透水混凝土对城市雨水径流中污染物净化原理的研究进展

透水混凝土是一种不含或含有少量细集料、具有较大连通孔隙体积分数的混凝土,目前已广泛应用于轻型路面、停车场、广场、人行道、中央隔离带和公路路肩等。透水混凝土对于城市路面排水、缓解城市热岛效应、吸收车辆噪音等具有积极作用,并可将道路表面雨水径流进行收集、过滤处理后渗入土壤,从而有效补充地下水,实现雨水的再利用。由于透水混凝土特殊的结构形式,其在净化雨水径流污染物中表现出了良好的性能和潜力。透水混凝土中的组成成分本身就对雨水径流中污染物具有一定的吸附作用,近年来研究者们除了研究其本身组成成分对雨水径流中污染物的去除机理之外,还致力于探索提高透水混凝土去除雨水径流中污染物效果的方法及其原理,并取得了丰硕的成果。目前可提高透水混凝土去除雨水径流中污染物性能的途径有:(1)在透水混凝土中掺入粉煤灰、膨润土、硅藻土代替部分胶凝材料;(2)利用沸石、陶粒替代透水混凝土中的部分粗骨料;(3)通过涂覆、掺入等方式将光触媒材料引入到透水混凝土中;(4)通过微生物培养的方式使透水混凝土表面形成一层可去除污染物的生物膜等。其中,在透水混凝土中光触媒材料的光催化作用主要是降解雨水径流中的有机物;生物膜主要是去除雨水径流中的有机物以及氮类污染物。针对上述介绍的各种方法,本文分别归纳了有关透水混凝土的基本组成材料、掺入其中的掺合料、改性骨料以及光触媒材料和生物膜对雨水径流中不溶的悬浮颗粒、氮、磷、部分重金属离子、有机物等污染物的去除效果及原理的研究进展。同时本文也对未来透水混凝土净化雨水径流中污染物的研究和发展方向进行了展望:将掺合料、改性骨料、光触媒材料和生物膜引入到透水混凝土中可能会对透水混凝土本身的性能产生一定的不良影响;光触媒材料和生物膜的引入成本相对较高,且是否会对环境造成其他方面的影响尚不明确;透水混凝土长时间吸附污染物会造成其孔隙堵塞,从而影响其去除污染物性能,这些问题仍需要进一步的研究。     

硫酸钠对水泥砂浆的物理侵蚀作用

采用150 g/L的硫酸钠溶液半浸泡的试验方法,以砂浆抗蚀系数为指标,研究了相对湿度和温度变化条件下,硫酸钠溶液的不同结晶产物Na2SO4(无水芒硝)与Na2SO4·10H2O(芒硝)对砂浆试件的物理侵蚀作用和不同条件下硫酸钠溶液的物理侵蚀特性及相关机理.结果表明:与环境温度变化条件相比,硫酸钠溶液在相对湿度变化条件下对砂浆试件造成物理侵蚀作用更为严重,这主要是在相对湿度变化条件下,硫酸钠溶液的结晶产物Na2SO4与Na2SO4·10H2O发生相互转化造成的.硫酸钠溶液形成Na2SO4结晶产物时,其对砂浆造成的物理侵蚀破坏作用较形成的Na2SO4·10H2O结晶产物更为显著.     

氯离子在混凝土中的沉积特性研究

基于典型服役环境条件,采用干湿循环和浸泡试验方法,通过测试不同条件下混凝土内部不同位置氯离子含量,研究外部氯离子在混凝土中的沉积特性.试验结果表明:混凝土内部不同位置处水溶性氯离子的沉积量与离表面的距离之间存在自然对数的衰减关系,且混凝土的水胶比和矿渣等因素对其衰减速率存在较大的影响.氯离子在混凝土中的沉积规律受外部环境条件的影响较为显著.喷淋干湿循环处理条件下,氯离子大量沉积于混凝土表层10 mm以内的区域,随距混凝土表面距离的增加,离子沉积量迅速下降.     

矿物掺合料对混凝土毛细吸水性的影响

采用ISAT(initial surface absorption test)方法测定混凝土的吸水性,研究水灰比,及粉煤灰和硅灰两种矿物掺合料对混凝土毛细吸水性的影响.试验结果表明,降低水灰比能大幅降低混凝土吸水性,粉煤灰及硅灰等掺合料能减少水泥石中毛细孔数量,使混凝土吸水性减小,且粉煤灰与硅灰复掺具有叠加效应.     

干湿循环作用下水泥乳化沥青砂浆质量变化与体积稳定性

为了了解服役过程中环境湿度变化对水泥乳化沥青(CA)砂浆体积稳定性及质量变化的影响,测试了CA砂浆干湿循环作用下质量与体积随时间的变化,并借助扫描电子显微镜、X射线衍射、热重分析及核磁共振等测试手段,以揭示其变化机理。结果表明:长期处于干燥或水中的CA砂浆,早期体积收缩或膨胀较大,200 d后趋于稳定。干湿循环下,质量与体积变化可分3个阶段,300 d后趋向稳定;浸水状态或干燥状态下的体积,均先随循环次数的增加而收缩,140 d后,再随循环次数的增加而增大,280 d后,变形规律与干燥环境的相对湿度相关。未水化水泥的持续水化、氢氧化钙溶析以及碳化等因素的综合作用是CA砂浆在干湿循环过程中质量与体积呈3阶段变化的原因。     

蒸汽养护粉煤灰混凝土抗渗性试验研究

采用快速氯离子渗透试验方法研究了粉煤灰掺量对蒸汽养护混凝土抗氯离子渗透性能的影响。试验结果表明,粉煤灰等量取代部分水泥,可以有效解决蒸汽养护混凝土抗氯离子侵蚀能力不够的问题。     

大掺量粉煤灰对砂浆强度的影响

试验研究了水胶比,粉煤灰掺量,粉煤灰种类和龄期等因素对砂浆强度的影？分析了砂浆强度与粉煤灰掺量之间的相互关系,以确定最佳水胶比和粉煤灰掺量.     

粉煤灰-矿渣复合超细粉蒸养混凝土力学性能

研究了在蒸汽养护和标准养护条件下掺粉煤灰－矿渣复合超细粉蒸养混凝土的力学性能，试验结果表明：粉煤灰－矿渣复合超细粉的掺入改善了蒸养混凝土的力学性能，并使蒸养混凝土具有较大的后期强度增长度，与空白对比组的混凝土相比，粉煤灰－矿渣复合超细粉混凝土的干缩显著降低。     

蒸养条件对超细粉煤灰混凝土强度的影响

试验研究了蒸养制度中预养时间、恒温温度、恒温时间对激发剂改性超细粉煤灰混凝土强度的影响。试验结果表明对于铁路预应力Ⅲ型轨枕用混凝土，升温前成熟度不宜低于70℃h，恒温阶段宜控制在60℃下8h为宜。     

氯离子在砂浆中扩散的影响因素

采用自然浸泡方式,测试了一定条件下外部溶液中的氯离子在砂浆中的扩散深度、可溶性氯离子含量、孔隙结构以及浆体结合氯离子性能等,进而研究了影响氯离子在砂浆中扩散的关键因素.结果表明:砂浆中氯离子扩散深度及可溶性氯离子含量与体系中孔径大于30 nm的孔隙率、浆体结合氯离子性能存在较为显著的相关性,矿渣以及氯离子结合剂的掺入可显著降低砂浆中氯离子扩散深度随浸泡龄期增加的速率.