本文是一篇土木工程论文，土木工程包括结构、市政建设、道路桥梁、给排水、岩土、环境工程、建筑经济等。培养目标是工程师。如建筑结构工程师，他们的任务是使建筑物和工程结构物既能满足生产和生活使用提出的各项要求，又能经受强烈地震、狂风袭击、海水侵蚀以及各种大自然的考验（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇土木工程论文，供大家参考。
1 绪论
1.1 研究背景
随着城市化进程的加快，建筑业飞速发展，人们在获得发达建筑业带来的成果的同时，也带来了很多废弃建筑物垃圾，加上全球变暖带来的气候灾害，资源环境方面也受到了影响。市政工程的增加和民用住宅的增加使得混凝土的用量不断增加，消耗了大量的不可再生资源，资源的数量变得越发紧张，骨料加重了资源使用矛盾。近几年我国每年建筑垃圾的排放总量约为 35.5 亿吨，约为城市垃圾总量的 40%，但是只有不到 5%的垃圾资源化率[1]。在对环境的污染方面，随着一些城市拆迁，或者对道路下设管道及扩建等建筑活动增多，在此过程中了产生大量建筑垃圾，不但占用城市空间还会造成扬尘污染。在这种情况下，建筑垃圾作为集料的一种来源，应运而生，让建设和拆迁废弃物中的再生集料在施工中可用来替代天然集料。目前透水混凝土运用在小区路面、公园、停车场等方面取得了一些成果。将再生骨料透水混凝土应用于人行道、景观园林道路可以减少环境污染、资源浪费、城市内涝，调节城市环境[2,3]。王武祥研究得出粒径为 16~32mm、8~16mm、4~8mm 的再生骨料，含有约 30%、40%、60%的水泥砂浆成分[4]。钱志民得出再生骨料具有孔隙率高、密度小、吸水性大、强度较低等特点的结论[5]。Kou CongShi，I.BTopcu等得出：当再生骨料的用量增加时，再生混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗压弹性模量和抗拉弹性模量随之降低，100%为再生骨料的混凝土抗压强度和抗拉强度均低于 100%为天然骨料的混凝土，分别低 8.9%和 6.9%[6,7]。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 再生骨料透水混凝土的研究现状
再生骨料透水性混凝土不仅可以解决废混凝土的堆放问题，减轻环境污染，改善城市环境，还可以节约天然骨料，降低骨料成本，带来显著的社会效益、经济效益和环境效益[28]。近年来，国内外学者对于再生骨料透水混凝土的研究主要是对它的力学性能和透水性的研究。李秋实等人[29]使用天然和再生集料，采用最佳混合比例制备透水混凝土，进行了试验研究，结果表明，掺加再生集料的透水混凝土总孔隙率高于采用天然集料的透水混凝土，使用再生集料透水混凝土的抗压强度低于使用天然集料的透水混凝土，聚合物的掺入可以很大程度上提高再生骨料透水混凝土的强度。王永海等人[30]对再生骨料透水混凝土力学性能的影响因素进行了试验研究，连通孔隙率越高，透水混凝土强度越低；聚丙烯纤维能提高再生骨料透水混凝土的抗压强度，但是对于弯拉强度的提高并不明显。陈春红等人[31]通过研究发现，水胶比和聚丙烯纤维对再生骨料透水混凝土的性能影响最大，水胶比提高的同时其力学强度和透水性能均下降；增加聚丙烯纤维掺量可以提高其力学强度，但降低了其透水性能。朱平华等人[32]从再生骨料品质与掺量、水胶比、成型工艺与养护机制等方面总结了透水性混凝土抗压强度与透水性能研究进展，指出再生骨料品质与掺量和水胶比是影响再生透水混凝土强度和透水性的主要因素，再生骨料品质与掺量、水胶比、成型方式与养护机制和掺合料都能影响透水性生态再生混凝土的强度性能和透水系数。Yuwadee Zaetang 等人[33]对含再生混凝土骨料和再生砖骨料的透水混凝土分别进行了研究，结果发现，除了 100%再生骨料替代率外，六种再生骨料替代率水平 0、20%、40%、60%、80%、100%替代率都降低了透水混凝土的抗渗性，再生骨料替代率在 60%时，透水混凝土可以获得最优的抗压强度，再生骨料对于透水混凝土的劈拉强度和抗折强度的影响很小，而再生混凝土骨料在高替代率下这些强度都会降低。通过试验研究，推荐再生混凝土骨料替代率在 40%~60%。近几年国内外对于再生骨料透水混凝土力学性能以及透水性的研究比较多，但是对抗冻性的研究较少。薛东杰等人[34]对透水性生态混凝土进行了抗冻性研究，采用MATLAB 软件进行图像处理，利用面孔隙率来近似代替体积孔隙率研究透水混凝土的抗冻情况，随着冻融次数的增加，其孔隙率逐渐增长，孔隙平均半径变大，并出现了新生孔隙。王军强[35]对再生骨料透水混凝土收缩性和抗冻性作了试验研究，结果发现，再生骨料透水混凝土的水胶比为 0.25、目标孔隙率为 15%时，可以达到 C20 混凝土的要求，透水系数为 2.43mm/s，透水混凝土和再生骨料透水混凝土 25 次冻融循环后的抗压强度大于 20%，质量损失不大于 5%，满足无砂透水混凝土抗冻性指标要求。李伟[36]通过对再生集料透水混凝土的配合比设计、透水性能、力学性能和抗冻性能进行的试验研究发现，设计目标孔隙率的逐渐增加会使得混凝土透水系数及实测孔隙率随之增加，而抗压强度、弯拉强度及抗冻性能是逐渐降低的。
