关于透水混凝土道路材料的污染与净化的研究外文翻译资料

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关于透水混凝土道路材料的污染与净化的研究

Ming-Gin Lee1 ; Mang Tia, M.ASCE2 ; Shun-Hsing Chuang3 ; Yishuo Huang4 ; and Chia-Liang Chiang5

摘要：在这项研究中，探讨的是透水混凝土道路材料对于减少污染浓聚物以及水质净化的能力，这个项目主要是研究透水混凝土道路材料对于诸如稀释的硫酸、海水以及车用机油等污染浓聚物减轻的能力。结果证明了透水混凝土道路材料对于减少诸如稀释的硫酸、海水以及车用机油等污染浓聚物是十分有效的。在流经透水混凝土道路时,一份稀释的硫酸溶液（pH为2.0）的pH会急剧地上升到大约7.0。透水混凝土道路系统可以将一份人造海水溶液（含盐度36%）的盐度含量减少到1%。并且也可以将结合有几种类型水的车用机油中的含油量减少到1%。这项研究表明透水混凝土道路具有很好的环境防护以及水体保护的价值与潜力。DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943- 5533.0000916. copy; 2014 American Society of Civil Engineers

关键词: 透水混凝土; 人造海水;净化; 稀释的硫酸; 车用机油.

0引言

透水混凝土道路被证明了在管理道路表面流动物上十分有效(Brattebo and Booth 2003;EPA 2000)。城市巨大的体积和流动物会在水体表面引起严重的侵蚀以及淤积。在道路环境体系中透水混凝土路面是一种保护树木十分合理的方法。许多植被在不透水的道路、人行道以及绿化工程中是十分难以生长的，因为它们的根部难以吸收到空气和水分。在道路被完全利用的同时,透水混凝土路面也可以让毗邻的树木吸收更多的水与空气。透水混凝土也为那些希望在停车场和城市路面种植更多的绿色植物的景观美化工作者以及建筑师提供了解决方案 (Tennis et al. 2004)。根据美国环保局研究,透水混凝土路面拥有许多改善城市环境的优势，比如:(Yang and Jiang 2003)

1. 清除污染物以净化水质；

2. 对于路边和排水管的需求较少；

3. 具有较好的抗滑性来提高道路安全性；

4. 与蓄水层能循环利用。

透水混凝土路面是解决当前重要环境问题的一种十分好的方法，同时它也能够给植被提供足够的生长空间。透水混凝土可以使路面的雨水流入地下，这不仅可以有利于地下水的储存，而且也可以减少路面的雨水淤积，同时这也正好符合美国环保局的雨水处理规定。事实上，透水混凝土的使用是来自于美国环保局颁布的“最佳管理措施” (ACI 2010)。

全透水路面目前主要应用于轻交通。在重交通地区，全透水路面设计成为管理雨水的最佳方案，它的发展是一项十分有意义的研究(Li et al. 2012).。有学者在台湾停车场进行透水混凝土路面的相关调查，它由表面为20cm的透水混凝土层以及10cm的碎石基层组成，这项调查表明其路面表层的抗压强度超过了一般混凝土结构的强度标准(17.15 MPa)。停车场的透水率大概在1000ml/15s。表层透水混凝土的透水性能较好并且表面没有裂缝产生 (Lee et al. 2009)。在2008年的北京奥林匹克国际运动场中，从停车场到人行道的路面材料便应用了透水混凝土，并且使用寿命超过了四年。然而这些路面仍未表现出表面剥落或者过度裂化的征兆(ACI 2010)。

透水混凝土路面将污染物存留于土壤或者道路下的其他材料中，并且允许水流可以留下并作为地下水存储，这也同时阻止了河流侵蚀等问题。它们也可以吸附一些重金属，防止它们被冲刷进河流而以及在环境中逐渐累积。在它们的空隙中，会自然地产生一些微生物去分解车油，使其残留小部分，而大多数会被分解为二氧化碳和水。它们在这样的管理模式下，雨水的渗透远远少于在不透水路面的某些地方摆放一些独立的雨水处理装置。路面以及停车场是垃圾的比较主要的来源地方。汽车尾气以及曲轴箱泄露的悬浮物、重金属、以及碳氢化合物分布在道路的表面。汽车污染物会在道路表面积累，直到一些沉积物会将它们一同带进水流中，然后进入河流以及地下水中(Thomle 2010)。

