多孔高強(qiáng)生態(tài)型透水性混凝土的配制

【摘要】本文采用石英石作為集料，通過改變成型壓力、減水劑和礦物細(xì)摻料的摻量研究多孔高強(qiáng)透水性混凝土的配制條件。并從集料、水泥石和界面過渡區(qū)強(qiáng)度等方面初步探討了透水性混凝土的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。通過研究，可配得28天抗壓強(qiáng)度為36.3MPa，透水系數(shù)為2.06mm/s的性能優(yōu)良的多孔透水性混凝土。

【關(guān)鍵詞】混凝土 透水性混凝土 石英石 硅灰 粉煤灰

0 前言

　　材料的宏觀行為取決于材料的組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。透水性混凝土所使用的主要原材料和普通混凝土的一樣，也是水泥和集料。硬化的混凝土由水泥石、界面過渡區(qū)和集料三個(gè)重要環(huán)節(jié)組成^[1]?；炷恋男再|(zhì)取決于上述三個(gè)環(huán)節(jié)各自的性質(zhì)及其相互間的關(guān)系和整體的均勻性。在普通混凝土中界面過渡區(qū)的性質(zhì)對混凝土的性質(zhì)起著決定性的作用，但是界面過渡區(qū)的性質(zhì)又受水泥石和集料性質(zhì)的支配，而其中水泥石又是起主導(dǎo)作用。混凝土的微觀結(jié)構(gòu)研究的主要對象是混凝土中的水泥石和界面過渡區(qū)。

　　透水性混凝土的特點(diǎn)是具有大量連通的孔隙，它的結(jié)構(gòu)和性能與普通的混凝土有所不同。透水性混凝土的強(qiáng)度也同樣受集料的強(qiáng)度、水泥石的強(qiáng)度和界面過渡區(qū)強(qiáng)度三個(gè)方面的強(qiáng)度的影響，至于哪一個(gè)因素影響較大，各自對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)有多大，目前為止還沒有定論，本文采用石英石配制高強(qiáng)透水性混凝土，圍繞石英石為集料從宏觀和微觀兩方面探討透水性混凝土的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。

1 試驗(yàn)研究

　　1.1原材料

　　(1) 水泥 42.5MPa普通硅酸鹽水泥；

　　(2) 集料 采用0.6mm～9.5mm的石英石, 其粒徑見表1；

　　(3) 硅灰（SF：silica fume） 比表面積為2536m².kg^-1 ；

　　(4) 粉煤灰（FA：fly ash） 取自火力發(fā)電廠的二級灰，比表面積為591m².kg^-1；

　　(5) 外加劑蜜胺脂類高效減水劑。

　　1.2 試件制備及養(yǎng)護(hù) 先將原料按設(shè)計(jì)配比稱量，先將稱好的水泥和集料預(yù)先混合攪拌，然后加入一定量的水，攪拌均勻后再加入減水劑和余下的水（如果摻入礦物細(xì)摻料，則先將水泥和礦物細(xì)摻料混合均勻，其余的步驟相同），將混合好的料稱量入鋼模，加壓成型，閉模養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后拆模，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至7天或28天齡期。

　　1.3 性能測試

　?。?）抗壓強(qiáng)度

　　按照J(rèn)C446-2000測定試件的抗壓強(qiáng)度。結(jié)果以5個(gè)試件的護(hù)壓強(qiáng)度的平均值表示。

　　（2）透水系數(shù)

　　透水速度是反映透水性混凝土透水效果的定量參數(shù)，用透水系數(shù)來表征，本文采用參照資料^[2]制作的簡易透水儀（圖略）。測量前，首先將溶化成泥狀的蠟糊在試件的四周，將透水儀套在試件的上面，然后用蠟封住透水儀與試件之間的接縫。測量時(shí)，向透水儀中加水至一定的高度后，停止加水。測量時(shí)當(dāng)水面降至刻度為160mm時(shí)開始計(jì)時(shí)，至刻度0mm為止。透水系數(shù)的計(jì)算方法為：

V=H÷△T

式中： V—透水系數(shù)，mm/s；

H—水位下降的高度，160mm；

T—水位從160mm下降至0mm的時(shí)間（單位為秒s）；

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　本實(shí)驗(yàn)采用的經(jīng)破碎的石英石多呈正方形，表面干凈無粉塵，吸水量極少。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，用石英石配制透水性混凝土，振動(dòng)成型時(shí)，水泥漿體比用卵石作集料更易流淌到底部，工藝很難控制，因此采用壓制成型更適宜。

　　2.1 集料粒徑的影響

　　集料為石英石，以三個(gè)粒徑范圍進(jìn)行試驗(yàn)，成型壓力2.5MPa，外加劑為蜜胺脂高效減水劑，摻量為水泥的0.35%，結(jié)果見表2。

　?。?類透水性混凝土的28天抗壓強(qiáng)度為24.3MPa,Ｃ2類透水性混凝土的28天抗壓強(qiáng)度為18.7Mpa。說明單粒級集料配制透水性混凝土?xí)r，粒徑越小強(qiáng)度越高。當(dāng)然這個(gè)結(jié)論已經(jīng)被很多研究者證明，但強(qiáng)度和透水系數(shù)的具體數(shù)據(jù)卻各不相同^[3]。在本實(shí)驗(yàn)條件下，用2.36～4.75mm石英石配制的透水性混凝土的28天抗壓強(qiáng)度為25.3MP，透水系數(shù)為3.12mm/s，取得了較好的效果。Ｃ3透水性混凝土的28天抗壓強(qiáng)度為21.4MPa，透水系數(shù)為3.96mm/s , 可見在Ⅲ類石英石中摻入一定量的Ⅰ類石英石對提高強(qiáng)度能起到一定的作用，而且透水系數(shù)仍比較大。因此，配制高強(qiáng)透水性混凝土的集料粒徑為2.36～4.75mm較為合適，如果強(qiáng)度要求稍低可以考慮用1.18～2.36mm集料與4.75～9.5mm的集料復(fù)配。

