孔隙率對多孔混凝土強度影響的試驗研究

孫艷紅

本文研究的多孔混凝土是以水泥、水、減水劑和改性劑共同為結(jié)合料,摻入到符合級配要求的集料中,經(jīng)拌和得到的混合料,再經(jīng)過成型和養(yǎng)護(hù)后,形成符合多孔混凝土基層瀝青路面各項性能指標(biāo)要求的一種新型基層材料。與普通密級配混凝土不同,多孔混凝土混合料在集料的粒徑、水泥含量和水灰比等方面有著一些專門和特殊的要求,為保證透水性就必須具有一定的孔隙率,以實現(xiàn)多孔混凝土多孔且連通的特點,同時又必須保證作為路面結(jié)構(gòu)組成部分能承受的荷載作用,因此多孔混凝土配合比設(shè)計研究在整個道路透水基層研究中占有非常重要的地位,需要綜合各(多)方面因素進(jìn)行多孔混凝土的配合比設(shè)計,多孔混凝土基層材料設(shè)計必須同時滿足排水和強度兩方面的性能要求,本文主要研究孔隙率和級配對多孔混凝土強度的影響。

多孔混凝土屬于骨架空隙結(jié)構(gòu),細(xì)觀上可看作一個個水泥膠漿包裹著的集料顆粒相互膠結(jié)形成。這種顆粒之間存在著一定的彈性空間,從而使孔隙率的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn),通過室內(nèi)試驗時模具體積內(nèi)的填料量可進(jìn)行控制調(diào)節(jié)。

結(jié)合本文研究內(nèi)容,試驗設(shè)計時,選定水灰比為0.35,不摻入改性劑,選用級配1(粒徑4.75 mm～9.5 mm的集料)和級配2(粒徑9.5 mm～19 mm的集料)分不同的孔隙率水平和組合級配相同孔隙率水平7 d,28 d的抗壓、抗彎拉強度進(jìn)行統(tǒng)計分析強度統(tǒng)計值見表1,表2。

表1 級配1不同孔隙率所對應(yīng)的強度 MPa

表2 級配2不同孔隙率所對應(yīng)的強度 MPa

由表1和表2可知,多孔混凝土的抗壓強度和抗彎拉強度隨著孔隙率的增大而減小,為更直觀的進(jìn)行分析,繪制級配1和級配2條件下孔隙率與強度的關(guān)系圖見圖1,圖2,級配1和級配2在不同孔隙率、不同齡期下抗壓強度和抗彎拉強度關(guān)系如圖3,圖4所示。

由圖3,圖4可知,對于同一集料粒徑,孔隙率與強度是此消彼長的關(guān)系,隨著孔隙率的增大,多孔混凝土的抗壓強度和抗彎拉強度都明顯的下降。這是由于孔隙的存在,減小了多孔混凝土承受荷載和抵抗變形的有效斷面面積。

單一級配相同孔隙率時,在較低水平孔隙率條件下,粒徑小的集料級配抗壓強度高于粒徑大的集料級配;在較高水平孔隙率條件下,粒徑小的集料級配抗壓強度低于粒徑大的集料級配。對于多孔混凝土,不同級配時水泥與集料的膠結(jié)面積會不一樣,通過這些互相搭接的接觸點傳遞力的作用不同;同時不同級配時石料之間的嵌擠能力也不同。在較低水平孔隙率時,粒徑小的集料級配膠結(jié)面積大的效果更加明顯;在較高水平孔隙率時,粒徑大的集料級配嵌擠能力強的效果更加明顯。所有水平相同孔隙率條件下,粒徑小的集料級配抗彎拉強度都要高于粒徑大的集料級配,這是因為在其他條件相同的情況下,試塊的抗彎拉強度主要受膠結(jié)面積的影響。

本文研究采用的集料級配的有效孔隙率ne均大于臨界孔隙率20%,可以滿足道路基層對多孔混凝土排水性能的要求。因此在滿足排水的前提下盡可能的采用小孔隙率,以獲得較大的抗壓強度和抗彎拉強度。

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