学位论文之透水性人行道结构的研究(pdf 73页).pdf

同济大学交通运输工程学院 硕士学位论文 透水性人行道结构的研究 姓名 李晓磊 申请学位级别 硕士 专业 交通运输工程 指导教师 郭忠印 姜爱锋 20080101 摘要 摘要 创建和谐社会是时代发展所提出的要求 而生态城区是创建和谐社会的重要 内容 目前 全国各地很多城市都提出建设生态城区的目标 于是 推广建设透 水性人行道的要求便应运而生 本文通过对透水性人行道结构组合研究和各结构 层中材料配合比的设计研究 提出了一套完整的透水性人行道设计 施工 验收 方法和标准 对今后推广实施该类人行道具有很强的可操作性 本文的关键节点是确立集保水 透水 渗水 排水于一体的人行道结构组合 形式 文章对透水砖 排水基层材料提出了相关的技术指标及控制数值 并结合 土基模量和可能出现的车辆荷载大小等因素来确定基层厚度的选择原则 提出了 结构层中渗 排水系统的设置方案及各结构层的施工工艺 文章还根据实际情况 制定了透水性人行道施工的质量控制和验收方法 并对透水性人行道进行了经济 性分析 与各类人行道进行了经济比对 最后 文章就透水性人行道的应用前景 进行了展望 结合本文研究成果 选取浦东新区川沙路和灵山路分别进行了透水性人行道 现场铺筑试验 经过试验入行道的铺筑和现场测试发现 在中 小雨条件下 可 以达到雨水在人行道表面原地渗透而不漫流的目标 大大改善了行人的步行环 境 最为重要的是 部分雨水可以保存在结构层中或渗入土壤之中 补充了地下 水 从而改善了周围植物生长环境 又能降低城市热岛效应 还在一定程度上减 轻了城市排水管道的排水压力 收到了良好的综合效益 这是完全满足生态城市 发展需求的 关键词 透水性 人行道 生态城区 材料组成设计方法 结构分析 A b s t r a c t A b s t r a c t I ti st h ea g er e q u i r e m e n tf o re s t a b l i s h i n gh a r m o n i o u ss o c i e t y w h i l ee c o l o g i c a l u r b a na r e ai st h ek e yc o n t e n to fe s t a b l i s h i n gh a r m o n i O U Ss o c i e t y M a n yc i t i e sr e c e n t l y h a v ep u tf o r w a r dt h et a r g e to fb u i l d i n ge c o l o g i c a lu r b a na r e a w h i c hb r i n g st h e r e q u m e n t so fd e v e l o p i n gt h ep e r m e a b l es i d e w a l k T 1 1 i sp a p e rp u t sf o r w a r das e t0 f e n t i r ed e s i g n c o n s t r u c t i o n t e s tm e t h o da n ds t a I l d a r do fp e r m e a b l es i d e w a yt h r o u g ht h e s t u d yo nt h ep e r m e a b l es i d e w a l ks t r u c t u r ec o m p o u n da n dt h em a t e r i a lp r o p o r t i o n d e s i g no fe v e r ys t r u c t u r el a y e r w h i c hh a ss t r o n g l ye x e r c i s a b l es i g n i f i c a n c ef o r g e n e r a l i z i n gt h i sk i n do fs i d e w a yi nt h ef u t u r e T h ek e yp r o b l e m so ft h i sP a D 0 1 a r et h ea s s u r a n c eo ft h es i d e w a ys t r u c t u r e c o m p o u n ds t y l ew h i c hc a nr e s e r v e i n f i l t r a t e s e e pa n dd r a i nW a t e r T h ep a p e rs u g g e s t s t h et e c h n i c a li n d e xa n dc o n t r o ls p e c i f i c a t i o n so nt h ep e r m e a b l eb r i c ka n dp e r m e a b l e b a s em a t e r i a l I ta l S Op u t sf o r w a r d st h es e t u pm e t h o do fi n f i l t r a t i n ga n dd r a i n i n gw a t e r s