摘要
透水混凝土是一种新型多孔路面材料，因其具有透水、透气、吸热、降噪以及净化水质等优点，已成为建设生态海绵城市最有效的建筑材料之一。透水混凝土常用硅酸盐水泥作为胶凝材料，该材料在生产过程中不仅消耗大量的资源和能源，还排放大量温室气体。因此开发一种资源节约、环境友好的材料来替代硅酸盐水泥制备透水混凝土是十分必要的。 本研究以矿渣和炉底灰为前驱体，不同模数的液体水玻璃为碱激发剂，制备了碱激发透水混凝土，研究了炉底灰掺量对碱激发矿渣材料凝结时间和流变性能的影响，并对胶凝材料配比进行了优化；在此基础上，探究其在外加剂增强前后的耐化学腐蚀性，对整体进行了力学性能和透水性能测试，对胶凝材料进行了XRD、FT-IR、TG、SEM和BET等表征，成功揭示了碱激发透水混凝土的化学腐蚀机制和外加剂增强机制。本文主要研究内容及结论如下： （1）炉底灰的加入能有效地延长碱激发材料的凝结时间和改善其流变性能，以1.4 M水玻璃激发制备透水混凝土，当炉底灰掺量为20%时，新拌胶凝材料的初终凝时间分别为40 min和51 min，剪切应力与塑性粘度分别为2.022 Pa和0.747 Pa·s；制备的碱激发透水混凝土的抗压强度为22.1 MPa，孔隙率和透水系数分别为 21%和 2.9 mm/s。随着炉底灰掺量的增加，胶凝材料的流变性能得到改善，浆膜厚度（PFT）减小，透水混凝土的孔隙率和透水系数均增大。 （2）本论文探究了碱激发剂模数对碱激发透水混凝土耐化学腐蚀性能的影响。研究表明，碱激发透水混凝土的抗压强度与碱激发剂模数成反比，孔隙率和透水系数与碱激发剂模数成正比。在硫酸盐侵蚀、加速碳化和耦合侵蚀实验组中这个比例关系依旧成立。红外光谱反卷积结果表明，在化学侵蚀条件下，模数越低的样品受侵蚀的影响越小，因为随着碱激发剂模数的降低，碱激发材料的结构更加致密，并且水化程度更好。本实验中，碱激发透水混凝土受耦合侵蚀后都出现了碳酸盐，其填充了微孔和介孔。化学侵蚀后，凝胶脱钙溶解引起的凝胶交联结构破坏导致强度的下降，但强度损失都在15%之内，仍能满足透水混凝土路面技术规程的要求。 （3）随着纳米SiO2掺量的增加，样品的抗压强度、透水性能和抗蚀系数均下降。纳米SiO2的加入并未改变碱激发胶凝材料的物相组成，同时还能填充碱激发材料的孔隙。侵蚀后表面还生成了硫酸钙和碳酸钙堵塞孔隙，使胶凝材料的微观结构致密化，孔径和孔容变小，硫酸根离子和碳酸根离子更难发生迁移，内部的侵蚀产物较少。控制合适的配比制备的碱激发透水混凝土在耦合侵蚀前后均能满足透水水泥混凝土路面技术规程要求。推荐最佳基础配比为：炉底灰掺量20%、水胶比0.35、碱度4%、水玻璃模数1.4、纳米SiO2掺量1%。
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