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2 原材料以及试验方法
2.1 试验原材料
图 2.1 是粒径为 5~10mm 再生骨料，作为透水混凝土的骨架结构，粗骨料对透水混凝土的透水性能、力学性能和抗冻性能有着很大程度上的决定作用，选用粒径较小的骨料，其堆积密度较大，骨料间的接触点多，能使透水混凝土变得较为密实，从而获得较好的强度。本实验采用的再生粗骨料为北京神州蓝天环保科技有限公司生产的，将建筑垃圾破碎加工而成，通过筛选获得粒径为 5~10mm 的骨料。其基本性能如表 2.1 所示。由于透水混凝土为多孔结构，骨料与骨料之间的粘结主要靠水泥浆，如果水泥的强度不够高，可能会影响到透水混凝土的力学性能，而本试验中采用的是再生骨料，强度较低，因此使用强度等级较高的水泥就更有必要，根据以往的试验研究，一般采用的是P·O42.5 级普通硅酸盐水泥。本试验采用的是 P·O42.5 级普通硅酸盐水泥，由辽宁渤海水泥有限公司生产，其物理力学性能如表 2.2 所示，各项指标均满足《GB175-2007 通用硅酸盐水泥》、《JTGF30-2003 公路水泥混凝土路面施工技术规范》、《CJJ-T135-2009 透水水泥混凝土路面技术规程》等规范及国家标准。
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2.2 试验方法
由于再生骨料吸水率较天然骨料大，所以在使用前应先在水里浸泡 24h，待骨料吸水饱和之后，再取出晾至饱和面干，方可使用。如图 2.4 所示。由于采用内掺法掺入硅粉，所以要将 2.2.4 配合比中提到的硅粉掺量等量替代部分水泥，与剩余水泥一起搅拌均匀。在水中加入减水剂搅拌均匀。以上是准备工作。为了使纤维能在混凝土中均匀分散开来，提高混凝土强度，本试验采用先掺法搅拌，先将纤维与石子干拌，再加入一部分水，搅拌 30s，然后加入搅拌好的硅粉和水泥，加入砂，最后加入剩余的水，搅拌 90s。最后将搅拌好的混凝土浇筑进模具。由于塑料模具在压制成型的时候容易损坏，因此本试验采用的是钢模。普通混凝土的成型一般采用振动成型，这种成型方式的目的是为了使混凝土尽可能密实。由于透水混凝土不同于普通混凝土，它是一种多孔结构，如果采用振动，浆体摇晃时会堵死孔隙，从而降低孔隙率，另外，会导致试块底部沉浆，成为密实状态，从而导致混凝土不透水。因此，本试验采用压制成型，采用的是比较耐压的钢模，对模具中的混凝土进行 1.5MPa 的加压[59]，静压时间为 2min，制成 100mm×100mm×100mm 的试件用于抗压强度测试和劈裂抗拉强度测试，100mm×100mm×400mm 和 100mm×100mm×50mm 的试件用于抗折强度测试和透水系数测试以及孔隙率测试。所使用的压力成型机如图 2.5 所示。
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3 玄武岩纤维再生骨料透水混凝土透水性能研究 ................ 19
3.1 玄武岩纤维再生骨料透水混凝土透水性研究 ......... 19
3.1.1 纤维对孔隙率的影响 .......... 19
3.1.2 纤维对透水系数的影响...... 22
3.2 本章小结............ 25
4 玄武岩纤维再生骨料透水混凝土力学性能研究 ................ 26
4.1 纤维掺量对再生骨料透水混凝土力学性能的影响 ........... 264
4.2 纤维长径比对再生骨料透水混凝土力学性能的影响....... 34
4.3 本章小结............ 35
5 玄武岩纤维再生骨料透水混凝土抗冻性能研究 ................ 36
5.1 试验方法............ 36
5.2 抗冻性能研究 ............. 37
5.2.1 纤维对冻融循环后质量损失率的影响............ 38
5.2.2 纤维对冻融循环后抗压强度的影响 ................ 43
5.2.3 冻融循环后损伤演化规律 ............ 46
5.3 本章小结............ 49