y s t e mi nt h es t r u c t u r el a y e r sa n dc o n s t r u c t i o nt e c h n i q u eo fs t r u c t u r el a y e r sc o m b i n e d w i t hc o n f i r m i n gt h eb a s et h i c k n e s sc h o i c ep r i n c i p l e sb a s e do ns o i lm o d u l u sa n dt h e s i z eo fp r o b a b l el o a d T h ep a p e rs e t sd o w nt h ec o n s t r u c t i o nq u a l i t yc o n t r o la n dt e s t m e t h o d so fp e r m e a b l es i d e w a l kb a s e do nt h ep r a c t i c ei s s u e a n a l y s i n gt h ee c o n o m i c i n d e xo fp e r m e a b l es i d e w a l kc o m p a r e dw i t ho t h e rk i n do fs i d e w a l k F i n a l l y t h ep a p e r i m a g i n e st h ep e r m e a b l es i d e w a l ka p p l i c a t i o np r o s p e c t C h u a n s h a R o a da n dL i n g s h a nR o a d w h i c ha r ei nN e wP u d o n gA r e a a r ec h o s e n f o rt h ep e r m e a b l es i d e w a l kc o n s t r u c t i o ne x p e r i m e n tb a s e d0 1 1t h es t u d ya c h i e v e m e n to f t h i sp a p e r I ti sd i s c o v e r e dt h a tt h er a i nw a t e rC a l li n f i l t r a t ei nt h eo r i g i n a ls i d e w a l k g r o u n dw i t h o u ts u r f a c ef l e ef l o wu n d e rt h ec o n d i t i o no fm i d d l e s m a l lr a i nw i t ht h e e p e r i m e n t a ls i d e w a l kc o n s t r u c t i o na n dt e s ti ns i t e w h i c hi m p r o v e sf o o tp a s s e n g e r s w a l ke n v i r o n m e n tg r e a t l y M o r ei m p o r t a n t l y p a r to fr a i n f a l lr e s e r v e di nt h es t r u c t u r e l a y e r so ri n f i l t r a t i n gi n t ot h es o i lC a ns u p p l yf o rt h eg r o u n dw a t e rt oi m p r o v ep l a n t g r o w i n ge n v i r o n m e n ta r o u n d t or e d u c et h ec i t yh o ti s l a n de f f e c t a n dt ol i g h t e nt h e d r a i n a g ep r e s s u r eo fc i t yd r a i n a g ep i p e s w h i c hw i n sg o o dg e n e r a lb e n e f i ta n ds a t i s f i e s t h ed e v e l o p m e n tr e q u i r e m e n to fe c o l o g i c a lc i t yf u l l y K e yW o r d s p e r m e a b i l i t y s i d e w a l k e c o l o g i c a lu r b a na r e a m a t e r i a lc o m p o s i t i o n d e s i g nm e t h o d s t r u c t u r a la n a l y s i s 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集 保存 使用学位论文的规定 同意如下各项内容 