条件的影响加上其独特的孔隙结构而易堵塞的缺陷，使其在冬季易产生冻胀损坏的问题经常发生。图2-1中国冻土分布图Fig.2-1DistributionmapoffrozensoilinChina本文为分析冻胀对透水铺装性能的影响，对比分析整个时间段、不同时段的变化。以大连庄河市海绵城市建设试点为例，选取庄河市海绵城市建设实验基地作为典型区域进行调研、观察。庄河市地处辽宁省，属于季节性冻土范围，累年月均气温为-7.3℃（冬季），月均降水量为8.6mm（冬季），冻土深度为56cm且实验基地为海绵城市建设基础
第2章透水铺装冻胀损坏机理及影响因素12H——蓄水高度，m；Q——排水系统排水流量，m3/s。2.3.2影响冻胀损坏程度的外因2.3.2.1冬季降水量透水铺装水饱和度与其冻胀损坏密切相关，是透水铺装损坏的最主要的因素[10]，而冬季降水量又是影响透水铺装水饱和度的决定性因素，所以冬季降水量是影响冻胀损坏的外界主要因素。当透水铺装结构层因孔隙形成一定滞蓄容积中的水饱和度（含水量）超过“临界水饱和度”时，在地表温度低于0℃的条件下就会产生冻胀力，对透水铺装造成破坏，即当透水铺装结构层中水饱和度低于某一“临界值”时，即使有冻胀力的存在，透水铺装也将不易受损；当透水铺装结构层中的水饱和度超过“临界值”时，透水砖孔隙中贮有较多的水，水冻结时产生的冻胀力就有可能大于透水铺装抗压强度，而造成透水铺装损坏。一般情况下，透水铺装结构层“临界水饱和度”与水结冰冻胀系数的大小相关，透水铺装结构层水饱和度越大，冻融产生的损坏越严重。图2-2黄河以北主要城市冬季月均降水量/mmFig.2-2MonthlymonthlyprecipitationinmajorcitiesnorthoftheYellowRiver/mm2.3.2.2冻融循环次数以及冻结速率透水铺装的冻融损坏具有累积效应，即发生第一次冻融后的冻融过程中，因结冰引起其结构与性能的破坏不会自动恢复，使得冻胀量得以维持。这样就有了更大的空间来容纳更多的水，当发生第二次冻结时会发生进一步的膨胀，此时的透水砖冻胀量较第一次的冻胀量要大，产生的损坏更加严重。因此，冻融循环具有累积效应，造成破坏的不是单次冻融，而是反复冻融。透水砖耐久性（Df）与冻融损坏次数（n）之间的关系可按式（2-5）计算[38]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]透水砖铺装面层抗冻性能实验[J]. 郭晓鹏,李俊奇. 环境工程. 2020(04)
[2]透水铺装设计与维护管理的关键问题分析[J]. 李俊奇,张哲,王耀堂,郭晓鹏,张国珍. 给水排水. 2019(06)
[3]透水性生态混凝土的抗冻研究[J]. 薛冬杰,谭文菁. 山西建筑. 2015(32)
[4]寒区冻土中冻胀力的计算[J]. 吴楚钢,杨林. 西部探矿工程. 2011(12)
[5]透水性铺装结构对雨水入渗过程的影响[J]. 朱春阳,李树华,李晓艳,吴菲,王之婧. 北京园林. 2009(04)
[6]居住小区道路雨水径流消减潜力分析[J]. 夏远芬,万玉秋. 环境保护科学. 2008(02)
[7]透水性路面铺装在构建生态城市中的作用[J]. 施雪. 新型建筑材料. 2007(10)
[8]推广应用透水性铺装 促进城市生态良性发展[J]. 宋志斌,赵鸿儒,白俊良. 河北工程技术高等专科学校学报. 2006(03)
[9]透水砖铺装地面垫层结构对城市雨水入渗过程的影响[J]. 侯立柱,冯绍元,韩志文,张书函,丁跃元. 中国农业大学学报. 2006(04)
[10]铺面水泥混凝土冻融环境量化研究[J]. 李晔,姚祖康,孙旭毅,刘春晨. 同济大学学报(自然科学版). 2004(10)
博士论文
[1]沥青路面凝冰损坏影响因素及细观机理研究[D]. 赵立东.哈尔滨工业大学 2012
硕士论文
[1]透水路面与生物滞留组合系统对径流峰值控制效能的实验研究[D]. 杨擎柱.北京建筑大学 2018
[2]基于海绵城市理念下的透水砖及铺装设计[D]. 韩暖.西南交通大学 2017
[3]透水铺装控流截污试验及其设计应用研究[D]. 幺海博.北京建筑大学 2013
[4]多孔混凝土透水基层材料设计研究[D]. 马威.武汉理工大学 2008
本文编号：3417081
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线
