干硬性混凝土彩色透水路面磚的設計

干硬性混凝土彩色透水路面磚的設計
張德成，張鳴，肖傳明，張云飛，葉正茂，劉福田
（濟南大學材料學院，山東，濟南 250022）

　　摘要：本文從發(fā)展綠色建材角度出發(fā)，通過使用粉煤灰取代部分水泥、水渣取代部分中粗砂來優(yōu)化原材料，根據(jù)干硬性混凝土機理設計彩色透水路面磚的配合比，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，利用實際生產(chǎn)設備進行試配調整工藝參數(shù)提高產(chǎn)品性能，建立了一條大量利用工業(yè)廢渣的新途徑。

　　關鍵詞：彩色透水路面磚；干硬性混凝土；配合比設計；生產(chǎn)工藝；水渣

　　1、前言

　　透水性混凝土是一種有利于生態(tài)和環(huán)保的混凝土。它有利于地表水的滲入，提高地表的透氣、透水性，具有調節(jié)城市地表溫度和濕度、減輕市政排水設施負擔等優(yōu)點。彩色透水路面磚是透水性混凝土典型應用制品之一，以其豐姿多彩的魅力，已越來越受到人們的青睞。彩色透水路面磚既滿足現(xiàn)代人對保持生態(tài)和環(huán)保的愿望，也滿足現(xiàn)代都市對色彩和文化氣息的渴求?？梢哉f，彩色透水路面磚既具有內在的韻致，又具有漂亮的外表，做到了實用性與欣賞性并重。因此，它必將引領新一代新型路面材料的潮流。

　　彩色透水路面磚不僅可用于人行道、廣場、園林、廠區(qū)和住宅小區(qū)的環(huán)境美化,還可用于停車場、車行道。它可以通過其多變的板塊形狀和不同色彩的組合設計出獨特的彩色路面。同時具有抗壓強度高，耐磨性、耐沖擊性、抗凍融性好及經(jīng)久耐用的特點。彩色透水路面磚的研究起步較晚，相關報道也寥寥無幾。本文利用粉煤灰取代部分水泥，降低成本的同時也符合可持續(xù)發(fā)展的要求。利用水渣取代部分中粗砂增加路面磚的透水性。同時水渣具有一定的膠凝性，改善了水泥與砂的界面結構（表現(xiàn)為強度的增加）。通過科學設計配合比，調整工藝參數(shù)，設計出了低成本高性能的彩色透水路面磚。

　　2、原材料

　　本研究用主要原材料如下：
　　粉煤灰：濰坊電廠一級灰；
　　水渣：濟鋼水渣，細度模數(shù)為3.0；
　　水泥：選用山東鋁業(yè)集團生產(chǎn)P.O42.5水泥；
　　砂：東營近郊產(chǎn)黃砂，細度模數(shù)為2和2.6兩種；
　　石：東營近郊產(chǎn)，選用5～10mm石和小于5mm的石屑；
　　外加劑：萘系高效減水劑；
　　顏料：市售氧化鐵紅、氧化鐵黃、氧化鐵黑、鉻黃和鉻綠。

　　3、彩色透水路面磚生產(chǎn)工藝及技術要點

　　3.1 透水路面磚的種類及機理

　　按透水方式與結構特征,透水磚可分為正面透水型和側面透水型兩類。正面透水型透水磚在實際應用中效果較為明顯,除具有較好的物理力學性能和透水性能外,還可制成彩色面層,美化環(huán)境,生產(chǎn)成本也相對較低[1]。

　　透水磚是由一定級配的集料、水泥、特種膠結劑和水等經(jīng)特殊工藝制成的。因選用的集料級配特殊，通常沒有或很少有粒度2.5mm以下的細集料，因此集料骨架中含大量的孔隙，并且這些孔隙是連通的。如果有雨水時它們沿這些貫通“線路”滲人地下。透水速度的快慢，即透水系數(shù)的大小主要取決于集料的級配及相應的透水混凝土配合比[2]。

　　3.2 工藝流程　　

　　彩色透水路面磚生產(chǎn)工藝流程見圖1。采用進口自動化生產(chǎn)設備，無需使用脫模劑。按體積法上料。基層料鋪平后鋪面料，振動過程中沖壓成型，然后送入養(yǎng)護室內養(yǎng)護。