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版 并采用影印 缩印 扫描 数字化或其它手段保存论文 学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版 在不以赢利为目的的前 提下 学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动 学位论文作者签名 年月日 经指导教师同意 本学位论文属于保密 在年解密后适用 本授权书 指导教师签名 学位论文作者签名 年月 日年月日 声明尸明 本人郑重声明 本论文是在导师的指导下 独立进行研究工作所取 得的成果 撰写成硕士学位论文 透水性人行道结构的研究 除论 文中已经注明引用的内容外 对论文的研究做出重要贡献的个人和集 体 均己在文中以明确方式标明 本论文中不包含任何未加明确注明 的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成果 本声明的法律责任由本人承担 学位论文作者签名 年月日 第i 章前言 第1 章前言 1 1 国内外研究现状及趋势 随着城市化不断发展 原本富含生态系区域内的地面被大量不透水的建筑 物 道路等构造物所覆盖 造成林地 湿地等地表蓄水面积不断减少 增加了地 表径流及排水系统负担 导致一定范围内的水文 气温等自然因素发生变化 原 区域内动植物生长环境和生物的多样性产生恶化 世界各国都非常重视对生态环境的研究 力求寻找解决生态环境与发展问题 的良策 在1 9 8 7 年前苏联生态学家O Y a n i t sk y 就提出了生态城市 E c o p o l i s 或E c o v i l l e 这一概念 生态城市应是资源高效利用 环境和谐 经济高效 发 展持续 社会一自然一经济以及人与自然和谐统一的人类居住区 生态城市规划是生态城市建设的保障 1 9 8 4 年 联合国在其 人与生物圈 加B A 报告中提出了生态城市规划的5 项原则 1 生态保护战略 2 生态基础设 施 3 居民的生活标准 4 文化历史的保护 5 将自然融入城市 在生态城市规 划上 应考虑四个基本问题 即人口问题 资源合理利用问题 经济发展问题和 环境污染问题 在我国 上世纪8 0 年代末开始实行 城考 制度 9 0 年代初推广实行生态 示范区 到1 9 9 7 年开始创建环境保护模范城市 而最近又提出建立生态城市 生态省的目标 目前 国内一些主要的城市以及部分省份已提出了建立生态城市 或省的目标 而进行生态城市 以及省 示范区 规划正是实现这一目标的必要 途径 其中 深圳 广州 哈尔滨 乌鲁木齐 杭州 绍兴 佛山 厦门 青岛 等城市都已经进行或正在进行生态城市规划 同时 国家环保总局又把海南 吉 林 黑龙江列为全国重点建设的生态省 这些都意味着我国环境可持续建设将进 入一个新的发展阶段 城市道路是城市规划 建设的重要组成部分 也是考量生态城市建设的内容 之一 而人行道又是城市道路中不可或缺的主要成员之一 其功能性和结构性的 使用品质会直接影响到城市景观 生态和使用寿命 以往传统的人行道结构设计 施工方法都会导致一旦水从人行道面板间缝隙 或板的断裂缝隙 中渗入后无法 第1 章前言 排除 对人行道下承结构的承载能力产生影响 最终出现人行道板的翘曲 断裂 松动 沉陷等问题 表面时常有唧泥 积水 不平整等现象 从而减弱 或失去 人行道的使用品质 或基本功能 对此 世界许多国家和地区对人行道在考虑 城市生态和使用品质的基础上 都在对其结构 材料 施工等方面进行大量的研 究和探索 为了解决人行道的常见弊病 按照排水路面设计的思想 在人行道的设计过 程中 将其设计成既保证一定强度又具有透水 渗水 排水功能的结构 即所谓 的透水性人行道 此结构具有 1 减轻路面排水系统负担 2 消除道面积水 增 强道面抗滑能力 提供安全 优质的步行条件 3 改善周围植物生长土壤环境 调整生态平衡 4 补充地下水份 有助于水资源循环利用 5 降低城市热岛效 应 减少能源消耗 6 延长使用寿命等众多优点 根据品岱股份有限公司资料介绍 透水面积每增加1 0 环境温度就会降低 O 2 5 尖峰用电减少1 5 日本东京建设局早在1 9 7 3 年就建立了3 个人行道透水铺面的试验区 到1 9 9 9 年已累计完成1 0 0 0 万廿的施工面积 2 0 0 5 年日本爱知世博会区域的人行道 广 场等全都采用透水性材料铺面 我国台湾省台南市为落实生物多样性保育与永续 发展 减少公共工程对自然环境造成伤害 在1 9 9 3 年5 月就制定 公共工程生 态工法都市设计原则 在其道路生态工法原则中规定 车道和人行道路面应尽 可能使用透水材料或透水设计 使雨水直接渗透至地下土壤 因此 在通过大量 试验研究的基础上 2 0 0 3 年7 月由台北市政府工务局在台北市西安街铺设了台 湾地区第一条透水性人行道 2 0 0 4 年9 月行政院工程会制定年底台湾完成1 9 l 万m z 以上透水性人行道铺面的计划 目前 我国大陆多个城市都在大力推广使用透水式人行道 例 北京 福州 青岛 深圳等正在进行大量人行道的新建和翻修工作 但各地使用透水式人行道 的结构 材料 施工等都各不相同 大家都在不断的探索和总结 因此 对于大 陆来说此项工作属刚起步阶段 目前已修筑透水性人行道表面的雨水主要靠砖与砖之间的接缝来渗透 而本 