CN110258235A - 一种防堵塞透水混凝土路面结构及其应用 - Google Patents

一种防堵塞透水混凝土路面结构及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种防堵塞透水混凝土路面结构及其应用。所述防堵塞透水混凝土路面结构，其特征在于，自上而下依次包括：透水混凝土表面保护层、透水土工布、透水混凝土承载层；所述透水土工布铺设于透水混凝土承载层之上，透水混凝土表面保护层铺设于透水土工布之上。所述透水混凝土表面保护层初步过滤细小颗粒，防止土工布磨损，并将路面受到的荷载传递到透水混凝土承载层。透水土工布具有过滤水中流土颗粒，防止透水混凝土承载层堵塞的作用，保障水流在透水混凝土承载层中顺利通过，延长透水混凝土承载层的使用寿命；透水混凝土承载层负责承受路面上行人与非机动车的荷载。

Description

一种防堵塞透水混凝土路面结构及其应用
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种防堵塞透水混凝土路面结构及其应用。
背景技术
本发明背景技术公开的信息仅仅旨在增加对本发明总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着城市化进程不断加快，街区面积的扩大带来的不可渗透面积增加，城市下水道系统改造导致大自然排水方式的变化，硬化路面的低透水性改变了自然环境的组成、结构和功能，改变了自然状态下降水、蒸发、产流、汇流、入渗、排泄等城市水循环过程。随着全球温室效应不断升级，近些年全国范围内暴雨灾害发生率明显提升，而城市内大面积的硬化路面阻止了雨水的下渗，导致地面径流量骤然增加产生城市洪水。
透水混凝土在道路上的广泛应用增加了雨水的下渗，将一部分地表径流转化为地下径流，减轻了城市排水系统的负担，并且具有提高城市雨洪利用率，减轻城市热岛效应，降低轮胎与路面相互作用产生的噪音以及限制进入地下水的有机和无机污染物的量等特点。透水混凝土因其内部存在的大量孔隙而比普通混凝土的透水性更强，而堵塞造成的渗透率降低是多孔透水混凝土所面临的最主要问题。悬浮在雨水径流中的固体物质(如细沙、有机细颗粒等)会进入透水孔隙，导致孔隙堵塞，渗透率逐渐降低，从而降低了透水混凝土路面的使用寿命。
发明内容
针对上述的现有技术中存在的问题，本发明旨在于提供一种防堵塞透水混凝土路面结构及其应用，以尽量减少堵塞对于混凝土透水性的影响，延长透水混凝土的使用寿命并降低后期维护成本。
本发明第一目的，提供一种防堵塞透水混凝土路面结构。
本发明第二目的，提供所述防堵塞透水混凝土路面结构的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开了一种防堵塞透水混凝土路面结构，自上而下依次包括：透水混凝土表面保护层、透水土工布、透水混凝土承载层；所述透水土工布铺设于透水混凝土承载层之上，透水混凝土表面保护层铺设于透水土工布之上。
本发明的这种防堵塞透水混凝土路面结构的特点是：透水混凝土表面保护层覆盖于透水土工布之上，初步过滤细小颗粒，防止土工布磨损，并将路面受到的荷载传递到透水混凝土承载层。透水土工布具有过滤水中流土颗粒，防止透水混凝土承载层堵塞的作用，保障水流在透水混凝土承载层中顺利通过，延长透水混凝土承载层的使用寿命；透水混凝土承载层负责承受路面上行人与非机动车的荷载，由于上层的透水混凝土表面保护层与透水土工布对下渗雨水的过滤作用，使渗透下来的水顺利通过透水混凝土承载层并最终被收集起来，提高雨洪利用率，降低城市洪水风险。
作为进一步的技术方案，所述透水土工布类型为针刺无纺土工布，可选地，其规格为150-200g/m2。
作为进一步的技术方案，所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥85-120份，石子230-270份，粗砂80-95份，硅灰或粉煤灰7-12份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液7-13份，聚乙烯纤维0.1-0.3份，水25-35份，减水剂0.9-1.3份。
作为进一步的技术方案，所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥95-110份，石子230-250份，粗砂85-90份，硅灰或粉煤灰8-10份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液9-12份，聚乙烯纤维0.2-0.3份，水30-35份，减水剂0.9-1.2份。当各组分含量处在上述范围内时，得到的透水混凝土具有良好的透水性能。
