《透水混凝土浅析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《透水混凝土浅析（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、前言透水混凝土是欧美、 日本等发达国家在 20 世纪 70、80 年代针对城市水泥混凝土道路路面缺乏呼吸性、吸收热量与渗透雨水等缺陷而开发的一种环保、生态型的路面材料 1-3 。 与普通混凝土路面相比,透水混凝土具有多孔轻质、透气透水等特点,利用透水混凝土铺设的城市道路路面,有利于调节城市气温、降低地表温度、减轻城市“热岛现象” 4-5 。 而且透水混凝土路面也可充分利用自然降水补充地下水资源,发挥“蓄水池”功能,是当前我国“海绵城市”道路建设的重要途径之一。 同时,其他很多国家也在大量推广使用透水混凝土,如德国预期要在短期内将 90%的道路改造成透水混凝土 6 。为了满足透水要求,透水混凝土
2、一般具有较高的孔隙率, 导致透水混凝土的强度通常比较低,目前工程上使用的透水混凝土抗压强度普遍不高于30MPa。较低的强度制约了透水混凝土的推广应用,基本上仅用于对强度要求不太高的场合,如公园内道路、人行道、轻量级车道、停车场以及各种新型体育场地等,难以作为交通承载量较大的道路路面材料 7-8 。 本文采用水泥、砂石等普通混凝土原材料制备透水混凝土,分析骨料种类、粒径与级配等骨料特性,以及配合比、成型方法等因素对透水混凝土抗压强度、透水系数等性能的影响,探讨利用普通混凝土原材料制备较高强度透水混凝土的工艺措施。1 试验部分1.1 原材料水泥: 黄石某水泥厂生产的 PO 42.5 级水泥;粗骨料
3、: 粗骨料分别取自湖北省阳新县交通碎石厂、湖北省黄石青龙碎石厂、湖北省随县万和镇石材厂废弃石料处理中心、湖南宝隆科技发展有限公司,其技术指标见表 1;粉煤灰:湖北某公司生产的级粉煤灰;减水剂:武汉某混凝土公司生产用聚羧酸高效减水剂,固含量 42%,实测减水率为 40%,最佳掺量为 0.8%;拌合与养护用水均采用自来水。1.2 基准配合比设计(1)骨料:其总用量取每 m 3 骨料紧密堆积状态的质量。(2)胶凝材料:混凝土胶凝材料总量初步确定普通原材料制备:利用非连续粒级骨料、水泥、矿物掺合料等普通原材料,掺入高性能减水剂制备了 C30 透水混凝土,并研究了骨料特性、水胶比、成型方式等因素对透水混
4、凝土抗压强度、透水系数等性能的影响。 结果表明:选用粒径为4.759.5mm 粗骨料、PO 42.5 级水泥,控制水灰比 0.30 左右,掺入聚羧酸高效减水剂,可制得表观密度为 1900kg/m 3 、透水系数大于 1.5mm/s 的 C30 透水混凝土。3 ,其中,水泥用量 350kg/m 3 ,粉煤灰用量50kg/m 3 ,再通过试验,在保证最佳水泥浆量的条件下,确定最小水泥用量。(3)水胶比:基准水胶比取 0.30,在骨料、胶凝材料用量一定的情况下,从小到大选取几组不同的水胶比制备混凝土,测试其抗压强度,通过试验确定最佳水胶比。(4)外加剂:聚羧酸减水剂掺量按胶凝材料用量的 0.8%掺加
5、,同时掺加少量消石灰以调整水泥浆的黏性。1.3 试验方法1.3.1 试件的制作(1)混凝土混合料的制备:根据设计的配合比称量各原材料, 按照以下三种方法分别制备混合料:普通搅拌法,将所有固体原材料一次性加入搅拌机,然后边加水边搅拌,搅拌 3min 左右出料;预湿骨料法,先加入全部骨料与总用水量的 30%搅拌 20s 后,加入全部粉体材料(水泥与粉煤灰)搅拌 40s,最后加入剩余水与减水剂,再搅拌 90s 后制得混凝土混合料;预拌浆料法,先将全部粉体材料、拌合水与减水剂投入筒内搅拌均匀,制得比需要大 34 倍的浆料,然后加入全部骨料与已拌好的浆体一起搅拌,再用 2.36mm 的筛子筛除多余浆料,