项目的特点是人行道表面的雨水不仅靠砖与砖之间的接缝来渗透 而且每块砖的 2 第1 章前言 表面都具备透水功能 另外 在人行道下每隔一定距离 一般按咖喱井间距约4 0 米 设置一个渗水井 以利于增加雨水对地下水的补给 铺设透水式人行道是生态城市建设发展的一个趋势和方向 虽然全国各地都 在研究和试验 但国内还没有明确有关的材料 设计 施工 检验 验收评定等 各方面全套的规范 规程和技术标准 本项目想通过一些试验 室内 室外 研 究来摸索和总结部分经验和成果 为今后规范 规程和标准的制定 工程的实际 使用提供有益的参考和借鉴 1 2 研究目标 根据目前浦东地区的实际情况 降雨量 土质情况等 结合生态城市建设的 方向进行本课题的研究 最终完成下列各项目标 1 提出具有保水 透水 渗水 排水一体化功能的透水性人行道面结构 2 提出不同使用场合所采用不同结构层的组合方式 3 提出结构层内部透水层材料的组成设计方法 4 提出结构层内部透 渗 排水系统的布设方法 5 提出透水性人行道结构材料 施工 验收等方面的指标和工艺 1 3 研究主要内容及关键技术 1 3 1 主要内容 1 排水基层材料配合比组成设计 确定合理的配合比 使基层材料既能满足一定的强度要求 又能保证一 定空隙率的需求 2 透水路面砖技术指标控制 透水路面砖材料配合比进行试验研究确定 使其既能满足一定的强度 又能具有一定保水 透水能力的路面砖 3 试验路的铺筑及测试 选择合适的路段进行试验段的铺筑 在铺筑过程中主要解决渗 排水系 统的布设 基层的施工工艺 透水面砖铺装工艺以及现场透 排水性能的测 试 3 第1 章前言 1 3 2 关键技术 1 透水性人行道结构组成 结构性 降雨强度与表面渗入系数关系 功能性 2 各结构层材料的检测指标和技术标准 3 各结构层的材料组成 测试计算方法 4 第2 章透水人行道面结构 第2 章透水人行道面结构 目前 我国一般人行道设计只是套用一些标准铺面结构图 而对于透水性人 行道结构属初步研究阶段 所以还没有标准的理论分析和设计方法 它不仅要让 雨水迅速排除 而且还要具有足够的承载能力 有时会出现不同轴载的车辆在人 行道上经过或停放 在就需人行道面对不同的荷载情况而分别进行结构设计和分 析 本研究是参照联锁块铺面设计方法 当前 用于联锁块铺面结构进行力学分 析的理论主要有 1 弹性层理论 2 有限元分析方法 3 弹性半空间理论 4 板的断裂理论 根据以往经验 对于常用的铺面结构 用弹性层状体理论分析的 结果与用有限元分析方法所得的结果比较接近 可以满足工程精度要求 因此 本研究采用弹性层状体计算程序B I S A R3 0 进行结构计算分析 2 1 结构方案 2 1 1 典型联锁块路面结构 联锁块路面结构主要有四个层次 即联锁块层 砂垫层 基层和路基 如图 2 1 所示 图2 1 联锁块铺面典型结构图 1 联锁块层 它是联锁块路面区别与其它路面结构的主要层次 块体一般长度为 2 0 0 2 5 0 m m 宽度为1 0 0 1 5 5 m m 长宽比通常都为2 l 厚度多数为6 0 l O O m m 对 5 PE管材 第2 章透水人行道面结构 于混凝土块的强度 从结构上并无严格要求 只是从耐磨的角度对其抗压强度予 以限制 在港区铺面上 强度一般要求大于5 0 M P a 人行道通常强度取用3 0 l l P a 联锁块路面在荷载作用下 块体不是单独地承受荷载 而是相互联锁地作为 一个整体扩散荷载 也就是说 联锁块层不仅起到磨耗层的作用 而且还起到结 构层的作用 2 砂垫层 砂垫层主要是起整平层的作用 为面层形成紧密嵌锁提供必要的条件 对于 砂垫层的厚度 英国研究人员B a r b e r 和K n a p t o nJ 认为 在使用初期的永久变 形积累中 绝大部分产生于砂垫层 砂层越厚 永久变形也就越大 砂垫层厚度 的取用范围为3 0 7 0 m 通常采用3 0 m m 3 基层和路基 除了联锁块层和砂垫层外 联锁块路面的其它结构层与一般沥青路面几乎没 有区别 沥青路面中所用的基层材料都可用于联锁块路面 在荷载很大或土基条 件较差的地方 在基层下可设置垫层 其质量要求与沥青路面相同 在联锁块路 面中 路基土也是重要的组成部分 4 边缘约束 对联锁块铺面而言 边缘约束是必要的 其主要起到将限制联锁块在荷载作 用下的侧向位移 以保证各块体间的嵌锁 同时也起到防止垫层砂在雨水作用下 的流失 2 1 2 透水人行道面结构方案 透水人行道面结构如图2 2 所示 主要包括 透水面砖 砂垫层 排水基层 碎石垫层 土路基五大部分 另外有盲沟 渗水井 溢水管主要用于排水 渗水 作用 1 透水砖 它是区别与其它普通人行道和联锁块铺面的主要层次 块体长度X 宽度一般 为2 0 0 x1 0 0 咖 厚度一般为6 0 r a m 雨水不仅通过块体间接缝渗入 而且可通过 块体表面渗入 因此 其关键性能指标主要有两个 即透水系数和抗压强度 两 者间在数值上是成反比关系 它们本身就是一对矛盾体 根据中华人民共和国建 6 PE管材 第2 章透水人行道面结构 材行业标准 透水砖 J C T9 4 5 2 0 0 5 的要求 透水系数 1 5 C 1 0 1 0 吨c m s 抗压强度平均 3 0 M P a 单块最小 2 5 狎a 其他各项技术指标可分别参见表5 1 表5 4 通过对目前国内供货市场调查 免烧透水砖同时能满足这两项技术指标 