这些污染物会潜在地破坏水体附近敏感的生态系统或者通过井和表面回收水进入供水系统中，而这些是和人类健康息息相关的。 关于透水混凝土路面的水质的大量研究表明，其中的污染物被去除掉了。根据这些调查，透水混凝土路面或许可以过滤、吸收或者降解机油(Newman et al. 2002)。因此不需要再加入机油降解微生物；它们自身所带的微生物便具有降解机油的能力。随着机油的降解，那些营养素也会同时加快机油的降解。随着营养浓度的降低，二氧化碳的浓度也会降低，这在一定程度上也体现了微生物的活跃程度 (Newman et al. 2002)。在透水混凝土可以有效降解机油的研究被证实之前，一种可行的方法是缓慢地向路面渗透营养素直到它使用寿命结束，不过这种方法需要去完善和发展。可以向配方设计中加入磷酸珠，然后通过测试来看看它的效果是否达到预期。随着道路结构中的微生物多样性的增长，机油的利用率也会随之增长。 这种现象不是很容易理解，因此需要更多的研究来解释为什么在机油只能被细菌分解的情况下，随着微生物的多样性的增加，机油的降解会更好(Newman et al. 2002).。下面的实验便是关于透水混凝土路面对于水质以及污染物过滤的研究。

1实验

1.1原材料

本实验采用的水泥是台湾水泥股份有限公司生产的ASTM C150 (ASTM 2007b)普通硅酸盐水泥。其化学组成与物理性能如表1。粗集料采用粒径为2.36-4.75mm的碎石。实验所用碎石来自台湾的Taichung的大甲河。碎石包含有砂石和石英。 粗集料的物理性能如表2。在透水混凝土混合物中，完整的集料是不存在的，因为在混合的时候，会破坏它们孔结构的联通。强可塑剂为液态，其比重为1.05，并且固体含量占30%。其化学组成与物理性能如表3。上述的水泥、碎石、强可塑剂和水使得透水混凝土混合坍落度为零英尺。塑性透水混凝土混合物比传统混凝土要更加僵硬。但是坍落度一般会小于2cm，尽管由于它特殊的组成，一般的坍落度和空气含量测试方法不是很适用于它。透水混凝土混合物的组成成分如表4，并且 ACI 211.3R-02 (ACI 2002)为生产透水混凝土混合物的成分比提供了程序。对于透水混凝土的成分比例程序是在一定基础上的，便是在保证所需的孔隙率的前提，浆体的体积能够满足集料颗粒分布所需要的量。单位体积混凝土中集料的量是取决于其干密度以及粗骨料干燥后的体积。一旦浆体的体积确定，那么水灰比也就确定了，水泥以及水的量可以依据这个关系进行确定。本次实验的水灰比为0.29。

用于隔开15cm的碎石面和其下的土壤面的是土工布膜。 根据美国国家公路与运输协会标准公布的土壤分类系统，底基层的土壤类型为A-1—一种根据粒径分布以及界限含水量数据所定义的土壤类型。其物理性能如表5，土壤的渗透率为0.25cm/s 。

Table 1.水泥化学组成和物理性能

CSH2为石膏; SG 为比重

Table 2. 粗集料的物理性能

SG为比重

Table 3. 强可塑剂的性能

Table 4.透水混凝土的设计配比

A为粗集料; C为水泥; F为细集料; SP 为强可塑剂; W为水.

Table 5.底基层土壤的物理性能

1.2透水混凝土搅拌与试样制备

为了根据其配比来分析透水混凝土路面的物理性能和不同的净化效率，水灰比设置为0.29，并且根据目标孔隙率为25%，其集灰比设计为4.5。作为景观路面，当它的孔隙率为25%时，其抗压强度应接近于10MPa，透水混凝土的制备步骤如下：

1、用双轴循环机在一分钟内加入水泥与粗集料；

2、将其与水以及掺和物搅拌两分钟，保证其流动性；

3、直到用手握成球状时，其不会松弛或者随着浆体包裹集料时而失去孔隙结构。

透水混凝土的湿密度为1886kg/m3 ，测试方法参照 ASTM C1688 (ASTM 2013)。可接受密度范围为设计密度plusmn;80kg/m3。

压缩不均匀对于透水混凝土的强度以及密度影响较大。压实方法有两种：一是ASTM C192 (ASTM 2007a) 中的捣杆法，一是普罗克特法。普罗特法使用的是一个钢圆板与一个做导向作用的导杆相连。为了压实混凝土，圆板必须要全部压上去并且是自由下落地压。样品被装在两块板中，每一面都要压25次，同时要保证圆板的高度不变化。在将其压实完后，便要立即进行养护了。在其上覆盖一层塑料膜来防止它水分的损失。最初的养护条件参照ASTMC

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资料编号：[1596]

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