摘 要: 文章根據我國無砂透水性混凝土開發和應用的現狀, 對無砂透水性混凝土抗壓強度、透水性進行了試驗研究, 分析了混凝土抗壓強度和透水系數與水灰比、骨料粒徑的關系, 提出了強度高達C50, 透水系數為2189mm / s的透水性混凝體最優配比方案。
關鍵詞: 透水混凝土; 透水性混凝土路面磚; 抗壓強度; 透水系數
中圖分類號: TU528 文獻標識碼: A 文章編號: 1671 - 0959 (2007) 0120081203
目前國內研制的透水性混凝土路面磚的抗壓強度一般在20～25MPa, 與國家建材行業標準《混凝土路面磚》規定的抗壓強度最低值C30 (30MPa)有差距。本文在前人研究成果的基礎上, 利用本地產水泥、添加外加劑、采用特殊生產工藝和成型方法, 進行了無砂高強透水性混凝土試驗研究, 提出了強度高達C50, 透水系數為2189mm / s的透水性混凝體最優配比方案。
1 試驗方法
關于大孔徑混凝土的透水性, 我國還沒有制定標準的測試方法。本文參照日本混凝土協會1998年提出的《多孔混凝土性能試驗方法草案》對透水性混凝土的抗壓強度、透水系數、孔隙率等性能進行試驗研究。
1．1 試驗設計
利用數理統計所提出的正交試驗方法, 對透水磚的配比及性能的試驗方案進行研究, 找出強度、透水性與配比關系。目前透水性混凝土的最佳水灰比通常介于0．25 ～0．35之間[ 1 ] , 故本方案擬選用0．27、0．3、0．33。骨膠比的大小影響混凝土的強度和透水性, 考慮較小粒徑骨料的表面積較大, 為保持水泥漿的合理厚度, 本次試驗采用的骨膠比定為4．0、4．5、5．0。因為選用的影響因素為三個,故正交試驗方案的安排見表1。
1．2 原材料
水泥: 普通硅酸鹽水泥, 強度等級為42．5。
骨料: 采用人工碎石, 粒徑選用2．5～5．0mm, 5．0～10．0mm, 5．0～15．0mm的單一粒級。
外加劑: 選用天津泰克科技有限公司生產的XQB混凝土增強劑。
拌合及養護用水: 自來水。
1．3 試塊制備
每組制備5個試件, 每個試件一次加壓成型, 成型壓力為2MPa。成型后表面覆蓋塑料薄膜以防止水分散失, 經24h后,拆模放入標準養護室養護28d。本次試件為250mm ×250mm×60mm長方體(用于抗壓強度測試)和直徑100mm、高度200mm的圓柱體(用于透水系數測試)兩種。
1．4 抗壓強度測試
參照規范《混凝土路面磚》JC /T 446—2000測定試件的抗壓強度, 受壓面積120mm ×60mm, 加載速率為0．3～0．5MPa / s, 取5個試件的平均值。按我國道路場地設計規范, 本研究的透水性混凝土路面磚標準塊規格尺寸的邊長/厚度= 4117 < 5, 所以不必考慮抗折強度。
1．5 透水系數測試
目前, 我國對透水性混凝土透水系數的測試主要有兩種方法。
一種是日本混凝土協會提出的“多孔混凝土性能試驗方法草案”。這種方法主要參考《土壤透水性試驗》, 試驗時采用定水頭的方法, 如圖1左所示[ 2, 3 ]。根據達西定律測量混凝土的透水系數。試驗時從透水套筒的上部注入水,水通過試件進入外套筒, 最后從溢水口流出。在持續加水的情況下, 當加入的水量與溢出的水量取得平衡時, 用量筒計量通過混凝土的出水量, 同時計量出水的時間, 然后通過公式(1)就可以計算透水系數K1 :K1 = QL / (AH△t) (1)
式中 K1 ———透水性混凝土的透水系數, mm / s;
Q———測試時間段△t內透過混凝土的水量, mm3 ;
L ———透水性混凝土試件的高度, mm;
A ———透水性混凝土試件的面積, mm2 ;
H———水頭, mm;
△t———測試時間, s。
另一種方法是采用變水頭的方法, 即從一定的水頭高度開始, 以滲流速度V 表示透水性混凝土的透水系數, 如圖1右所示。試驗時, 在透水套筒內注入一定高度的水,水通過混凝土試件從試件的下表面流出, 通過測試試件表面水位下降一定高度所需的時間, 根據公式(2)計算透水系數K2 :
K2 = h / △t (2)
式中 K2 ———透水性混凝土的透水系數。mm / s;
H———水位變化高度, mm;
△t———測試時間, s。
本次試驗采用定水頭法測定透水系數, 結果見表2。