要求的几乎都比较困难 应根据实际情况 酌情考虑 I l lI 盲沟 一透水面砖 溢水管 砂垫层 L 硝 排水基层 二敦配碎石 渗水井 土基 图2 2透水人行道面结构图 2 砂垫层 砂垫层主要是起调平作用 一般采用厚度为3 0 m m 因它直接铺设在排水基层 上 其级配应满足中粗砂的质量要求 各项技术指标要求请参见表6 5 3 排水基层 排水基层应在满足一定强度的基础上 具有一定的排 渗 水能力 能够使 上层流入的雨水迅速地排除 最终汇集至盲沟 集水沟 主要技术指标应满足7 天无侧限抗压强度 劈裂弯拉强度和渗水系数的要求 参见第四章中指标要求 铺筑厚度主要取决于透水人行道面作用荷载的大小 4 碎石垫层 由于浦东地区的土基条件比较差 强度低 含水量高 因此 在基层下设 置一层碎石垫层 表面填充粗砂 既为排水基层提供平整的基准面 又为防止土 路基中细粒土进入排水基层 同时它也是整个结构层中的一个组成部分 5 路基土 土路基应表面平整 无积水 不得出现 弹簧 波浪 松散等现象 并保 证一定的宽度和横坡 路基土的压实度与其抗压回弹模量成正比 与土壤的渗透 7 PE管材 第2 章透水人行道面结构 系数成反比 根据相关的技术标准 人行道下土路基的压实度应控制在9 0 轻 型击实 以上 6 边缘约束 在透水砖两侧进行边缘约束 一般采用预制水泥混凝土侧石或其它构造物墙 体 特殊部位可采用现浇普通水泥混凝土 2 2 结构计算与分析 2 2 1 计算参数的确定 透水人行道结构在采用弹性层状体理论结构分析前 必须对各结构层材料的 厚度 抗压回弹模量 泊松比 道面承受荷载的大小和受力特点以及验算指标和 位置都应逐步进行分析确定 2 2 1 1 材料参数 参照联锁铺面的分析方法 将透水砖铺面简化成一个各向同性的均质弹性 层 用弹性模量E 和泊松比l l 来表征其力学特性 采用与沥青路面相同的轴对 称力学模型进行结构的力学分析和位移计算 依据基层顶面压应力相同的原则 根据澳大利亚S h a c k e lB 提出6 c m 的联锁 块相当于等效模量为4 0 0 0 M P a 厚度为7 7 5 c m 的沥青层进行参数选用 其它各层 材料的参数参照 公路沥青路面设计规范 J T J0 1 4 9 7 及试验结果选用 全 部材料参数列于表2 1 各结构层材料设计参数表表2 1 原结构等效结构厚度 锄 抗压回弹模量 即a 泊松比 透水砖沥青砼 7 7 54 0 0 00 2 5 砂垫层砂垫层 39 00 3 5 排水基层排水基层 l O 1 5 2 0 2 51 5 0 0O 1 5 级配碎石级配碎石 1 02 5 0O 3 0 土基土基 5 1 0 1 5 2 00 3 5 2 2 1 2 荷载参数 在城市道路设计规范中没有明确人行道荷载标准 考虑人行道使用的实际情 况 不时会有各种车辆驶入人行道面 在荷载参数选择时 准备选用不同的轴载 标准来加以计算分析 以便最终合理选择道面结构 PE管材 第2 章透水人行道面结构 荷载参数表 表2 2 后轴载轮胎压力当量圆直径 编号轮组数 类似车型 k N a c m 荷载1 1 00 3 5 单轮 1 3 5 一般小轿车 荷载2 6 00 5 0 双轮 1 9 5 解放牌C A I O B 荷载3 1 0 00 7 0 双轮 2 1 3 黄河牌Q D 3 5 1 2 2 1 3 验算指标的确定 使用不同组合的材料参数和荷载参数 按照 公路沥青路面设计规范 J T J 0 1 4 叫7 中有关设计指标的规定 进行路表弯沉和基层层底拉应力计算 根据 国内外大量研究资料表明路表的临界弯沉为2 m m 根据本研究排水基层试验结果 可知基层层底允许拉应力的控制值为1 O M P a 对于验算点位置的确定如图3 3 图3 4 所示 单轮主要验算轮中心处D 1 弯 沉 D 2 拉应力 双轮主要验算轮中心处S 1 弯沉 S 2 拉应力 以及两轮 中间位的S 1 弯沉 S 2 拉应力 以两者较大值作为计算结果 l I 图2 3 单轮计算点位置图2 4 双轮计算点位置 2 2 2 计算结果与分析 通过不同参数组合进行结构计算 结果列于表2 3 基层底面拉应力的大小 可参见图2 5 从图中可以看出 基层底面拉应力都随土基模量的增加而降低 随着基层厚度的增加而降低 在l t 轴载作用条件下 基层底面的拉应力变化范 围在0 0 3 8 M P a 4 0 9 7 M P a 之间 均为 0 1 M P a 远小于基层允许抗拉强度 当荷 载出现6 t 的情况下 基层底拉应力为0 2 2 3 M P a O 5 5 2 M P a 相应都为l t 条件下 的5 8 倍左右 在l O t 荷载作用情况下 基层底拉应力为6 t 条件下的1 6 倍 为l t 条件下的9 5 倍 在土基模量E o 5 M P a 时 基层底拉应力为0 9 0 7 M P a 略 9 PE管材 第2 章透水人行道面结构 小于1 M P a 的基层材料性能要求 因此 在土基模量为5 M P a 2 0 M P a 基层厚度在 l O c n r V 2 5 c m 车辆轴载在i t l O t 时 基层底面拉应力均为 6 81 68 8 1 02 01 0 1 0 2 41 2 试样应在室温水中浸泡2 4 h 后用拧干的湿毛巾擦去表面水 在其中心对称表 面位置安放垫压板 按0 4 M P a s 卸 6 M P a