無(wú)砂高強(qiáng)再生骨料透水磚研制及其透水機(jī)理

1、重慶三峽學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目申報(bào)表 項(xiàng)目名稱： 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 所在院系、專業(yè)、年級(jí)指導(dǎo)教師 聯(lián)系電話 電子郵件 填表日期 教務(wù)處制項(xiàng)目名稱申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)計(jì)劃起止時(shí)間申報(bào)團(tuán)隊(duì)學(xué)號(hào)姓名年級(jí)所在院系、專業(yè)聯(lián)系電話E-mail 201001074145陳相10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工henxiang858201012044418左霞10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工erfectzuo201012044103李亭10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工程159234966391453754881201012044402張榮才10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工程159234618541

2、269243305201012044155楊靜10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工程130283745871607781384201012044102朱祥榮10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工程15923499826475414715201012044457辜良仙10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工程158237319711510994415楊李10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工angli201012044150江松10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工程13628404375554058074201012044156熊靈10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工程1365821021733052638201012044332張海國(guó)

3、10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工程13628414327291585185201012044108王騰騰10級(jí)土木工程學(xué)院、土木工程130196505751346911018姓名郭遠(yuǎn)臣院系土木工程學(xué)院職稱/學(xué)歷講師/博士E-mailRechee-guo電請(qǐng)理由（包括項(xiàng)目背景及自身具備的知識(shí)條件）1、項(xiàng)目背景及意義國(guó)外對(duì)透水性路面（Penetrated Pavement）己研究多年，日本70年代后期為解決“因抽取地下水而引起地基下沉”等問題，提出了“雨水的地下還原政策” 著手開發(fā)透水性混凝土鋪裝，并研究了透水性混凝土鋪裝材料的透水系數(shù)與孔隙率和強(qiáng)度的關(guān)系。玉井元治等在膠結(jié)材中

4、摻用了高分子樹脂和微細(xì)骨料來(lái)制備透水性混凝土。在美國(guó)，透水性混凝土一般不含細(xì)骨料，稱為無(wú)細(xì)集料混凝土。在法國(guó)已廣泛開展用多孔混凝土作路邊排水和硬路肩的試驗(yàn)，相比之下美國(guó)開展的還不夠廣泛。為防止水泥路面唧泥的需要促使其在水泥板與路肩聯(lián)接處鋪設(shè)多孔貧混凝土基層，這種基層也可用來(lái)迅速排除路面結(jié)構(gòu)中的水。Missoux和Merrien兩人用孔隙率為15%30%的透水性混凝土做試驗(yàn)得出，其28天抗壓強(qiáng)度一般在14Mpa以下，滲透率分別為每平方米每秒2. 1和2. 9立方米。Saeki.Nobiru、Tokushiqe.Hidenobu和Kawakami.Makoto等人（2001）研制了一種美觀的可翻轉(zhuǎn)

5、的透水磚。 Abertay Dundee大學(xué)的Wolfram Schluter和Chris Jefferies對(duì)透水性混凝土和排水性能進(jìn)行研究，他們?cè)谔K格蘭中心廣場(chǎng)的皇家銀行鋪筑了透水性混凝土，結(jié)果表明，透水性混凝土對(duì)雨天排水效果很好。法國(guó)des Pouts et Chausses中心實(shí)驗(yàn)室的M. Legret, V. Colandini, C. Le Marc（1990）和J.D.Balades,M. Legret and H. Madiec（1995）對(duì)透水性混凝土的水凈化作用進(jìn)行了研究，他們認(rèn)為透水性混凝土能夠貯存污染性微粒而使它們不能被水沖到地上。透水性混凝土的過濾作用能使懸浮污染粒子

6、濃度下降64%，鉛的濃度下降79%。我國(guó)對(duì)此研究尚處于起步階段。據(jù)有關(guān)資料顯示，目前在透水性路面材料方面有較多的研究和開發(fā)，如國(guó)家863計(jì)劃分配任務(wù)上海交大和東南大學(xué)都在進(jìn)行中；清華大學(xué)在前幾年就研究出透水混凝土材料及透水性路面材料，尚處于起步階段，沒有解決透水性材料的強(qiáng)度問題。施工單位在這方面開發(fā)應(yīng)用的就更少了，經(jīng)調(diào)查上海市黃浦江大橋工程建設(shè)處和上海市市政工程研究院在透水性瀝青混合料方面有應(yīng)用，而對(duì)透水性路面的設(shè)計(jì)和施工等方面的研究很少。近年來(lái)，由于資源與能源的日趨緊張和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的持續(xù)性之間的矛盾不斷加劇，人們開始把目光轉(zhuǎn)移到建筑垃圾（Construction Waste，CD）的資源化

