無砂透水混凝土在北京市南北長街道路工程中的應(yīng)用研究
2006-05-07 00:00
摘要：對(duì)無砂透水混凝土的配合比與性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并將強(qiáng)度高、孔隙率大、透水性好的混凝土應(yīng)用于北京市南北長街道路工程中，并對(duì)施工要點(diǎn)進(jìn)行了論述。試驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)同一粒徑的骨料拌制無砂混凝土，存在著最佳水泥用量和水灰比；對(duì)于不同粒徑的骨料，在水泥用量相同時(shí)，并非骨料粒徑小的混凝土強(qiáng)度大；無砂混凝土的滲透系數(shù)與連通孔隙率有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
關(guān)鍵詞：無砂； 透水混凝土； 道路工程
引言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化建設(shè)的進(jìn)程，現(xiàn)代城市的地表逐步被鋼筋混凝土的房屋建筑和不透水的路面所覆蓋。但這些不透水的道路給城市的生態(tài)環(huán)境帶來了許多負(fù)面的影響。與自然的土壤相比，混凝土路面缺乏呼吸性、吸收熱量和滲透雨水的能力。隨之產(chǎn)生一系列環(huán)境問題: 能夠滲入地表的雨水明顯減少，城市的地下水位急劇下降；不透水的路面很難與空氣進(jìn)行熱量與濕度的交換，產(chǎn)生“熱島現(xiàn)象”；短時(shí)間的集中降雨，大量雨水不能及時(shí)滲入地表，容易造成道路被淹沒、交通癱瘓等社會(huì)問題[1 ] 。
無砂透水混凝土具有與普通混凝土所不同的特點(diǎn):容重小、水的毛細(xì)現(xiàn)象不顯著、透水性大，水泥用量小、施工簡單等，因此這種新型的建筑材料的優(yōu)越性不斷為人所知，并在道路領(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用。
本文通過研究無砂透水混凝土的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、透水系數(shù)和孔隙率，并找出最佳的配合比，成功地應(yīng)用在北京市南北長街道路工程中。
1 原材料與試驗(yàn)方法
1.1 原材料
1.1.1 水泥 強(qiáng)度等級(jí)為4215 普通硅酸鹽水泥，主要性能指標(biāo)見表1 。
1.1.2 骨料(石) 分別采用5mm～10mm、10mm～20mm 的單一粒級(jí)的碎石，嚴(yán)格控制針片狀顆粒。
1.1.3 粉體粘結(jié)劑 主要由硅粉、增強(qiáng)劑和UEA 組成，提高水泥漿與骨料的界面強(qiáng)度。
1.1.4 防凍劑 因在冬季施工，故采用BHF - 4 型混凝土防凍劑。
1.2 試驗(yàn)方法
將碎石、粉體粘結(jié)劑裝入攪拌機(jī)，攪拌30s ，再加入水泥、防凍劑，邊加水邊攪拌，攪拌2min～4min 后出料。將混合料裝入150mm ×150mm ×150mm 與100mm ×100mm ×400mm 的試模中，分層插搗成型試件。標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7d 后，改為自然養(yǎng)護(hù)，至28d時(shí)測其抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、透水系數(shù)和孔隙率。成型方法、養(yǎng)護(hù)條件和骨料的形狀會(huì)對(duì)無砂混凝土的強(qiáng)度、透水系數(shù)和孔隙率產(chǎn)生很大的影響。
透水系數(shù)采用變水位和定水位透水系數(shù)測定方法。
孔隙率的測定方法:將試件浸泡在水中使其飽水后，稱取試件在水中的重量W1 ；將試件從水中取出，控干內(nèi)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 ；并測定試件外觀體積V。孔隙率按下式計(jì)算：
P = (1 - (W2 - W1) / V) ×100 %
2 試驗(yàn)結(jié)果
2.1 無砂混凝土配合比及結(jié)果
根據(jù)碎石的不同粒徑和水泥的不同摻量，確定配合比，配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表2 。
2.2 無砂透水混凝土的強(qiáng)度