s 的速度进行抗压试验 按5 块砖的平 均抗压强度和单块最小抗压强度来评定透水砖的抗压强度等级 3 1 1 2 抗折强度测定方法 试样下方两支座间距为厚度的4 倍 两支座和上方加压棒均采用直径为4 0 r a m 的钢材 支座和加压棒与试件的接触面间应垫有3 m m 5 m m 厚的胶合板 试样应在室温水中浸泡2 4 h 后用拧干的湿毛巾擦去表面水 按1 2 0 N s 1 8 0 N s 的速度进行抗折试验 按5 块砖的平均抗折破坏荷载来代表透水砖的抗折强 度 13 PE管材 第3 章透水砖的材料组成与性能评价 3 1 2 物理指标 透水砖的物理指标主要包括耐磨性 抗冻性 保水性和渗水系数 它们都在 一定程度上反映了透水砖的使用功能 3 1 2 1 耐磨性 通过摩擦钢轮在规定条件和磨料作用下 在试件表面产生磨坑 测量磨坑的 长度来表示试件的耐磨性 测试时应将试件在1 0 5o c 1 1 0 c 的温度条件下烘干至 恒重 并在其表面涂上赭色水彩涂料再进行 最后以5 块试样1 0 次试验 每块 试样在相互垂直的两个部位各进行1 次 的平均值进行评定 具体试验过程可参 见G B T1 2 9 8 8 9 1 试验规程 3 1 2 2 抗冻性 由于透水砖有水直接通过而造成可能在其内部有水沉积 如在寒冷的气候条 件下 内部水分结冰使体积膨胀而造成其强度的衰弱 因此 要求试样在2 0 C I O C 和一1 5 一2 0 两种环境温度下依次进行2 5 次循环 测试和评价其抗压强度 的损失率来表征透水砖的抗冻性能 测试时按5 块试样的平均值作为测试结果 3 1 2 3 保水性 水流入透水砖表面时 砖体内部首先会吸收一部分水分 它不仅会减轻雨水 的径流压力 同时 在温度较高时 它可在空气中逐步蒸发而降低环境温度 因 此 对于透水砖应具备一定的保水能力 测试对应将干燥的试样放入1 0 C 3 0 C 的蒸馏水中浸泡2 4 h 后 测定单位表 面积试样吸收水分的质量 以3 块试样的平均值作为测定结果 3 1 2 4 透水系数 透水砖必须具备一定的透水能力 可采用透水系数指标来衡量 测试装置如 图1 1 所示 试样直径应为7 5 r a m 厚度同原产品 测定试样的实际直径和厚度 采用适当 的方法把试样安装在透水圆筒内而使其四周密封不漏水 将其一起放入 淹没在 水中 真空装置内 在9 0 k P a l k P a 的条件下保持3 0 m i n 停止抽真空 浸泡2 0 m i n 后装入透水系数试验装置中 在保持一定水位条件下 一般约1 5 c m 进水与出 水都达稳定状态后 用量筒从出水口量取5 m i n 内流出的水量 测量3 次取平均 1 4 PE管材 第3 章透水砖的材料组成与性能评价 值 同时 量测上 下水位高差和水温 可按式3 1 计算透水砖的透水系数 l 供水系统 卜溢流口 卜溢流水槽 吨架 争叫样 卜量筒 7 一水位差 铲 透水圆筒 图3 1 透水系数测试装置图 k 堕 式3 一1 1 A H t 式中 k T 水温为T 时试样的透水系数 c m s Q 时间t 秒内的渗出水量 m 1 L 试样的厚度 C l l l A 试样上表面面积 c m 2 H 水位差 C l l l t 时间 S 结果以3 块试样的平均值表示 计算精确至1 0 1 0 一c m s 本指标以1 5 C 水温为标准温度 因此标准温度下透水系数应按式3 2 计算 k 1 5 k r 堡 式3 2 玩5 式中 k 坫 标准温度时试样的透水系数 c m s r l T 时水的动力粘滞系数 k P a S n 1 5 时水的动力粘滞系数 k P a s 1 5 PE管材 第3 章透水砖的材料组成与性能评价 水的动力粘滞系数比r l n 请见表3 2 水的粘滞系数比n 1 1 表3 2 温度 O1 2 3456789 O1 5 7 51 5 2 l1 4 7 01 4 2 41 3 7 81 3 3 61 2 9 51 2 5 51 2 1 7I 1 8 1 1 01 1 4 91 1 1 6I 0 8 51 0 5 51 0 2 71 0 0 00 9 7 50 9 5 00 9 2 50 9 2 5 2 00 8 8 00 8 5 90 8 3 90 8 1 90 8 0 00 7 8 20 7 6 40 7 4 80 7 3 10 7 1 6 3 00 7 0 00 6 8 50 6 7 10 6 5 70 6 4 60 6 3 20 6 2 00 6 0 70 5 9 60 5 8 4 4 00 5 7 40 5 6 40 5 5 40 5 4 40 5 3 50 5 2 50 5 1 70 5 0 70 4 9 80 4 9 0 3 2 透水砖的材料组成 3 2 1 原材料 由于混凝土透水面砖有两层组成 通常称之为底层和面层 其中 底层所用 的原材料一般包括两档不同规格的粗 或可采用炉渣 细集料和4 2 5 普通硅酸 盐水泥 集料筛分结果如表3 3 所示 面层原材料通常采用硅砂和4 2 5 普通硅酸 盐水泥组成 硅砂筛分结果如表3 4 所示 透水砖底层用骨料筛分结果表3 3 筛孔 眦 2 01 51 07 552 50 6 百分通过率炉渣 1 0 09 27 04 53 194 集料 1 0 01 0 09 67 51 031 硅砂筛分结果表3 4 筛孔 衄 52 5 1 5 O 6 百分通过率 