7、利用上。再生混凝土骨料（Recycled Concrete Aggregate， RCA）顆粒棱角多，表面粗糙，組分中還含有硬化水泥砂漿，再加上混凝土塊在破碎過程中因損傷累積在內(nèi)部造成大量微裂紋，導(dǎo)致再生骨料的孔隙率大、吸水率大、堆積密度小、壓碎指標(biāo)高。與普通骨料（原始混凝土骨料或稱基體混凝土骨料（Original Concrete Aggregate，OCA）相比，再生骨料制備的再生骨料混凝土（Recycled Aggregate Concrete，RAC）用水量較大、硬化后的強(qiáng)度低、彈性模量低。所以，國(guó)內(nèi)外對(duì)再生骨料的強(qiáng)化和再生骨料混凝土各方面性能強(qiáng)化的研究越來(lái)越多，日本A1Chl技術(shù)協(xié)會(huì)

8、的S.Nagataki等通過理論分析和試驗(yàn)論證了二次破碎、進(jìn)一步處理再生骨料可以改變材料的微觀外形，并提高骨料的品質(zhì)。日本的三家公司和大阪城市大學(xué)共同研發(fā)了高性能再生骨料，其生產(chǎn)過程分預(yù)處理、碾磨和篩分三個(gè)階段。國(guó)外常用的再生骨料處理方法主要有立式偏心輪高速研磨法、臥式強(qiáng)制研磨法、加熱研磨法以及磨內(nèi)研磨法等幾種方法。這些方法的主要缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜、設(shè)備龐大、動(dòng)力消耗大、設(shè)備磨損大。俄羅斯利用C-3超塑化劑(蔡系產(chǎn)品)、5%濃度的冰醋酸、3%濃度的鹽酸溶液對(duì)再生骨料改性問題進(jìn)行了研究，研究證明，用鹽酸處理再生骨料，不僅提高了混凝土強(qiáng)度，還能改善拌合物的和易性，用此法處理再生骨料制成的混凝土與用天然

9、礫石的混凝土無(wú)異。Tsuji通過在水泥、火山灰溶液或其它化學(xué)漿體中浸泡再生骨料，以提高強(qiáng)度。國(guó)內(nèi)如杜婷等（2002）將水泥和外摻超細(xì)礦物外加劑與水按比例調(diào)成漿液，分別對(duì)再生骨料進(jìn)行浸泡和干燥處理，從而提高強(qiáng)度，經(jīng)過強(qiáng)化的再生骨料可用于配制高強(qiáng)混凝土和自流平高性能混凝土。北方工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院的程海麗等通過用不同濃度的水玻璃溶液對(duì)混凝土再生骨料進(jìn)行不同時(shí)間的浸泡試驗(yàn)，利用水玻璃與再生骨料表面的水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)生成的硅酸鈣膠體能填充再生骨料孔隙，使再生骨料的密實(shí)度有所改善。結(jié)果表明:用濃度為5%的水玻璃溶液浸泡再生骨料1h，對(duì)再生骨料混凝土強(qiáng)度有明顯的提高作用。昆明理工大學(xué)廢棄物資源化

10、國(guó)家工程中心的林志偉（2006）和中南大學(xué)的池漪（2007）采用機(jī)械強(qiáng)化和化學(xué)強(qiáng)化相結(jié)合的方式對(duì)建筑垃圾再生骨料強(qiáng)化進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究，效果良好。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)混凝土性能強(qiáng)化的研究很多，在此值得一提的是，許多研究人員采用磁化水（Magnetized Water，MW）代替自然水拌制混凝土，使混凝土力學(xué)性能特別是強(qiáng)度得到了很大提高，但至今還未見在透水性混凝土路面材料應(yīng)用上的報(bào)道。透水路面材料主要面臨透水性和力學(xué)性能之間的矛盾，孔隙率決定透水性，但是其多孔特性決定了該混合料本身不能提供很大的力學(xué)強(qiáng)度。這就要綜合解決力學(xué)強(qiáng)度和孔隙率這一對(duì)矛盾，這也表明單靠透水路面材料的孔隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)透水性