6、形成除粗骨料表面包裹一层均匀浆体外没有多余浆料的混凝土拌合物。(2)试件的成型: 将制备好的混凝土拌合物分别采用以下三种方式成型: 普通振动成型法,将混凝土拌合物一次装入试模中,装料时用抹刀沿各试模壁插捣,装好后将试模附着在振动台上,以保证振动时试模不会出现跳动,振动 20s 后停止;人工插捣成型法,将混凝土拌合物分三层装入的试模中,每装一层后用坍落度捣棒在混合料表面由四周向中心以螺旋线方式插捣 12 次左右; 压力紧实法,将混凝土拌合物分二层装入的试模中,每装一层后将自制的压头模具覆盖在拌合物表面,将试模连同模具一起放置于压力机下加至指定压力后保持片刻卸载。每一种成型方法在装料时均使混凝土拌
7、合物高出试模口 1520mm,最后用抹刀将表面压实、抹平。(3)试件的养护: 依据 GB/T 500812002普通混凝土力学性能试验方法标准, 将试件标准条件养护至指定龄期。1.3.2 试件性能的测定方法1.3.2.1 有效孔隙率的测定有效孔隙率的测定方法 9 :取出制备好的透水混凝土试块放进 1105的烘箱中烘干至恒重,取出置于室内冷却 4h,然后用刻度尺测量出试块的长、宽、高,计算出试块体积 V,再将试块置于水中浸泡约 24h 使其吸水饱和, 秤取试件在水中的质量W 1 ,取出晾置 2h 后,观察试块表面不再有水渍,秤取试块质量 W 2 ,按式(1)计算试块的有效孔隙率 P:P= 1-W
8、 2 -W 1V( ) 100% (1)式中:P 为透水性混凝土的有效孔隙率,%;W 1为试块浸水饱和状态下在水中的质量,g;W 2 为试块在饱和面干状态时的重量,g; V 为试块的表观体积,cm 3 。为降低误差, 每组试件有效孔隙率重复测 3次,取其平均值。1.3.2.2 抗压强度的测定透 水 混 凝 土 试 件 的 抗 压 强 度 按 照 GB/T500812002普通混凝土力学性能试验方法标准进行检测。1.3.2.3 透水系数的测定透水系数的测定方法 9 :采用自制的简易透水性测定装置(见图 1),根据定水位透水系数法测定原理进行测定。 测定前必须将试件四周与透明方框之间的接缝用石蜡密
9、封好,接着向方框中加水超过20cm,水通过试件渗漏,当水平面降至刻度16cm 时开始计时,至方框中水全部漏完毕时的时间为 t 2 ,按T 2 =160/t 2 计算透水系数 T 2 。2 结果与讨论2.1 混合料制备方法对透水混凝土强度的影响依据设计的基准配合比称取各种原材料,分别采用普通搅拌法、预湿骨料法与预拌浆料法三种方表 1 粗骨料性能种类粒径/mm岩石类别表观密度/(kg/m 3 )紧密堆积密度/(kg/m 3 )空隙率/%压碎指标/%骨料骨料骨料骨料4.75耀204.75耀204.75耀204.75耀20玄武岩石灰石花岗岩花岗岩自制透水性测定装置示意图混凝土试件透明方框将各原材料混合
10、均匀,制得混凝土混合料,经浇注、密实成型、标准养护等工艺制作混凝土试件,测定抗压强度结果见图 试验结果表明,三种混合料制备方式对不同种类骨料制备的混凝土抗压强度的影响规律是基本一致的:预湿骨料法与预拌浆料法均可以提高透水混凝土的抗压强度,而且在水泥用量相同的情况下,采用预拌浆料法搅拌混凝土混合料可使透水混凝土抗压强度提高约 45%60%。这是由于预拌浆料法筛去了多余的浆料,留在骨料表面的浆体恰好是包裹骨料表面所需要的, 因此,在骨料表面能够形成一层比较均匀的浆体,充分保证了拌合物的均匀性,降低了硬化后混凝土结构的离散性,有利于混凝土强度的提高,这也从另一方面减少了水泥用量。2.2 骨料特性对透
11、水混凝土和易性与强度的影响(1)骨料种类表 2 是不同品种骨料在相同配合比情况下,采用预湿骨料搅拌混合料制备的混凝土拌合物流动性与硬化混凝土抗压强度测定结果。 由表中数据可知, 骨料品种对透水混凝土抗压强度有一定的影响。 这是因为骨料堆积空隙、骨料强度对透水混凝土强度有明显影响。 不同品种骨料的堆积密度与压碎指标值存在差异,骨料堆积密度较大,在堆积过程中形成的空隙率较小,而透水混凝土是无砂混凝土,其强度主要取决于粗骨料堆积的密实度与骨料界面之间的水泥石黏结强度。 因此,在水泥用量相同的情况下,骨料堆积空隙率越小硬化后结构越密实,抗压强度也会相应提高。(2)骨料粒径与级配分别利用 4.75耀9.
