透水混凝土冻融

透水混凝土是当今土地开发的热点问题之一. 作为主人, 架构师, 土地开发商, 具体的专业人士也会熟悉它的好处, 人们对透水混凝土的兴趣持续增长. 透水混凝土路面的使用为美国环境保护署(环境al Protection Agency)的新规定提供了解决方案,这些规定要求减少地表水径流量,并对径流量进行初步处理.

透水混凝土是用胶凝材料制成的, 水, 掺合料, 级配较细的粗骨料. 混合物中只使用很少或不使用细骨料. 在骨料上涂上适量的水泥, 一个相互连接的空隙系统(15%到35%)产生了高渗透性的混凝土,排水非常快. 让水直接通过混凝土, 地表水径流量显著减少. 它还可以作为系统的一部分,以减少雨水中含有的污染水平,雨水被收集在透水路面.


雪地里透水混凝土自行车道. 透水混凝土路面自行车道莱克伍德公园,莱克伍德,OH. (照片由柯林伍德混凝土公司提供,2006年2月).

透水路面已经在美国温暖的气候中使用多年,效果很好. 然而, 在容易发生严重冻融循环的气候中, 有些人对使用透水混凝土路面犹豫不决,直到它已经被证明透水混凝土可以抵抗冻融破坏. 任何混凝土的抗冻性和融性都取决于其渗透性, 饱和程度, 冷冻水的数量, 冻结速度, 以及从膏体中任何一点到能安全形成冰的自由表面的平均最大距离. 在大多数应用中,冻结的速度由当地气候决定.

夹带的空气也有助于保护膏体. 也许在冻融地区设计透水混凝土路面最重要的方面是避免, 或者至少限制, 饱和, 尤其是在一年中可能会结冰的时候. 可以通过设计透水混凝土路面来控制饱和程度和到自由表面的平均最大距离. 合理的基板设计和制备是雨水提取的关键, 冰, 并确保路面的融雪和适当的排水. Replacing as little as 7 percent of the coarse aggregate with fine aggregate increases the freeze-thaw resistance; however, 空缺会减少几个百分点(Kevern 2006和Mata 2008).

除了, 膏体(或砂浆)应该用引气添加剂来保护,以产生足够的空气空隙系统. Kevern, 王, 和Schaefer(2008)发现粗集料性能在提供冻融耐久性方面起着很大的作用, 吸收值低于2.5%影响最大. 国家预制混凝土协会(NRMCA 2004)制定了在容易冻融的地区使用透水混凝土的指导方针.

NRMCA建议

干冻和硬冻干冻是指每年经历多次冻融循环(15+),冬季降水很少的地区. 如果地面由于每天平均温度在冰点以下的长期持续而保持冻结, 该地区被称为干冷硬冻区. 因为透水混凝土不太可能完全饱和在这种环境, 透水混凝土的成功性能不需要特别的预防措施. 然而, 建议在透水混凝土下面铺一层4到8英寸厚的净骨料基层,作为额外的蓄水空间. 美国西部海拔较高的许多地区都属于这一类.

湿冻结

这包括该国每年经历多次冻融循环(15次以上)和冬季有降水的地区. 因为地面不会冻结很长时间, 透水混凝土不太可能完全饱和. 透水混凝土的成功性能不需要特别的预防措施, 但建议在透水混凝土下面铺一层4到8英寸厚的净骨料基层. 美国东部的中部地区就属于这一类.

硬湿冻结

由于平均日气温长期持续低于冰点而导致地面冻结的某些湿冻结地区被称为硬湿冻结地区. 这些地区可能会出现透水性混凝土完全饱和的情况,因为冻土的透水性很低. 霜冻的穿透深度(温度达到华氏32度的深度)在全国各地是不同的.

 为了设计抗冻融透水混凝土路面,NRMCA建议如下: 

1. 计算你所在区域的霜冻深度. 在华盛顿特区.C.例如,它的面积约为30英寸. 

2. 计算其中的65%. 美国联邦航空管理局(FAA)表示,最上面的65%应该包含不受霜冻影响的材料,最下面的35%可能是在易受霜冻影响的路基. 应该注意的是,美国联邦航空局使用65%的限制来防止冻胀. 在这种情况下,关键因素是水的渗透. 大概是19岁.30英寸的霜冻深度是5英寸. 

3. 提供透水混凝土路面加骨料基层等于计算的数量. 为19.5英寸的计算,6英寸厚的透水混凝土路面超过13.5英寸厚的骨料底座就足够了. 骨料基层必须由清洁的、排水的、小于1的级配骨料基层组成.比0细5%.5 mm. 如果霜的深度很高, 比如北达科他州有100英寸, 可采取其他措施,以减少完全饱和透水混凝土路面的机会. 一个穿孔的PVC管可以放置在骨料基捕获所有的水,并让它排出. 冻融环境中的透水混凝土应始终加气以提供额外的保护.

地下高水位

在冻融的环境中,当地下水位上升到离地面不到3英尺的高度,或者当大量的水分可以从较高的地面流动时,不建议使用透水混凝土.

除冰

化学用途用于保持不结冰的除冰化学品, safe pavement surfaces for dense pavements may be used on pervious pavements; however, 在许多情况下,可能不需要使用除冰剂来保持防滑表面. 冰雪融化后的温度使得雪融化的速度如此之快,以至于路面表面没有液态水可以再次冻结成冰涂层. 路面不结冰有助于行人和车辆的安全. 适当耕作和少量使用除冰剂, 从路面表面除去湿气, 再次防止水分在表面结冰,造成结冰的情况. 因为使用除冰剂会融化, 融化的冰向下进入路面,在许多情况下留下一些未溶解的除冰剂,使其可以用于未来的雪和冰事件. 据报道,化学除冰剂的用量减少了70% (Houle 2008)。. 这就减少了除冰化学品的使用,并以最低的冬季维护成本清洁安全的路面.

Summary

透水混凝土应用实例:班布里奇岛彩色透水混凝土栈道, WA. (IMG15586)透水混凝土路面的好处是众所周知的, 但是对抗冻融性的担忧可能会阻止许多设计师在寒冷的气候中使用透水混凝土. 近年来,在干湿冰冻地区已有多个透水混凝土路面工程,表现出良好的现场性能. 透水混凝土路面抗冻融性能的研究正在美国各地进行. 透水路面应由经验丰富的安装人员放置,结构和周围细节的设计应适应预期的水流和排水要求.

参考文献

透水混凝土的抗冻融性能 (2004)全国预拌混凝土协会17页
近年来,在干湿冰冻地区已有多个透水混凝土路面工程,表现出良好的现场性能. 对不同冻融条件下透水混凝土路面的成功性能提出了建议. 在硬湿冻地区,透水混凝土路面的性能研究经验有限. 因此,在这些地区必须极其小心. 透水路面应由经验丰富的安装人员铺设,路面结构和周围细节的设计应适应预期的水流和排水要求.

Houle Kristopher米., 透水路面的冬季性能评价, 硕士论文, 新罕布什尔大学, 2008年9月, 142页.  

NRMCA, Karthik Obla,个人通讯,2006年5月18日.

Kevern约翰·特里斯坦 寒冷气候条件下硅酸盐水泥透水混凝土配合比设计研究,硕士论文,爱荷华州立大学,艾姆斯,爱荷华,2006,155页.

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