5 玄武岩纤维再生骨料透水混凝土抗冻性能研究
对于再生骨料透水混凝土，应用于小区道路、景观工程中，不仅需要满足其强度、工作性、透水性方面的要求，也要同时满足其抗冻性的一些要求。在冬季，透水混凝土的大孔隙影响其抗冻性，也是其在使用中需要解决的技术问题。所谓冻融破坏是指混凝土在正负温循环交替作用下发生的表面脱落、结果松散、内部空隙变化等现象[75]。玄武岩纤维再生骨料透水混凝土冻融试验主要以冻融后的质量损失率和抗压强度为指标来研究它的抗冻性能。以抗压强度为损伤变量，分析不同冻融次数下玄武岩纤维再生骨料透水混凝土损伤演化规律，研究玄武岩纤维对再生骨料透水混凝土抗冻性能的影响，为推广再生骨料透水混凝土在北方地区的使用提供一定的依据。
5.1 试验方法
透水混凝土冻融试验参考普通混凝土的试验方法，冻融试验方法有快冻法和慢冻法两种，本试验采用的是慢冻法，虽然慢冻法时间较长，但比较符合实际工程环境。参照《GBT50082-2009 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的慢冻法进行。试验步骤如下：（1）从养护地点取出养护龄期为 24d 的试件，将试件放入（20±2）℃的水中浸泡4d，水面应高出试件顶面（20~30）mm，当到达 28d 养护龄期时取出试件擦干表面，开始冻融试验。（2）开始冷冻的时候，冷冻时间应在冷冻试验箱内的温度为-18℃时开始计算，每次过程小于 2h，冷冻时箱内温度应该保持在（-20~-18）℃。（3）试件每次循环的冷冻时间不小于 4h。（4）冷冻时间到达要求的时间点后，立即注入常温 20℃的水，使试件进入快速融化过程，加水时间不应超过 10min，水温不低于 10℃，且在 30min 后水温能保持在18~20℃，融化时间应大于 4h。融化完成后，即完成一次冻融循环。
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结论
透水混凝土作为一种透水性、透气性较好的混凝土，能较好的解决传统城市路面带来的城市内涝、地下水位降低问题，但是在以往的研究中，大多都是对于改善透水性能的研究，而对于透水混凝土力学性能的研究，尚存在不足，对抗冻性能的研究也比较少。在北方，由于冬季低温，如果透水混凝土的强度不够、抗冻性较差，可能会导致透水混凝土容易产生冻胀破坏，从而缩短透水混凝土的使用寿命。考虑到再生骨料比较节约成本，废物利用也比较环保，本课题采用的是再生骨料制作透水混凝土，并且在再生骨料透水混凝土中掺入玄武岩纤维，通过试验研究获得了以下结论：
（1）在再生骨料透水混凝土中掺入 18mm 纤维和 24mm 纤维都会使透水性降低。随着纤维掺量的增加，孔隙率和透水系数随之降低。但是，即便是孔隙率和透水系数在本试验中达到最小值时，也能满足规范的要求。纤维长径比较大时，再生骨料透水混凝土的孔隙率和透水系数较大。纤维掺量的增加会带来孔隙率和透水系数的下降，但是通过增大纤维长径比，可以提高再生骨料透水混凝土孔隙率和透水系数，从而使再生骨料透水混凝土获得较好的透水性能。
（2）与未掺纤维的再生骨料透水混凝土相比，掺入了玄武岩纤维的再生骨料透水混凝土的力学性能得到了提高。无论是掺 18mm 纤维还是 24mm 纤维，随着纤维掺量的增加，玄武岩纤维再生骨料透水混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度都出现先增大都减小的趋势，纤维掺量在 4kg/m3，强度达到最大值，随后再生骨料透水混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度开始下降，说明过多的纤维掺入并不有利于再生骨料透水混凝土力学性能的提高，应将纤维掺量控制在 4kg/m3以内。通过分析长径比对力学性能的影响，长径比的增大会使得抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度相应的增大，尤其是抗折强度增加幅度最大，可以通过提高长径比来提高其力学性能。玄武岩纤维长度为 24mm、纤维掺量为 4kg/m3时，再生骨料透水混凝土能获得较优越的力学性能。
（3）在再生骨料透水混凝土中掺入玄武岩纤维后能有效抑制再生骨料透水混凝土冻融后的质量损失率和抗压强度的降低。在整个冻融循环过程中，纤维掺量为 6kg/m3时，掺 18mm 的纤维和 24mm 的纤维的试件都表现出了较好的抗冻性能，质量损失率较低。经过 25 次、50 次、75 次冻融循环，发现在再生骨料透水混凝土中掺入 24mm 纤维对于抑制冻融循环后抗压强度的降低有更好的作用。
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参考文献（略）