12、5mm、612.5mm、9.5耀16mm 与16耀20mm 四种单粒级骨料在相同配合比情况下,采用预湿骨料搅拌混合料制备的混凝土拌合物的流动性以及硬化混凝土抗压强度测定结果见表 3。由表中数据可知,粗骨料尺寸对透水混凝土抗压强度与混合料流动性有较明显的影响。 粗骨料粒径愈大,抗压强度愈大,但混合料的流动性愈低。 这是由于骨料的粒径越小,骨料堆积的空隙率越小,硬化混凝土结构密实度越大,因此,抗压强度会越大。 同时,骨料的粒径愈小,骨料总表面积愈大,骨料与胶凝材料的黏结面积就越大,骨料界面的黏结强度越大,对于透水混凝土来说,水泥石与骨料界面的黏结强度往往是混凝土中最薄弱的环节,因此,利用较小的粗骨
13、料配制透水混凝土有利于改善界面结构,从而进一步提高其抗压强度。 另一方面,较大的表面积需要更多的浆体包裹骨料表面,这样就导致了混凝土混合料的流动性变小。2.3 成型方式对透水混凝土性能的影响表 4 是 4.75耀9.5mm 粒级的骨料在相同配合比情况下,以预拌浆料法制备混合料、不同成型方式制作的透水混凝土试块各性能的测定结果。 由表4 可知, 静压成型方法有利于提高透水混凝土的各项性能。 这是由于普通振动成型方法有利于提高混凝土结构的密实度,但是由于透水混凝土是无细骨料混凝土,普通的振动方法会使浆料从骨料颗粒表面淌下,形成不均匀的混凝土组织结构,既不利于透水,也不利于强度提高,底部较多的浆体导
14、致封底,造成有效孔隙率降低,透水性进一步减小;人工插捣的方法难于保证混凝土结构密实、均匀,从而使其强度较低;静压成型方法施加适当的压力将骨料压实,减小了颗粒间的空隙,也有利于骨料间的黏结,因此,制备的透水混凝土强度较高,有效孔隙率较大,透水性相应提高,这一结果与试验过程中观察到的普通振动成型方式制作的试块存在较严重的封底现象一致。2 搅拌方法对试块 28d 抗压强度的影响表 2 骨料种类对混合料流动性与试块 28d 抗压强度的影响骨料种类坍落度/mm骨料骨料骨料骨料3 骨料级配对混合料流动性与试块 28d 抗压强度的影响骨料粒径/mm坍落度/mm4.75耀9.5612.59.5耀1616耀20
15、18.717.916.816.123.821.319.418.126.823.822.520.828.326.125.223.110152020抗压强度/MPa7d 14d 28d 90d3028262422201816骨料 骨料 骨料普通搅拌法预湿骨料法预拌浆料法透水混凝土是由粗骨料、胶凝材料与空隙组成的,可以将其看作由粗骨料颗粒形成的多孔堆聚结构, 再利用胶凝材料浆体将粗骨料颗粒黏结成整体。 透水混凝土的强度一般比较低,水泥石与骨料界面的黏结强度是透水混凝土中最薄弱的环节,因而结构的破坏常常是从骨料界面的水泥石层开始的。 胶凝材料在透水混凝土中不对孔隙进行填充,而是在骨料间起到黏结作用,
16、对于特定的骨料、水泥品种及其用量,水胶比则是影响水泥石层黏结强度、混凝土透水性的最主要因素。 图 3 是不同水胶比对 4.75耀9.5mm 粒级的骨料配制的透水混凝土各性能的影响。 由图 3 可知,随着水胶比的增大,透水混凝土的有效孔隙率降低,透水系数减小,但其抗压强度随着水胶比的增加出现一最大值。 这是由于当水胶比小于这一值时,浆体的量较少,难以均匀包裹在骨料颗粒表面,混合料流动性较差,难以密实成型,硬化的组织内部存在更贯通孔隙,虽然透水性较大,但不利于强度的提高;当水胶比大于这一值时,浆体的总量较多、流动性增大,但浆体较稀,黏结强度下降,而且较大的水胶比也会使浆体难以均匀包裹在固体颗粒表面,更容易从其表面流下,造成封底现象,导致硬化混凝土内部结构不均匀,从而导致透水性与抗压强度均降低。 试验过程中可以观察到性能良好的透水混凝土应该是浆体在骨料颗粒表面分布均匀,不会流淌,而且颗粒表面具有类似金属的光泽。3 结论