i 0 0 9 83 5 5 3 2 2 级配组成 经过多次试配和性能测试 对不同层的材料进行不同的组配设计 底层材料 的组配比例为 粗集料 细集料 水泥 3 0 3 5 4 8 5 3 1 7 其合成级配如表 3 5 所示 假设水泥在0 6 衄筛孔通过率为1 0 0 9 6 面层材料的组配比例为 硅 砂 水泥 2 1 透水砖底层材料合成级配表3 5 筛孔 衄 2 01 5i 07 55 2 5 O 6 百分通过率 1 0 09 78 87 03 22 11 9 1 6 PE管材 第3 章透水砖的材料组成与性能评价 3 3 透水人行道面砖制作流程 透水面砖的制作是采用专门的制砖设备进行 在生产过程中采用2 次播料 振动加压 次成型的工艺进行 生产流程请见图3 2 所示 水泥硅砂 图3 2透水面砖生产工艺流程图 3 4 透水砖主要性麓指标测试 透水砖的抗压强度和透水系数成反比关系 为了达到既具有一定的透水能 力 又确保一定的抗压强度 必须对透水砖的原材料性能 级配 制作工艺 养 生等一系列因素均应加以考虑 根据生产厂提供的不同样品主要进行了抗压强 度 透水系数和保水性的检测 测试结果列于表3 6 相互关系曲线列于图3 3 和图3 4 透水砖主要指标检测结果表3 6 保水性抗压强度 透水系数 序号 g c m 2 咿a 1 0 吨c m s 1O 8 l3 0 8 O 0 2 2O 7 8 3 3 6O 0 2 3O 7 73 2 7O 0 2 4O 6 92 8 8O 0 3 5O 7 52 1 OO 9 7 6O 8 01 9 O1 0 4 7O 7 22 3 2O 8 5 8O 7 22 2 4 O 7 3 9 O 6 8 2 3 60 7 5 1 7 PE管材 第3 章透水砖的材料组成与性能评价 透水砖主要指标检测结果表3 6 续 保水性 抗压强度 透水系数 序号 g c m 2 肝a 1 0 2 c l s 1 0O 6 22 1 1O 9 8 1 1O 7 2 2 4 9O 3 3 1 2O 7 5 2 6 6 0 3 8 1 3O 6 71 7 O2 8 7 1 40 6 81 5 53 0 5 1 5O 6 51 6 42 8 9 1 6O 8 41 8 21 8 7 1 70 7 71 8 81 9 6 6 0 岔 5 0 I 昌 一4 0 0 I 螽 3 o 一 受2 0 农 缎 1 0 之一 U U一 T一 1 01 52 0 2 53 0 3 5 抗压强度 U P a 图3 3 透水砖强度与透水系数关系曲线图 图3 4 透水砖保水系数与透水系数关系曲线图 对上述图表中数据情况进行分析可知 随着抗压强度的增加其透水系数逐步 下降 当抗压强度达到2 0 M P a 左右时 其透水系数约为1 0 1 0 2 c m s 反言之 要使透水系数保持在l 0 1 0 吨c m s 以上 透水砖的抗压强度就在2 0 M P a 以下 当抗压强度为2 8 M P a 时 透水系数为0 1 1 0 2 c m s 试验时呈显基本不透水的状 1 8 PE管材 第3 章透水砖的材料组成与性能评价 态 因此 透水砖的抗压强度与透水系数是一对非常敏感的矛盾体 在生产过程 中如何控制和把握显得尤为重要 两者间呈指数关系曲线 回归公式列于式3 3 相关系数砰 o 9 2 8 4 k 6 0 0 3 2 e n 3 1 0 卯 式3 3 式中 k 透水系数 1 0 吨c n a s P 抗压强度 M P a 对于不同抗压强度和透水系数透水砖的保水系数而言 它和前述两者之间没 有呈现任何线性关系 只是保水系数基本都集中在0 6g c m 2 o 8 5 9 c m 的区间范 围内 3 5 小结 对于我们南方地区使用透水人行道面砖 最关键的控制指标为抗压强度和透 水系数 通过试验测试 两者是一对矛盾体 如何协调两者的关系是生产控制的 重点 根据本节内容分析 免烧水泥混凝土透水砖的抗压强度与透水系数间的对 应关系列于表3 7 可供工程使用参考 抗压强度与透水系数对照表表7 7 抗压强度透水系数抗压强度透水系数 肝a 1 0 2 e m s 肝a 1 0 2 c m s 1 64 1 52 6O 1 9 1 73 0 42 7O 1 4 1 82 2 32 8 O 1 0 1 91 6 32 9O 0 7 2 01 2 0 3 0 0 0 5 2 1 O 8 8 3 1O 0 4 2 20 6 43 2O 0 3 2 3 O 4 73 3O 0 2 2 40 3 53 40 0 2 2 5O 2 53 5O 0 1 针对中华人民共和国建材行业标准 透水砖 J C T9 4 5 2 0 0 5 中规定 要求透水砖在平均抗压强度不小于3 0 M P a 的条件下 透水砖的透水系数指标要求 1 9 PE管材 第3 章透水砖的材料组成与性能评价 1 0X 1 0 吨c m s 目前对于不掺加任何外加剂的水泥混凝土透水砖确属不易达 到 当然 也可作为今后研究的一项内容 2 0 PE管材 第4 章排水基层材料性能与组成设计 第4 章排水基层材料性能与组成设计 水泥处治排水层 C e m e n tT r e a t e dP e r m e a b l eB a s e 可简称C T P B 材料 是 满足一定级配的无 或少 细料集料与水泥结合在一起 经适当的压实而形成一 种具有稳定结构的多孔排水性水泥碎石混合料 