作为进一步的技术方案，所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥100份，石子240份，粗砂90份，硅灰或粉煤灰10份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液10份，聚乙烯纤维0.26份，水 30份，减水剂1份。当各组分为上述含量时，得到的透水混凝土的透水性能优异。
所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层的制备方法为：将组分混合后制成浆液，然后浇注，常规条件下养护，即得。
作为进一步的技术方案，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
作为进一步的技术方案，所述硅灰的成分为非结晶二氧化硅。
作为进一步的技术方案，所述粗砂粒径为0.6-1.18mm。
作为进一步的技术方案，所述石子粒径为4.75-9.5mm。
作为进一步的技术方案，所述硅灰、粗砂、石子均选择相同的单一级配，这样可以在骨料骨架内形成大量连通孔，得到具有良好渗透率的透水混凝土，渗透率最高可达10mm/s。
最后，本发明公开所述防堵塞透水混凝土路面结构在道路交通领域中的应用。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明采用的透水混凝土依靠单一级配的粗骨料显著提高了孔隙率，在内部形成多孔结构，增强了透水混凝土的透水性。
(2)本发明利用针刺无纺土工布增强建筑结构的稳定性，有效隔离透水混凝土表面保护层与透水混凝土承载层，防止了材料间流失、混杂的现象，有利于保持材料的整体结构和功能，提高了整体的承载能力。
(3)本发明所采用的针刺无纺土工布表面柔软多间隙，当水由透水混凝土表面保护层流入透水混凝土承载层时，利用针刺无纺土工布良好的透水性，使水流通过，同时有效地隔离流土颗粒，细沙、小石料等，以保持透水通道的畅通，起到提高透水混凝土整体防堵塞能力的作用；透水土工布所拦截的流土颗粒可通过后期的清水冲洗等方式去除，将大大降低后期的维护成本。
(4)本发明中透水混凝土表面保护层厚度小于透水混凝土承载层厚度，透水混凝土表面保护层既能初步过滤下渗雨水中携带的细小颗粒，减轻透水土工布的过滤压力，又能保护透水土工布免受直接暴露于路面而遭受到的破坏；较厚的透水混凝土承载层有强承载能力，可承受路面上行人与非机动车的荷载，由于上层结构透水混凝土表面保护层与透水土工布对下渗雨水的过滤作用，使渗透下来的水顺利通过透水混凝土承载层从而收集起来，提高雨洪利用率，降低城市洪水风险。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1中防堵塞透水混凝土路面结构的结构示意图，其中，标记1代表透水混凝土表面保护层，标记2代表透水土工布，标记3代表透水混凝土承载层。
图2中本发明实施例效果测中试件的实物图，从左往右依次为长度、宽度、高度。
图3为本发明实施例效果测中A组试件的CT扫描图以及纵向切片位置。
图4为图3中切片500位置的CT扫描图，从左往右依次为原始图、灰度图、阈值分割图。
图5为图3中切片300位置的CT扫描图，从左往右依次为原始图、灰度图、阈值分割图。
图6为图3中切片800位置的CT扫描图，从左往右依次为原始图、灰度图、阈值分割图。
图7为本发明实施例效果测中A组试件的CT扫描图以及横向切片位置。
图8为图7中切片850位置的CT扫描图，从左往右依次为原始图、灰度图、阈值分割图。
图9为图7中切片800位置的CT扫描图，从左往右依次为原始图、灰度图、阈值分割图。
图10为图7中切片600位置的CT扫描图，从左往右依次为原始图、灰度图、阈值分割图。
图11为本发明实施例效果测中A组试件空间方向上的CT扫描图。
图12为本发明实施例效果测中B组试件的CT扫描图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所述，悬浮在雨水径流中的固体物质(如细沙、有机细颗粒等)会进入透水孔隙，导致孔隙堵塞，渗透率逐渐降低，从而降低了透水混凝土路面的使用寿命。因此，本发明提出一种防堵塞透水混凝土路面结构；现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。