　　3.3 技術要點

　　1) 細砂面料配制

　　面料層分細砂、中砂和裸露集料的面層等幾種。本文使用細砂面料。面料的配制，要滿足如下幾點：
　?、倏刂坪媚z骨比，比值太大，磚表面易產(chǎn)生裂縫，比值太小，則使面料層出現(xiàn)不結實、不耐磨；一般膠骨比選0.29～0.2；
　?、诿媪纤?膠)比應大于或等于基料水灰(膠)比，而又不粘模為好。如果面料水灰(膠)比小于基料水灰(膠)比時，剛成型的彩色路面磚在輸送過程中會產(chǎn)生不規(guī)則的非貫穿性裂縫；
　?、垲伭媳９苤袘⒁夥莱?、防濕，一旦開袋使用，應在短時間內用完；不能用完時仍密閉保存，發(fā)現(xiàn)結團，應過篩使用；
　?、茴伭蠐搅吭蕉?，制品顏色就越深，這樣即影響路面物理力學性能，又提高了成本。應盡量采用淺色水泥或白水泥。水泥和砂石集料本色一定要穩(wěn)定，生產(chǎn)同批彩色路面磚應使用同型號同一批水泥及同層同礦山集料。如選用合成氧化鐵顏料，一般著色層顏料摻量為水泥摻量的3%～5%。 
　　配合比確定以后，加入顏料入攪拌機攪拌，先干拌10s～20s，再加入1/2的水攪拌10s左右，最后加入全部的水攪拌1min～2min。面料層的生產(chǎn)要盡量縮短成型時間，以免時間過長，面料層失水過多和發(fā)生水化反應[3]。

　　2) 基層的配制
　　路面磚采用二次布料法，即分為面層和基層?；鶎邮怯盟〈糠种写稚暗姆勖夯腋捎残曰炷?采用強制式攪拌機攪拌。試配時要先測出砂、碎石的含水率，然后在基準配比上調整砂石用量及用水量，調配出生產(chǎn)配合比，配合比的設計可根據(jù)不同的磚型和不同的需求進行調配。配合比調整完畢后輸入計算機，然后嚴格、準確的計量。各種原料投入攪拌機以后，先干攪拌20s左右，然后加入水攪拌1min～2min。如果加入外加劑，則需要另外調整加料次序。粉煤灰混凝土攪拌好后放入料倉，準備入模生產(chǎn)?；鶎拥纳a(chǎn)主要控制要點為：
　　①從空間結構來看，透水性路面磚是粗骨料顆粒與水泥石絞結而成的多孔結構，水泥石與粗骨料界面粘結強度是最薄弱環(huán)節(jié)，所以應采用42.5MPa以上強度水泥。水泥最佳用量以剛好包裹骨料表面形成均勻水泥漿為適度。以最小水泥用量為原則，過多水泥用量會增加成本、降低透水性。膠凝材料用量一般為230～300kg/m3。
　　②骨料級配是控制透水性重要批標，級配不良時，堆積骨架中孔隙大，強度低，反之強度高，透水性差。級配合理范圍：>10mm，(0～10%)； >5mm ，(95～40%)；<2.5mm,(10～3)%。通常不要有2.5mm以下的細骨料，以保證內部有大量孔隙。砂、碎石中的含泥量<1%，有機物含量<1%；
　?、劭刂坪媚z骨比，膠骨比的減小會增大透水性，但強度會降低；膠骨比增大時，強度會增大，但透水性降低。一般膠骨比選0.29～0.2；
　?、軐μ囟ǖ哪骋还橇嫌幸蛔罴阉?膠)比。當W/C小于這一最佳值時，水泥漿過于干稠，混凝土拌合物和易性太差，水泥漿體不能充分包裹骨料表面，不利于提高透水磚強度；反之，W/C過大，水泥漿可能把透水孔隙部分或全部堵死，既不利于透水，也不利于強度提高。最佳的W/C為0.25～0.35。要求做到“手抓成團,落地自散”；
　?、菥C合稠度、強度、表觀密度確定的最優(yōu)用水量，一般為80～120kg/m3；
　?、逓樵龃舐访娲u的透水性，需要人工制作連續(xù)孔，連續(xù)孔的形成機理是：在半干硬性混合料中摻入引氣劑，物料經(jīng)成型、靜停后,進行蒸汽養(yǎng)護。在蒸養(yǎng)的過程中，混合料中引入的氣泡產(chǎn)生體積膨脹，使原來不相連通的氣泡連為一體，成為連續(xù)孔通道。
可選用的引氣劑有：松香熱聚物、松香皂鈉烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、環(huán)氧乙烷與脂肪醇縮合物。具有緩凝特性的木質素磺酸鹽因影響制品強度發(fā)展不宜使用。性能較好的引氣劑是松香類引氣劑[4] 。     