第2章透水铺装冻胀损坏机理及影响因素7第2章透水铺装冻胀损坏原因及影响因素透水铺装独特的多孔结构及较大的渗透系数使其具有降低城市“水体热污染”、削减城市雨水径流、补充地下水位以及降低径流污染负荷等特点。作为雨水基础设施中的重要技术之一，在海绵城市试点建设中得到大量应用。然而在寒冷地区因会受到冻融条件的影响，会对透水铺装的结构和性能产生破坏，因此，分析透水铺装冻胀损坏的原因及影响因素，也是我国当前亟需解决的问题。本章将重点分析透水铺装在冻胀条件下对其损坏进行研究分析。2.1透水铺装冻胀损坏调研分析我国是一个幅员辽阔，疆土面积广大的国家，其中寒冷区域的面积占国土面积很大一部分比重，具体表现为：季节性冻土的面积占比为55%；高纬度和高海拔的多年冻土，包括大小兴安岭、及我国西南部等区域，面积占比为20%，我国冻土分布情况见图2-1。随着近年来我国海绵城市的开发建设，透水铺装作为一种重要的雨水基础设施，其面积也在快速的增长，同时在寒冷地区也得到了大量的应用，海绵城市建设试点—辽宁省大连庄河市，透水铺装的铺设面积达到28万m2。在透水铺装发挥其功能的同时，在冬季受到外界低温条件的影响加上其独特的孔隙结构而易堵塞的缺陷，使其在冬季易产生冻胀损坏的问题经常发生。图2-1中国冻土分布图Fig.2-1DistributionmapoffrozensoilinChina本文为分析冻胀对透水铺装性能的影响，对比分析整个时间段、不同时段的变化。以大连庄河市海绵城市建设试点为例，选取庄河市海绵城市建设实验基地作为典型区域进行调研、观察。庄河市地处辽宁省，属于季节性冻土范围，累年月均气温为-7.3℃（冬季），月均降水量为8.6mm（冬季），冻土深度为56cm且实验基地为海绵城市建设基础
第2章透水铺装冻胀损坏机理及影响因素12H——蓄水高度，m；Q——排水系统排水流量，m3/s。2.3.2影响冻胀损坏程度的外因2.3.2.1冬季降水量透水铺装水饱和度与其冻胀损坏密切相关，是透水铺装损坏的最主要的因素[10]，而冬季降水量又是影响透水铺装水饱和度的决定性因素，所以冬季降水量是影响冻胀损坏的外界主要因素。当透水铺装结构层因孔隙形成一定滞蓄容积中的水饱和度（含水量）超过“临界水饱和度”时，在地表温度低于0℃的条件下就会产生冻胀力，对透水铺装造成破坏，即当透水铺装结构层中水饱和度低于某一“临界值”时，即使有冻胀力的存在，透水铺装也将不易受损；当透水铺装结构层中的水饱和度超过“临界值”时，透水砖孔隙中贮有较多的水，水冻结时产生的冻胀力就有可能大于透水铺装抗压强度，而造成透水铺装损坏。一般情况下，透水铺装结构层“临界水饱和度”与水结冰冻胀系数的大小相关，透水铺装结构层水饱和度越大，冻融产生的损坏越严重。图2-2黄河以北主要城市冬季月均降水量/mmFig.2-2MonthlymonthlyprecipitationinmajorcitiesnorthoftheYellowRiver/mm2.3.2.2冻融循环次数以及冻结速率透水铺装的冻融损坏具有累积效应，即发生第一次冻融后的冻融过程中，因结冰引起其结构与性能的破坏不会自动恢复，使得冻胀量得以维持。这样就有了更大的空间来容纳更多的水，当发生第二次冻结时会发生进一步的膨胀，此时的透水砖冻胀量较第一次的冻胀量要大，产生的损坏更加严重。因此，冻融循环具有累积效应，造成破坏的不是单次冻融，而是反复冻融。透水砖耐久性（Df）与冻融损坏次数（n）之间的关系可按式（2-5）计算[38]：
【参考文献】：
期刊论文
[1]透水砖铺装面层抗冻性能实验[J]. 郭晓鹏,李俊奇. 环境工程. 2020(04)
[2]透水铺装设计与维护管理的关键问题分析[J]. 李俊奇,张哲,王耀堂,郭晓鹏,张国珍. 给水排水. 2019(06)
[3]透水性生态混凝土的抗冻研究[J]. 薛冬杰,谭文菁. 山西建筑. 2015(32)
[4]寒区冻土中冻胀力的计算[J]. 吴楚钢,杨林. 西部探矿工程. 2011(12)
[5]透水性铺装结构对雨水入渗过程的影响[J]. 朱春阳,李树华,李晓艳,吴菲,王之婧. 北京园林. 2009(04)
[6]居住小区道路雨水径流消减潜力分析[J]. 夏远芬,万玉秋. 环境保护科学. 2008(02)
[7]透水性路面铺装在构建生态城市中的作用[J]. 施雪. 新型建筑材料. 2007(10)
[8]推广应用透水性铺装 促进城市生态良性发展[J]. 宋志斌,赵鸿儒,白俊良. 河北工程技术高等专科学校学报. 2006(03)
[9]透水砖铺装地面垫层结构对城市雨水入渗过程的影响[J]. 侯立柱,冯绍元,韩志文,张书函,丁跃元. 中国农业大学学报. 2006(04)
[10]铺面水泥混凝土冻融环境量化研究[J]. 李晔,姚祖康,孙旭毅,刘春晨. 同济大学学报(自然科学版). 2004(10)
博士论文
[1]沥青路面凝冰损坏影响因素及细观机理研究[D]. 赵立东.哈尔滨工业大学 2012
硕士论文
[1]透水路面与生物滞留组合系统对径流峰值控制效能的实验研究[D]. 杨擎柱.北京建筑大学 2018
[2]基于海绵城市理念下的透水砖及铺装设计[D]. 韩暖.西南交通大学 2017
[3]透水铺装控流截污试验及其设计应用研究[D]. 幺海博.北京建筑大学 2013
[4]多孔混凝土透水基层材料设计研究[D]. 马威.武汉理工大学 2008
本文编号：3417081
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