实施例1
一种防堵塞透水混凝土路面结构，参考图1，自上而下依次包括：透水混凝土表面保护层1、透水土工布2、透水混凝土承载层3；所述透水土工布2 铺设于透水混凝土承载层3之上，所述透水混凝土表面保护层1铺设于透水土工布2之上。
在水流流经透水混凝土表面保护层1时，会沿透水通道下渗，而水流中可能存在的流土颗粒一部分会滞留在透水混凝土表面保护层1中，其余部分则会被透水土工布2拦截。而水流则会穿过透水土工布2，沿透水混凝土承载层3 的透水通道继续下渗，从而提高了透水混凝土的整体防堵塞能力的作用。
实施例2
一种防堵塞透水混凝土路面结构，同实施例1，区别在于：所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥 100份，石子240份，粗砂90份，硅灰10份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液10份，聚乙烯纤维0.26份，水30份，减水剂1份。其中，水泥为R042.5水泥。硅灰成分为非结晶二氧化硅。粗砂粒径处在0.6-1.18mm之间。石子粒径处在 4.75-9.5mm之间。所述硅灰、粗砂、石子均选择同种、单一级配，这样可以在骨料骨架内形成大量连通孔，得到具有良好渗透率的透水混凝土，渗透率高达 10mm/s，而且由于采用了同种、单一级配的粗骨料，因此透水混凝土表面保护层1与透水混凝土承载层3具有相同的孔隙尺寸。所述透水土工布2为针刺无纺土工布，其规格为150-200g/m2。
实施例3
一种防堵塞透水混凝土路面结构，同实施例1，区别在于：所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥 95份，石子230份，粗砂90份，硅灰8份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液12份，聚乙烯纤维0.3份，水35份，减水剂1.2份。其中，水泥为R042.5水泥。硅灰成分为非结晶二氧化硅。粗砂粒径为0.6-1.18mm。石子粒径为4.75-9.5mm。所述硅灰、粗砂、石子均选择同种、单一级配，这样可以在骨料骨架内形成大量连通孔，得到具有良好渗透率的透水混凝土。所述透水土工布2为针刺无纺土工布，其规格为150-200g/m2。
实施例4
一种防堵塞透水混凝土路面结构，同实施例1，区别在于：所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥 110份，石子250份，粗砂85份，粉煤灰7份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液9份，聚乙烯纤维0.2份，水25份，减水剂0.9份。其中，水泥为R042.5水泥。粗砂粒径为0.6-1.18mm。石子粒径为4.75-9.5mm。所述粉煤灰、粗砂、石子均选择同种、单一级配，这样可以在骨料骨架内形成大量连通孔，得到具有良好渗透率的透水混凝土。所述透水土工布2为针刺无纺土工布，其规格为150-200g/m2。
实施例5
一种防堵塞透水混凝土路面结构，同实施例1，区别在于：所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥 120份，石子270份，粗砂80份，粉煤灰12份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液7 份，聚乙烯纤维0.1份，水30份，减水剂1.3份。其中，水泥为R042.5水泥。粗砂粒径为0.6-1.18mm。石子粒径为4.75-9.5mm。所述粉煤灰、粗砂、石子均选择同种、单一级配，这样可以在骨料骨架内形成大量连通孔，得到具有良好渗透率的透水混凝土。所述透水土工布2为针刺无纺土工布，其规格为 150-200g/m2。
实施例6
一种防堵塞透水混凝土路面结构，同实施例1，区别在于：所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥 85份，石子230份，粗砂95份，粉煤灰8份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液13份，聚乙烯纤维0.2份，水30份，减水剂1.0份。其中，水泥为R042.5水泥。粗砂粒径为0.6-1.18mm。石子粒径为4.75-9.5mm。所述粉煤灰、粗砂、石子均选择同种、单一级配，这样可以在骨料骨架内形成大量连通孔，得到具有良好渗透率的透水混凝土。所述透水土工布2为针刺无纺土工布，其规格为 150-200g/m2。