　　2.2 減水劑摻入量的影響

　　在普通混凝土中摻入減水劑能降低水灰比，提高強(qiáng)度，在透水性混凝土中摻入減水劑也能起到減水和增強(qiáng)的效果。為了確定減水劑的最佳摻量，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了四個(gè)摻量的試驗(yàn)。試驗(yàn)配比及結(jié)果見表3：

　　注：G/C=3.5，成型壓力為1.5MP

　　結(jié)果表明，減水劑摻量從0.35%增加到0.70%時(shí)，28天抗壓強(qiáng)度增大，當(dāng)減水劑的摻量再增大時(shí)，強(qiáng)度呈下降趨勢。當(dāng)減水劑的摻量增加時(shí)，28天透水系數(shù)稍有增大。說明了透水性混凝土中摻入減水劑能夠提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)，不過如果摻量大于0.70%時(shí)，透水性混凝土的強(qiáng)度開始下降，所以減水劑的摻量為0.70%比較合適。

　　2.3 成型壓力的影響

　　固定減水劑的摻量為0.70%，通過改變成型壓力來研究其對透水性混凝土性能的影響。原料配比及結(jié)果見表４。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，集料采用Ⅱ類石英石，成型壓力為2.5MPa，減水劑摻入量為0.70%時(shí)配制出的透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度可達(dá)26.7MPa，透水系數(shù)達(dá)2.42mm/s?？梢?，成型壓力為2.5MPa較適合。盡管成型壓力為3.5MP時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到28.4 MP，但孔隙率和透水性系數(shù)很低，透水性較差。

　　從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，水灰比、減水劑摻量、集料粒徑和成型壓力共同作用會直接影響到透水性混凝土的堆積密度，從而影響其強(qiáng)度的發(fā)揮和透水性。如果水灰比合適，水泥漿體的稠度正好能使混凝土的新拌混合物的流動(dòng)性較好而漿體又不會從間隙流淌，這樣才能保證集料表面水泥漿體具有一定的厚度；集料的粒徑小，透水性混凝土內(nèi)部具有較多的接觸點(diǎn)，在承受外部壓力時(shí)，分?jǐn)偟礁鼽c(diǎn)的壓力就小，結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度就比較大。當(dāng)然，當(dāng)粒徑過小時(shí)，用于透水的通道就非常小，透水系數(shù)就會大大降低。適宜的成型壓力能使集料堆積緊密而透水通道不被破壞。

　　2.4 礦物細(xì)摻料的影響

　　為了提高透水性混凝土的使用性和使用壽命，在保證透水性混凝土具有一定透水性的前提下，混凝土應(yīng)該具有較高的抗壓強(qiáng)度。為了從微觀上改善水泥石強(qiáng)度和過渡區(qū)的強(qiáng)度，下面通過在混凝土中摻入礦物細(xì)摻料（粉煤灰F、硅灰S）來研究它們對透水性混凝土性能的影響，成型壓力為2.5ＭＰ。細(xì)粉料配比及結(jié)果見表５。

　　表中只列出了各礦物細(xì)摻料的最佳摻量，結(jié)果表明，摻入硅灰和粉煤灰均取得了較好的效果，其中摻入5%硅灰和混合粉（15%粉煤灰+5%硅灰）兩個(gè)試樣的透水性混凝土綜合性能更好些，28天透水系數(shù)為2.38mm/s和2.06 ,抗壓強(qiáng)度達(dá)到34.2Mpa和36.3MPa。由此可見，礦物細(xì)摻料的加入可明顯改善水泥石的強(qiáng)度和過渡區(qū)的強(qiáng)度也大大提高了透水性混凝土的整體強(qiáng)度，并且能夠使透水系數(shù)下降較小。

　　以上的研究結(jié)果表明，集料的粒徑、減水劑摻入量、成型壓力和礦物細(xì)摻料對高強(qiáng)多孔透水性混凝土的強(qiáng)度和透水性有很大的影響，尤其是成型壓力和礦物細(xì)摻料，合適的壓力改善了試樣內(nèi)部實(shí)體部分結(jié)構(gòu)的致密度，礦物細(xì)摻料的加入生成較多對強(qiáng)度有較大貢獻(xiàn)的水化Ｃ—Ｓ－Ｈ凝膠，在提高實(shí)體強(qiáng)度同時(shí)也提高了集料與水泥石界面的接觸強(qiáng)度。

3 結(jié)論

　　1. 配制高強(qiáng)透水性混凝土采用石英石作為集料粒徑為2.36～4.75mm較為合適。

　　2. 摻入適量的減水劑和礦物細(xì)摻料可明顯改善水泥石的強(qiáng)度和界面的強(qiáng)度，并能大幅度提高透水性混凝土的整體強(qiáng)度，而且透水系數(shù)下降幅度較小。

　　3. 成型壓力為2.5ＭＰa，減水劑的摻入量為水泥的0.70%時(shí)，摻入適宜的礦物細(xì)摻料可制備出28天抗壓強(qiáng)度大于3４ＭＰa，透水系數(shù)高于1.５0mm/s的高強(qiáng)透水性混凝土。

參考文獻(xiàn)：

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　　2王武祥,謝堯生.透水性混凝土的透水性研究.中國建材科技,1996.8：17

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