1．6 孔隙率和連通孔隙率測試
首先用卡尺測量并計算試件的外觀體積V1 ; 將試件浸泡在水中使其飽和后, 稱取試件在水中的重量W1 ; 將試件從水中取出, 控干內部吸入的水并擦干表面多余的水, 待重量恒定后稱取試件在空氣中的重量W2 ; 然后將試件在20℃ ±2℃、相對濕度60%的條件下自然放置24h, 稱取試件在空氣中的重量W3 ; 則透水性混凝土的總孔隙率P1 和連通孔隙率P2 分別按公式(3) 、(4)進行計算, 結果見表2。
P1 = [1 - (W3 - W1 ) /V1 ] ×100% (3)
P2 = [1 - (W2 - W1 ) /V1 ] ×100% (4)
2 試驗結果
本試驗各組試件的抗壓強度、透水系數、孔隙率和連通孔隙率試驗結果見表2, 表中各項數據均為每組5個試件平均值。
3 結 論
對以上試驗結果進行分析得出以下結論:
1) 根據透水性混凝土結構模型可知, 透水性混凝土受力是通過骨料之間的膠結點傳遞力的作用。由于骨料本身的強度較高, 水泥凝膠層很薄, 水泥凝膠體與粗骨料界面之間的膠結面積小, 其破壞特征是骨料顆粒之間的連接點被破壞。因此, 在保證一定孔隙率的前提下, 增加膠結點的數量和面積, 增強膠結力是提高透水性混凝土強度的關鍵。骨料粒徑越小, 比表面積越大, 所形成的結構骨架單位體積內骨料顆粒之間的接觸點數量多, 膠結面積越大,從而提高透水性混凝土的整體強度[ 4 ]。由試驗數據可知,即使水灰比相同, 但由于粒徑減少, 膠結點的數量多、面積大, 抗壓強度增大。
2) 本次研究采用強制式攪拌機和預拌水泥漿法進行攪拌, 即首先拌制比需要量大3～4倍的水泥漿, 然后將骨料與水泥漿一起攪拌, 保證每顆粒骨料上都包裹較多的水泥漿, 再使這些骨料通過一個以一定頻率振動的篩子, 篩去多余的水泥漿, 這樣留在骨料表面的水泥漿, 恰好是所需要的。采用這種方法, 可以保證攪拌的均勻性, 水泥漿的利用率也最大。正是由于這兩條原因, 加之選用了適宜的外加劑, 使本次研制的透水性混凝土抗壓強度之高在目前尚未見到類似報道。
3) 對于透水混凝土的強度而言, 在水灰比處于0127～0133之間時, 骨料粒徑與骨膠比對強度影響顯著, 因而在配制過程中, 骨膠比應取較小值, 骨料粒徑適中。試驗表明, 組號4 的強度指標最高(強度58128MPa, 透水系數2189mm / s) , 組號3的透水系數最好(強度24172MPa, 透水系數6154mm / s) 。
4) 無砂混凝土的透水性和抗壓強度與混凝土的孔隙率有關。試驗表明, 其透水性和強度是一對相互矛盾的指標,在配制透水混凝土時, 應注意協調二者之間的關系。
5) 對無砂透水性混凝土來講, 粒徑是影響其性能的一個重要因素。在進行配比設計時, 要合理選取粒徑, 以使透水性混凝土的性能符合使用要求。隨著骨料粒徑的減小,雖然強度提高很快, 但透水系數、總孔隙率和連通孔隙率均有不同程度的下降。
6)作為路面材料,通常要求表層具有良好的耐磨性和__平整度, 處于表層的骨料顆粒很容易脫落, 使道路表面凹凸不平。為保證其具有良好的耐磨性和平整度, 綜合考慮以上因素, 透水系數、總孔隙率和連通孔隙率均滿足規范《混凝土路面磚》JC /T 446、2000要求, 以級配良好抗壓強度高達C50的第4組作為終選方案。
參考文獻:
[ 1 ] 孟宏睿, 許建國, 等. 大孔混凝土的透水性及其測定方法[ J ]. 混凝土與水泥制品, 2004 (2) : 43～44.
[ 2 ] 霍亮, 高建明. 透水性混凝土透水系數的試驗研究[ J ].混凝土與水泥制品, 2004 (1) : 44～46.
[ 3 ] YANG J ing, J IANG Guo - liang. Experimental study on p roperties of pervious concrete pavement materials [ J ]. Cementand Concrete Research, Volume: 33, Issue: 3, March,2003, pp. 381～386.
[ 4 ] 劉葉峰, 朋改非, 等. 高強透水性混凝土材料試驗研究研究[ J ]. 混凝土, 2005 ( 3) : 56～58.