在长期使用过程中 要求C T P B 材料能够保持良好的排水能力 具有一定的强度和抗变形能力 为透水性人行道 的正常使用提供基础保障 4 1 原材料性能要求 4 1 1 集料 粗集料应使用质地坚硬 耐久 洁净 无风化 无杂质和无有害物质的碎石 其压碎值不宜超过3 5 针片状不大于1 5 含泥量 水洗 0 0 7 5 r a n 含量 应小 于1 细集料可选用质地坚硬 耐久 洁净的天然砂 石屑或机制砂 含泥量 T k 洗 0 0 7 5 r a m 含量 应小于3 各档集料粒径规格建议符合表4 1 中的规定 集料规格表4 1 材料 通过下列筛孔 衄 的质量百分比 规格 2 6 51 9 O 1 6 O9 54 7 52 3 61 1 8O 6O 30 1 5 m 4 7 5 1 0 01 0 01 0 01 0 09 1 0 06 争母63 5 击51 5 一屹95 一龙0 O 1 0 4 7 导国 51 0 01 0 01 0 08 5 1 0 0m 龙O O 5 9 5 1 9 O1 0 08 5 1 0 04 0 5 0O 1 5O 5 4 1 2 水泥 水泥应采用3 2 5 或4 2 5 等级的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥 质量必 须符合现行国家标准 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 G B1 7 5 矿渣硅酸 盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥 G B1 3 4 4 由于现场施工 从拌和到压实需经历较长时间 因此 一般尽量选用凝结时间较长的水泥 以减 小对混合料性能的影响 一般要求初凝时间大于3 小时 终凝时间大于6 小时 必要时可适当掺入缓凝剂来延缓水泥的凝结时间 其掺量视具体工程情况及试验 确定 2 1 PE管材 第4 章排水基层材料性能与组成设计 4 1 3 水 混合料的拌制和压实均需要有适当的水份 以满足水泥的水化和施工的和易 性 人和牲蓄能饮用的水源 均可使用 4 2 混合料性能要求 4 2 1 空隙率 要使混合料具有一定的排水能力 混合料就应拥有一定的空隙率 空隙率越 大 排水性能也越好 为能迅速排除进入混合料中的自由水 混合料的空隙率也 应达到一定的范围 根据排水性能要求和国内外经验 混合料的空隙率应控制在 1 5 9 b 2 5 之间 4 2 1 1 空隙率和有效空隙率 混合料的空隙是指混合料总体积去除固体骨架部分体积后的剩余体积 此剩 余体积占混合料总体积的百分比例即为混合料的空隙率 也称全空隙率 混合 料的空隙包含连通空隙和闭口空隙 对于排水而言 连通空隙属有效空隙 闭口 空隙属无效空隙 4 2 1 2 测定方法 1 理论密度 在测定混合料的空隙率之前 必须先要确定混合料在一定组配条件下的理论 密度 可按各档规格集料的表观密度 水泥密度和水的密度及其它们在混合料中 的组成比例来计算得到 其中水的用量应采用水泥水化所需的用水量来计算 一 般取水泥用量的i 5 计算公式如公式4 I 公式4 2 铲了告 式4 一1 1 一 t 咀4 一IJ n 鱼 堡 生 廿 y Gy c7 阿 1 0 0 5 互互i 互 厂ly 27 式中 以 混合料的理论密度 g c I I l 3 2 2 式4 2 PE管材 第4 章排水基层材料性能与组成设计 圪 只 昂 合成集料 水泥 水化水的配合比 其和为1 0 0 其 中 名 厂G 合成集料表观密度 水泥密度 水的密度 g c m 3 其中 2 5 时 肋 o 9 9 7 9 c m 3 置 只人只 各档集料在合成级配集料中的配合比 其和为1 0 0 万 儿 九 各档集料的表观密度 g e m 3 2 体积法 空隙率 混合料的空隙率可采用体积法来测定 测试过程如下 采用电子天平称取干 燥试样 风干三天以上或在5 0 4 C 烘箱中至试样达恒重 在空气中重m 用游标卡 尺量取试样的直径亢 可取试模内径 和高度 取4 次测试的平均值 计算 得到试样的体积 后按下式计算混合料的空隙率 圪 1 一且 1 0 0 式4 3 式中 圪 混合料的空隙率 厂 体积法测得试样密度 厂 百m o 圪 等 g c m 3 以 混合料的理论密度 g e r a 肋 水的密度 g c m 3 其中 2 5 C 时 蜥 o 9 9 7 9 e r a 3 3 水中重法 有效空隙率 混合料的渗透系数与它的有效空隙直接相关 因此 有效空隙率是标志渗透 能力的重要指标之一 它可采用水中重法来测定 测试过程如下 采用电子天平 称取干燥试样 风干三天以上或在5 0 C 烘箱中至试样达恒重 在空气中重臃 将 试样浸泡在水中至未发现气泡冒出为止 称取水中重码 按式4 4 计算混合料的 有效空隙率 PE管材 第4 章排水基层材料性能与组成设计 圪 1 一嚣 1 0 c 式4 以 式中 圪 混合料的有效空隙率 m 干燥试样在空气中重 g m 试样在水中重 g 圪 体积法测得的试样体积 圪 等 g c m 3 肋 水的密度 g c m 3 其中 2 5 时 肋 0 9 9 7 9 c m 3 4 2 2 渗透系数 排水性基层材料的设计 首先要保证满足排水的要求 据国内外的研究经验 表明 排水基层混合料的设计渗透系数k 一般采用0 1 8