【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑材料领域，具体涉及一种预留凹槽的透水混凝土砖及其制作方法、分析方法。
技术介绍
1、透水混凝土砖(permeable concrete paving brick，pcpb)作为一种新型可持续路面铺装材料，因其具有出色的环境效益与经济效益，已被广泛应用于城市化建设的各种场合中。市面上常见透水砖有陶瓷透水砖、砂基透水砖、水泥透水砖，自身具有一定的吸水透水能力，但透水能力有限，降水量过大时不能快速将雨水排入地下。此外随着服役时间的增长，雨水中掺杂的杂质逐渐堵塞透水孔，透水性不断降低，不再满足透水性要求。
2、近些年国内外学者研制出的各种新型透水铺面砖，能够满足透水性要求及时将雨水排入地下，长期服役透水率降幅也能满足要求，但多为制备工艺复杂，施工难度大，经济效果不佳，很难应用于实体工程。
3、因此，有必要提供一种新型透水混凝土砖解决上述技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是现有技术中透水砖的凹槽结构对砖体的力学性能产生明显的削弱的问题。
2、本专利技术解决所述问题，采用的技术方案是：
3、一种预留凹槽的透水混凝土砖，其组分为砂率5％，硅灰掺量10％，碱激发剂用量4％，砖体设有凹槽，凹槽为截面为半圆形的通槽，该路面砖抗压强度为35.3mpa，劈裂抗拉强度为4.5mpa，透水系数为0.301cm/s。
4、采用上述结构的本专利技术，与现有技术相比，其有益效果是：
5、首先，砖体采用透水
6、其次，砖体设计构型采用底部凹槽形式，半圆形凹槽的留设，缩短了渗流路径，增加了砖体的透水性能，同时很好解决砖体长期服役过程的孔隙堵塞风险，延长服役寿命。
7、优选的，所述凹槽均位于砖体下表面中心之上且均关于砖体下表面中心对称，凹槽宽度为砖体宽度的三分之一，凹槽高度为砖体高度的二分之一以下。
8、本专利技术解决所述问题，还提供了上述路面砖的制作方法，具体技术方案如下：
9、一种预留凹槽的透水混凝土砖的制作方法，按下列步骤进行：
10、1)依次称量相应质量的粗骨料、中砂，并依次倒入搅拌机中搅拌30s；
11、2)向搅拌机中倒入总质量一半的水，并充分搅拌30s；
12、3)称量相应质量的水泥，并加入搅拌机中搅拌30s；
13、4)称量相应质量的硅灰，并加入搅拌机中搅拌30s；
14、5)称量相应质量的高效减水剂、碱激发剂，并与剩余水充分混合，缓缓倒入搅拌机中搅拌90s；
15、6)倒入定制模型中，人工进行振捣成型，常温下静置24小时后脱模；
16、7)脱模，在20±2℃，温度95％的环境中进行养护。
17、本专利技术还提供了预留凹槽的透水混凝土砖的综合性能分析方法：
18、a.通过有限元受压模拟进行分析：
19、第一步，样品选择：实施样品透水砖的尺寸均为200mm×100mm×60mm，透水砖底面设置不同形状的凹槽，凹槽形状分别为矩形、半圆形、三心拱形、圆弧拱形和梯形；
20、第二步，网格划分：选择solid65单元建立有限元模型，选择单元尺寸为10mm；采用扫略划分，利用mesh200单元进行源面与目标面的网格划分，将凹槽附近进行网格加密处理；
21、第三步，本构关系和破坏准则：采用ansys系统中混凝土的w-w破坏准则，输入相关参数，其中关闭混凝土压碎选项，即将抗压强度值设置为-1，在编写apdl命令流时，在命令流窗口输入指令：
22、tb，concr，1,1，
23、tbdata，，0.5,0.95，ft，-1，
24、从而确定混凝土的破坏准则相关参数；输入应力-应变数据，以定义pcpb的本构关系为miso模型，选用缺省的线弹性模型，继续输入应力-应变数据，以定义pcpb的本构关系为miso模型；将应力-应变曲线中的下降段替代为斜率是零的平直线；