效果测试：
为了证明土工布对于透水混凝土的防堵塞效果，现设置两组试件，A组试件不做任何处理，B组试件的表面用与实施例2相同的土工布进行包裹，然后用同种细土均匀泼洒于A、B两组试件表面，分别通过工业CT进行切片扫描，旨在通过切片分析反映沙粒对于混凝土试件的堵塞影响，具体试验设置见表1。
表1
目标孔隙率 是否土工布包裹
A组试件 25％ 否
B组试件 25％ 是
(1)如图2所示，测得试块的真实尺寸为长3.5cm，宽4cm，高6cm。
(2)A组试块的观测图如附图2-11所示，计算可得A组试块的的3D孔隙率为23.2％。对比考虑进空气的3D孔隙率为29.5％，堵塞深度为3cm。假设空气体积为y，根据孔隙率计算公式可得孔隙率为23.2％，可计算得到空气体积为8.63％。因此堵塞土体积占透水混凝土总体积的比值为4.38％，占孔隙的体积比值为17.24％。
(3)B组试块的观测图如附图12所示，可以看出，由于因为外部包裹土工布，极大地降低了细土沙粒侵蚀进入的可能性，该B试件没有发生堵塞。
最终将A、B两组试件的测试结果汇总，如表2所示：
表2
从表2可以看出：试验后，A组试件内部堵塞土体积占透水混凝土总体积的4.38％，堵塞土体积占孔隙体积的17.24％，严重影响了透水混凝土的透水效果；而土工布保护下的B组试件混凝土内部几乎观测不到堵塞土的存在，相较于A组试件，B组试件的使用寿命更为持久，后期维护成本也会大大降低。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防堵塞透水混凝土路面结构，其特征在于，自上而下依次包括：透水混凝土表面保护层、透水土工布、透水混凝土承载层；所述透水土工布铺设于透水混凝土承载层之上，透水混凝土表面保护层铺设于透水土工布之上。
2.如权利要求1所述的防堵塞透水混凝土路面结构，其特征在于，所述透水土工布类型为针刺无纺土工布，可选地，其规格为150-200g/m2。
3.如权利要求1所述的防堵塞透水混凝土路面结构，其特征在于，所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥85-120份，石子230-270份，粗砂80-95份，硅灰或粉煤灰7-12份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液7-13份，聚乙烯纤维0.1-0.3份，水25-35份，减水剂0.9-1.3份。
4.如权利要求1所述的防堵塞透水混凝土路面结构，其特征在于，所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥95-110份，石子230-250份，粗砂85-90份，硅灰或粉煤灰8-10份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液9-12份，聚乙烯纤维0.2-0.3份，水30-35份，减水剂0.9-1.2份。
5.如权利要求1所述的防堵塞透水混凝土路面结构，其特征在于，所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层均由下列组分复配而成：按重量份计，水泥100份，石子240份，粗砂90份，硅灰或粉煤灰10份，醋酸乙烯-乙烯共聚乳液10份，聚乙烯纤维0.26份，水30份，减水剂1份。
6.如权利要求1-5任一项所述的防堵塞透水混凝土路面结构，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
7.如权利要求1-5任一项所述的防堵塞透水混凝土路面结构，其特征在于，所述硅灰的成分为非结晶二氧化硅；优选地，所述粗砂粒径为0.6-1.18mm。
8.如权利要求1-5任一项所述的防堵塞透水混凝土路面结构，其特征在于，所述石子粒径为4.75-9.5mm，优选地，所述硅灰、粗砂、石子均选择相同的单一级配。
9.如权利要求3-5任一项所述的防堵塞透水混凝土路面结构，其特征在于，所述透水混凝土表面保护层、透水混凝土承载层的制备方法，包括如下步骤：将组分混合后制成浆液，然后浇注，养护，即得。
10.如权利要求1-8任一项所述的防堵塞透水混凝土路面结构在道路交通领域中的应用。
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