由表2 可知，在粒徑相同時(shí)，透水混凝土的強(qiáng)度隨水泥用量的增加而提高，但水泥用量增加到一定程度時(shí)，要使水泥漿均勻地包裹所有骨料顆粒，使顆粒有類似金屬光澤[2～3 ] ，用水量必定要增加，這種情況在粒徑小的無砂混凝土中表現(xiàn)更改突出。小水灰比、多水泥用量，無砂混凝土的抗壓強(qiáng)度高。水灰比與水泥用量影響骨料顆粒表面水泥漿層的厚度，水灰比和水泥用量不當(dāng)，會(huì)造成骨料顆粒表面水泥漿層稠度和厚度不適合，影響強(qiáng)度、孔隙率和透水性。因此，對(duì)同一粒徑的骨料拌制無砂混凝土，要考慮最佳水泥用量和水灰比[4～5 ] 。
對(duì)于不同粒徑的骨料，在水泥用量相同時(shí)，并非骨料粒徑小的混凝土強(qiáng)度大。小粒徑骨料比大粒徑骨料有較大的比表面積，在水泥用量小時(shí)，包裹骨料顆粒表面水泥漿的厚度較厚；在水泥用量大時(shí)，包裹骨料顆粒表面水泥漿的厚度較簿；要使水泥漿均勻地包裹所有骨料顆粒，使顆粒有類似金屬光澤，用水量必定要增加，強(qiáng)度會(huì)受到影響。
另外，加入粉體粘結(jié)劑可以提高水泥漿和骨料界面結(jié)合力，提高無砂混凝土的強(qiáng)度。
2.3 無砂透水混凝土的孔隙率
由試驗(yàn)結(jié)果及圖1 可以看出，同一粒徑的骨料，隨著水泥用量的增加，孔隙率降低，過多的水泥用量，會(huì)填充到骨料的間隙。對(duì)于不同粒徑的骨料，在水泥用量相同時(shí)，骨料粒徑大的混凝土孔隙率大。同一料粒徑，隨著孔隙率的增大，抗壓強(qiáng)度逐漸減小，較大孔隙的存在，減少了無砂混凝土承受荷載和抵抗變形的斷面面積。所以，與相同水泥用量的普通混凝土的強(qiáng)度相比，無砂混凝土的強(qiáng)度要小得多。
2.4 無砂透水混凝土的透水系數(shù)
圖2 透水試驗(yàn)結(jié)果表明，無砂混凝土的透水性隨水泥用量增大而降低，且粒徑大的比粒徑小的略高。試驗(yàn)結(jié)果表明無砂混凝土的滲透系數(shù)與連通孔隙率有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
2 無砂透水混凝土在北京市南北長街道路工程中的應(yīng)用
無砂混凝土具有較大的透水性和較小的毛細(xì)作用，使得無砂混凝土成為一種很好的地坪材料。為了能夠增加滲入地表的雨水，緩解城市的地下水位急劇下降等等的一些城市環(huán)境問題，北京市南北長街道路工程使用了無砂透水混凝土。
采用以上試驗(yàn)中的第七個(gè)配比，單方水泥用量、碎石用量分別為300kg 和1400kg ，石子粒徑10mm～20mm ，添加一定比例的粉體粘結(jié)劑和防凍劑。由混凝土攪拌站集中攪拌。
3.1 攪拌
采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，由于水泥漿的稠度較大，且數(shù)量較少，為了保證水泥漿能夠均勻地包裹在骨料上，攪拌時(shí)間適當(dāng)延長。投料順序：水泥+ 水+ 外加劑，攪拌均勻后加入10mm～20mm 碎石再繼續(xù)攪拌均勻。
3.2 澆筑
無砂混凝土是干硬性的混凝土，在澆筑前，用水濕潤路面，防止混凝土水分流失加速水泥凝結(jié)。由于無砂混凝土中水泥量有限，只能包裹骨料顆粒，因此，在澆筑時(shí)不得采用強(qiáng)烈振搗或夯實(shí)，否則將會(huì)使水泥漿沉積，破壞混凝土結(jié)構(gòu)均勻性，并在底部形成不透水層。澆筑后用輕型壓路機(jī)壓實(shí)壓平拌合物。
3.3 養(yǎng)護(hù)
無砂透水混凝土由于存在大量孔隙，易失水，干燥很快，所以早期養(yǎng)護(hù)非常重要。澆筑后用塑料簿膜覆蓋表面，并開始灑水養(yǎng)護(hù)。
4 結(jié)論
(1) 無砂透水混凝土的強(qiáng)度與水泥用量和水灰比有關(guān)，對(duì)同一粒徑的骨料拌制無砂混凝土，存在著最佳水泥用量和水灰比。
(2) 對(duì)于不同粒徑的骨料，在水泥用量相同時(shí)，并非骨料粒徑小的混凝土強(qiáng)度大。
(3) 無砂混凝土的孔隙率、透水性隨水泥用量增大而降低，且粒徑大的比粒徑小的略高。無砂混凝土的滲透系數(shù)與連通孔隙率有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
(4) 采用單方水泥用量、碎石用量分別為300kg和1400kg ，石子粒徑10mm～20mm ，添加一定比例的粘結(jié)劑和防凍劑，能制得抗壓強(qiáng)度1513MPa ，抗折強(qiáng)度310MPa ，孔隙率2115 % ，透水系數(shù)119cm/ s 的透水混凝土，成功應(yīng)用在北京市南北長街道路工程中。編輯：
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