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透水混凝土路面孔隙率与渗透性研究

城镇化是一个国家经济发展程度的重要标志,也是衡量一个国家组织程度与管理水平的重要标志。最新数据统计,2014年我国的城镇化率达到54.77%,城镇化进程取得重大进展,但不得不不承认城市规模的扩张再加上传统的“快速排除”与“末端集中”的城市排水管网设计理念,内涝频发、旱涝急转、径流污染等一系列城市水问题日益凸显, 海绵城市 正是为解决城市雨水资源利用,最大限度实现雨水的积存、渗透与净化而提出的生态绿色雨水收集利用系统。海绵城市倡导以植被浅沟、湿地公园、池塘等绿色基础设施与管道、泵站、处理厂等灰色基础设施相结合的“缓排慢释”与“源头分散”理念。

海绵城市是由一个个具有吸附功能的海绵体构成,它可以有效提高城市的积蓄水能力,保证城市能够在下雨时及时的渗水、蓄水、净水而在需要时能做到将积蓄的水释放并加以利用。城市道路是集水、行水的重要通道,传统思维讲究将降水快速收集并排出道路系统以外,使得城市硬质路面比例大,遇大雨城市防洪压力巨大,水力水文特征明显改变往往旱涝急转。而在海绵城市思维下,K8凯发可以在市区修建 透水混凝土路面 ,将降水实时收集起来而不是急于排到江河中,再将收集的降水供应到各个城市海绵体中供以后的循环利用。透水混凝土的应用是建设海绵城市的有效步骤,其既具有环保价值,有具有经济效益,是建设生态文明城市的重要举措。


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透水混凝土路面孔隙特性:


1、透水混凝土路面的孔隙分类

研究表明,透水混凝土的透水性与其连通孔隙的多少密切相关,混合料的孔隙依是否与外界连通可分为连。可知,连通孔隙是水透过透水混凝土表面层的主要途径,透水性能的好坏主要受连通孔隙率影响。


2、孔隙率与渗透性的关系

研究表明,渗透系数与连通孔隙率存在正比关系,连通孔隙率越大,单位时间内渗透通过混合料的水量也就越大。因此,可以通过测量透水混凝土试件的渗透系数来直观反映路面的孔隙率并以此来衡量道路的透水性能。而孔隙率大的试件理论上开孔孔隙应该也是多的。所以在实验设计上K8凯发将通过确定孔隙率试件的横纵向渗流速度来确定透水路面的渗透性。


3、不同渗流量下的渗流速度分析

通过在70#壳牌基质沥青中添加增粘剂制取黏性沥青,石料为石灰岩,进行马歇尔实验,确定OGFC-13的最佳沥青用量为4.3%。通过变换沥青粘度、成型温度等试验条件,成型不同实验条件下的马歇尔试件并测量其孔隙率。选取具有孔隙率梯度的试件,测量其不同流量供给下的横纵向渗流速度。

按图示组装好实验仪器尽心渗流实验,为防止水从试件侧面流过而影响真实数据,实验前应在试件上下底面的边沿涂一层黄油,为了真实模拟横坡对路面渗流的影响,考虑到马歇尔试件的直径为100mm,故在试件的一侧要垫高2mm。控制调整控流阀的流速分别为50ml/min、100mm/min、200mm/min。待水流稳定后分别记录60s两量筒内的水增量,多次试验取平均值记录实验结果如表2所示。

可知,当渗流速度为50mm/min时,纵向渗流量随孔隙率的增大而明显减小,横向渗流量随孔隙率的增大而明显增加;当渗流速度达到100mm/min和200mm/min时,横纵向渗流量随孔隙率的增大改变不明显,基本上保持恒定。随渗流量的增大,横纵向在单位时间内的渗流值是呈增大的趋势。分析其原因可归纳为:当渗流量较小时,受到混合料矿料颗粒的阻力影响,且横向流动距离比较近,水明显的流向阻力偏小的方向,孔隙率越大这种现象就越明显。而当渗流量明显增大后,在水的纵向压力及自重作用下,水流表现为更容易向纵向流动,渗流作用受孔隙率的影响逐渐降低。

试件的渗流纵横向比在渗流量较小时,随孔隙率的增大而呈明显减小,而随着渗流量的逐渐增大,纵横向比逐渐趋于稳定,数值大概在1.5左右。分析原因可归纳为:当流速较小时,试件中水流为紊流状态,纵横向渗流量随孔隙率的影响较大;而当流速逐渐增大后,试件中的水流逐渐趋于平稳,纵横向渗流量随空隙率的影响变小且比值趋于1.5左右。


4、塞堵物对渗流的影响

透水混凝土修建完成后随着服役使用,自然环境中的各种颗粒必然会随着流水对对路面起到塞堵作用,起到塞堵作用的颗粒很多包括各种粉尘黏土、车轮磨损橡胶颗粒及路表压碎集料等。塞堵颗粒的粒径将对渗流效果产生不同的影响,为了探究这种影响,本文用不同颗粒粒径的塞堵物对塞堵前后的OGFC-13渗流效果进行车辙板的渗水性测定实验。塞堵物的粒径分别取1.18~2.36mm、0.6~1.18mm、0.3~0.6mm、0.15~0.6mm,塞堵物质量取12g。

可知,试件在被不同粒径塞堵后,其渗流量均有不同程度的折减,但折减程度略有不同,1.18~2.36mm及0.3~0.6mm粒径在塞堵前后的渗流量相差较大,而0.6~1.18mm及0.15~0.3mm粒径在塞堵前后的渗流量相差略小。分析原因可归纳为(1)1.18~2.36mm粒径的塞堵物因粒径较大,较难随水流进入连通孔隙内部,都塞堵在试件的表面且嵌挤情况良好,阻碍了水往内部孔隙的渗流,造成了混合料的表层堵塞;(2)0.3~0.6mm粒径的塞堵物较易进入连通孔隙内,但在移动过程中受连通孔隙内径的变化,在内径较小的地方容易塞堵留滞,较难从连通孔隙内流出,逐渐累积易于造成内部孔隙的堵塞;(3)0.6~1.18mm粒径的塞堵物介于外部堵塞与内部堵塞孔隙粒径之间,使得既有一部分颗粒进入孔隙内部,又有一部分颗粒停留在表面,但对孔隙都难以做到完全堵塞,水流仍可从内部孔隙通过;(4)0.15~0.3mm粒径的塞堵物因粒径较小,在水流作用下很容易通过连通孔隙自由流出,不会造成连通孔隙的堵塞。


结论

通过研究可知,透水混凝土路面的渗透性与孔隙率及路面塞堵物密切相关,因此,为保证透水混凝土路面渗透性的持续,为建设海绵城市提供充裕的水资源对透水混凝土路面提出以下意见和建议:

路面的透水性与沥青混合料路面的孔隙率密切相关,为保证路面的透水性良好,可适当提高路面的孔隙率从而有效改善路面的透水性能及防堵塞性能;在级配设计中,使用粗级配也能有效的提高混合料的透水性能。

所采用的集料应具有足够的强度,防止施工中挤压破碎堵塞路面孔隙,所采用的沥青应具有足够的黏性,防止矿料在与空气及水的接触中,引起矿料的剥离老化;施工中应注意保持料的清洁,防止粉尘的混入堵塞路面空隙。

透水混凝土修建通车后,应用道路清扫车及洒水车等定期进行路面的清理工作,有效减轻塞堵物对路面开孔空隙的塞堵,保证路面的渗水能力。


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