　　3) 養(yǎng)護
　　剛成型的路面磚,應置于脫模托板上養(yǎng)護。室溫下自然養(yǎng)護時，可將路面磚放在養(yǎng)護窯內，并將門關閉以使粉煤灰混凝土在一定濕度條件下充分水化?？s短初始養(yǎng)護時間，可將路面磚(放在托板上)送入保溫窯內，在60℃～70℃的蒸汽養(yǎng)護下停留4-6小時。初始養(yǎng)護后，路面磚被運送室外，此時要注意澆水養(yǎng)護，整個養(yǎng)護過程一般為28天。

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　　4、試驗過程及結果評價

　　4.1 彩色透水磚的力學分析

　　除上述透水路面磚設計要求外，本文利用一級粉煤灰等量取代水泥，水渣0～70%取代砂子，主要是考慮到水渣顆粒較粗(細度模數(shù)為3.0左右)取代部分砂子(細度模數(shù)2.6左右)可增大透水性,降低成本。 而且水渣具有膠凝性，能增強漿體與骨料間的粘結性。試驗結果如表1。摻用10～50%水渣代替中粗砂在混凝土中應用均能滿足強度要求，與不摻水渣混凝土相比，強度有所增加，水泥用量略有降低。水渣取代砂超過50%后，強度開始下降。因此50%為最佳取代點。

　　4.2 彩色透水磚的力學分析

　　取水渣50%取代中砂的彩色透水路面磚的試塊進行孔結構分析及透水性能試驗?？偪紫堵蔖0,，連通孔隙率P1及透水系數(shù)T的試驗結果見表2。

　　由表2可知，試驗的路面磚連通孔占總孔隙的比率較大，透水性能較好。透水系數(shù)滿足相關高滲透性混凝土標準的要求。

　　5、應用前景分析

　　彩色透水路面磚的水泥用量較少，摻用粉煤灰和水渣等工業(yè)廢渣，節(jié)約資源、能源；不破壞環(huán)境，更有利于環(huán)境；符合綠色混凝土的要求。透水性混凝土路面磚經(jīng)濟實用。與普通混凝土路面磚相比,透水性混凝土路面磚的制造費用較低。用于透水、保水有特殊要求的場合，具有一定的競爭優(yōu)勢?？蓱糜谙铝蓄I域：河道、高速公路、山體護坡；草坪底板；無土綠色植被種植(如屋頂綠化)；農田水利等[5]。

　　6、小結

　　本文對彩色透水路面磚的機理進行、配合比設計要點、生產(chǎn)工藝、主要技術指標、應用前景進行了闡述,通過用粉煤灰部分取代水泥、水渣部分取代中粗砂配制出了低成本、高透水性的彩色透水路面磚。這對工業(yè)廢渣利用，發(fā)展綠色建材是非常有益的探索。除了原材料和配合比外，生產(chǎn)設備的壓實能力是影響干硬性混凝土性能的重要因素。因此工業(yè)生產(chǎn)中應重視生產(chǎn)設備的選擇以保證產(chǎn)品質量[6]。

　　參考文獻
　　[1] 王武祥. 透水性混凝土路面磚的生產(chǎn)與應用[J]. 混凝土與水泥制品,1998, (4):54～56.
　　[2] 王武祥.新型建筑材料[J]. 1995,(7),27～30. 
　　[3] 尹輝和,王輝. 影響混凝土路面磚質量問題的因素[J]. 彩瓦與路磚,2005,(2):34～35.
　　[4] 蔣亞清,王洪波,高建明. 透水性混凝土路面磚[J]. 建筑砌塊與砌塊建筑,2001,(1):15～16.
　　[5] 孟猛. 新型彩色混凝土路面磚的應用前景[J]. 混凝土,2002,(2):52～54.
　　[6] 馮乃謙.新實用混凝土大全[M].北京:科學技術出版社,2005.