11、路面材料透水的要求，這就需要我們從透水材料透水微觀機(jī)理入手，找出一種新的高固體表面能親水材料或改變工藝破壞水的表面張力來(lái)實(shí)現(xiàn)在透水材料力學(xué)性能得以保證的前提下滿足透水性能要求。但目前，關(guān)于這方面的研究主要集中在工作性表征、成型工藝、集料影響、減水劑摻入量、礦物細(xì)摻料等對(duì)透水性混凝土各種性能影響的宏觀研究上，對(duì)于透水路面材料透水微觀機(jī)理的研究甚少，本課題就準(zhǔn)備從透水路面材料透水微觀機(jī)理著手，圍繞水表面張力的破壞、力爭(zhēng)找到一種新的高固體表面能親水材料并隨之開展一系列研究工作。2、學(xué)習(xí)及實(shí)踐基礎(chǔ)在重慶三峽學(xué)院土木工程學(xué)院攻讀學(xué)士學(xué)位這一段時(shí)間，系統(tǒng)學(xué)習(xí)了理論力學(xué)、材料力學(xué)、土木工程材料等專業(yè)課程，為

12、試驗(yàn)現(xiàn)象的分析打下了深厚的理論基礎(chǔ)。同時(shí)在相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程及認(rèn)識(shí)課程的實(shí)踐學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)手能力得到了的很大的提高，有能力獨(dú)立或配合團(tuán)隊(duì)完成項(xiàng)目相關(guān)研究?jī)?nèi)容。項(xiàng)目實(shí)施方案（內(nèi)容）、創(chuàng)新點(diǎn)和特色、預(yù)期成果1、項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)流程(1)項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容本項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容如下：透水性混凝土材料的性能研究：主要考慮再生骨料的摻量對(duì)材料力學(xué)性能、孔隙率、透水系數(shù)的影響；透水性混凝土材料力學(xué)性能強(qiáng)化研究：嘗試?yán)么呕嫣烊凰柚苹炷撂岣咄杆月访娌牧狭W(xué)性能；透水性混凝土材料透水微觀機(jī)理研究：研究水表面張力破壞機(jī)理，通過提高固體表面能和適度降低材料表面粗糙度增加透水材料表面

13、親水性能強(qiáng)化透水性能。主要原材料：水、再生骨料、水泥、熟石灰、硅灰外加劑（高效減水劑、糖鈣緩凝劑*等）、堿性激發(fā)劑（NaOH或CaO）等。主要設(shè)備及儀器：萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、球磨機(jī)、試模（2000100100mm）、混凝土攪拌機(jī)、自制透水儀、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱等。 (2)實(shí)驗(yàn)流程計(jì)量 水泥再生骨料石灰硅灰外加劑水拌合透水磚力學(xué)性能測(cè)試透水性能測(cè)試透水機(jī)理研究計(jì)量成型養(yǎng)護(hù)2、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)與特色（1）利用再生骨料代替天然骨料制備透水磚，節(jié)約成本，具有非?，F(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值；（2）提出通過降低水表面張力增加透水磚透水性，并嘗試?yán)么呕孀詠?lái)水制備透水磚并分析其影響系數(shù)。3、預(yù)期成果（1）研制出符合標(biāo)準(zhǔn)的透水磚，確定最佳摻量和最佳工藝；（2）在國(guó)內(nèi)外期刊公開發(fā)表論文1-2篇或研究報(bào)告1份。項(xiàng)目進(jìn)度安排（設(shè)計(jì)、實(shí)施、撰寫報(bào)告或論文、項(xiàng)目驗(yàn)收、論文發(fā)表或成果推廣等）序號(hào)時(shí)間段主要任務(wù)12011.112011.12前期調(diào)研、原料備用、配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)工藝比選22011.122012.6實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)試驗(yàn)研究32012.62012.8理論分析撰寫小論文4201282012.12總結(jié)試驗(yàn)報(bào)告、結(jié)題經(jīng)費(fèi)預(yù)算與用途（材料費(fèi)、資料費(fèi)、調(diào)研費(fèi)等）科目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)（元）備注1、調(diào)