25、第四步，加载与求解：在pcpb模型上表面施加垂直上表面向下的均布面荷载以模拟压力；在砖体下表面施加z方向约束以模拟地面约束；在砖体下表面边缘处施加x、y、z三方向约束，求解类型选择静态分析，在各加载增量中进行分段线性化,收敛判据选择力的收敛准则，收敛容差使用系统缺省值0.5％；
26、第五步，得出有限元计算结果：通过试算设置荷载步为1，荷载子步为500步，进行不同凹槽形状的pcpb受压模拟，对不同pcpb模型均施加10mpa的面荷载，计算完成后在后处理器模块中导出von mises应力云图与y方向上的位移云图；
27、第六步，取所述试件放入电液伺服万能试验机进行抗压测试，加载速率为每秒0.5mpa，用以下公式计算新型pcpb的结构强度；取每组5个砖体的平均值作为该组的结构强度值，
28、
29、其中：
30、rcs——新型pcpb的结构强度值(mpa)；
31、p——新型pcpb的破坏荷载(n)；
32、a——新型pcpb的上承压面积(mm2)，
33、得出受压性能较优的凹槽形状；
34、第七步，将试验破坏后的试件取出，根据各试件的破坏情况，分析各预留凹槽的砖体的承载力；
35、c.凹槽形状对透水系数损失率的影响分析：
36、第八步，试验前将砖体棱角处用少量轻质黏土密封，再将砖体侧面用塑料薄膜进行多层包裹；
37、第九步，将试件放入透水系数测定装置，打开水龙头，用定水测试法测定试件原始透水系数，测定完毕后取出试件；
38、第九步，等待砖体内部水完全流尽工将其表面水分擦干，将试件重新放入透水系数测定装置中，将20g细砂均匀铺洒在砖体上表面，缓缓向仪器中滴水，期间合水以滴落状态撞击砖体表面，持续滴水水2min后打开水龙头，使水均匀冲刷整个砖体；
39、第十步，重复上述过程五次，并按照定水头测试法测定五次模拟堵塞后的pcpb透水系数；
40、d.凹槽形状对抗冻性能的影响:
41、第十一步，根据不同凹槽形状pcpb的抗压强度损失率计算结果绘制凹槽形状对50次冻融循环；
42、第十二步，将具有凹槽透水混凝土砖与无凹槽的透水混凝土砖进行对比，计算预留凹槽后透水混凝土砖抗压强度损失率。
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1.一种预留凹槽的透水混凝土砖，其特征在于：其组分为砂率5％，硅灰掺量10％，碱激发剂用量4％，砖体设有凹槽，凹槽为截面为半圆形的通槽，该路面砖抗压强度为35.3MPa，劈裂抗拉强度为4.5MPa，透水系数为0.301cm/s。
2.根据权利要求1所述的预留凹槽的透水混凝土砖，其特征在于：所述凹槽均位于砖体下表面中心之上且均关于砖体下表面中心对称，凹槽宽度为砖体宽度的三分之一，凹槽高度为砖体高度的二分之一以下。
3.如权利要求1所述的预留凹槽的透水混凝土砖的制作方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述预留凹槽的透水混凝土砖的综合性能分析方法：
【技术特征摘要】
1.一种预留凹槽的透水混凝土砖，其特征在于：其组分为砂率5％，硅灰掺量10％，碱激发剂用量4％，砖体设有凹槽，凹槽为截面为半圆形的通槽，该路面砖抗压强度为35.3mpa，劈裂抗拉强度为4.5mpa，透水系数为0.301cm/s。
2.根据权利要求1所述的预留凹槽的透水混凝土砖，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：周爽，徐俊鹏，李玉涛，宋有宏，孙龙彪，欧林，
申请(专利权)人：中国二十二冶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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