關于透水性混凝土試塊振搗時間的探討

程火焰,李 偉

(湖南科技大學土木工程學院,湘潭411201)

0 引 言

20世紀80年代以來,透水性混凝土在歐美和日本有了較多的研究并得到了廣泛應用,1979年,美國研制出了28d抗壓強度達到26.2 MPa的無砂多孔混凝土,其透水系數(shù)為1.6 mm/s.自20世紀80年代開始,美國出現(xiàn)了專門的透水性混凝土攪拌站,對這種混凝土實行商業(yè)供應.1987年,日本的研究人員申請了透水性混凝土路面材料的專利,該專利主要用于公園道路、人行道和停車場等.1991年,佛羅里達州成立了“透水性波特蘭水泥混凝土協(xié)會”,對此種透水性混凝土的使用提供技術指導[1-3].

國內對其強度研究方面也有了較大的突破,中國建筑材料科學研究院水泥新材所的王武祥對透水磚的透水機理、種類、強度和透水性及經(jīng)濟效益進行了研究和分析,王武祥獲得的透水混凝土的抗壓強度為5～20 MPa,孔隙率 5%～30%,透水系數(shù)為 1～15 mm/s[4].影響透水性混凝土強度和透水性的因素很多,筆者旨在通過試驗來分析振搗時間對透水性混凝土試塊成型后強度和透水性的影響,并找出一個最佳的振搗時間.

1 試驗材料及試驗方法

1.1 試驗材料

水泥:普通硅酸鹽水泥,強度等級為42.5級;粗骨料:5～10 mm單粒徑碎石;

減水劑:萘系高效減水劑,其摻量為水泥質量的0.5%～1.0%[5];水:生活飲用水;

粗骨料、水泥性能如表1、表2所示.

表1 粗骨料性能參數(shù)

表2 水泥性能參數(shù)

1.2 試驗方法

1.2.1 配合比設計

本實驗采用體積法[6][7]進行配合比設計,各原材料用量如表3所示.

表3 單位體積材料用量

1.2.2 試塊成型

透水性混凝土成型密實方法有機械振搗(試驗室振動臺)、土工輕型擊實兩類如圖1所示,由于透水性混凝土水泥漿較少,不含或含少量細集料,本試驗采用振動臺振搗,振搗時間分別為:0 s、3 s、6 s、9 s、12 s、15 s、18 s.

圖1 試塊成型

1.2.3 養(yǎng)護

透水性混凝土由于存在大量的孔隙,易失水,干燥很快,所以在養(yǎng)護過程中保濕養(yǎng)護很重要,尤其是早期養(yǎng)護,本試驗采用的養(yǎng)護為常溫浸泡養(yǎng)護.

1.2.4 孔隙率測定

文獻[8]中孔隙率的測定方法如下:首先將試件完全浸泡在清水中,24 h后,稱量水中試件的質量(m0);然后把試件取出,在空氣中干燥24 h,再稱量試件質量(m1).透水性混凝土孔隙率P(此處測試值為開口總孔隙率)計算公式如下:

式中:V為試件的體積,mm3;

ρ為水的密度,g/mm3.

本實驗采用簡易的方法測定透水性混凝土試塊的實際開口孔隙率,具體試驗步驟如下:

①將養(yǎng)護好的試塊取出并晾干(以試塊無明顯水滴滴出為準),目的降低材料本身的吸水率對數(shù)據(jù)的影響.

②將晾干后的試塊放入模具中,此模具為試塊成型時的模具.

③取一量筒加入滿刻度的水,對準試塊表面某個孔隙緩慢倒入,速度以5～10 ml/s為宜,避免水濺出影響數(shù)據(jù)真實性.

④待水從透水性混凝土試塊的孔隙中緩慢上漲到與試塊表面平齊時,停止倒水,記錄加入水量.

⑤可以認為加入水的體積既為試塊的孔隙體積,利用下式可以得試塊的孔隙率:

(式中VW為水的體積,VS為試塊體積)

1.2.5 透水系數(shù)測定

本試驗采用簡易透水性測定裝置,該裝置如圖2,上下兩端均為開口的透明方框,斷面形狀與試件的斷面形狀相同,正面有刻度.測量前先將試件四周用蠟封好,然后將透水儀方框置于試件上,方框和試件之間的接縫用蠟密封好,接著向方框中加水超過200 mm,水通過試件滲漏,當水平面下降至刻度為160 mm時起開始計時為t0,水平面下降至140 mm時的時間為t1,方框中的水全部滲漏完畢時的時間為t2.透水系數(shù)分為變水位系數(shù)和定水位透水系數(shù)兩種,分別計算如下:

圖2 簡易透水儀

其中T1為平均在150 mm時的定水位透水系數(shù),T2為水位從160 mm變化到零過程中的平均透水系數(shù)[9],本試驗采用平均透水系數(shù).

1.2.6 抗壓強度測定

透水性混凝土試塊抗壓強度依據(jù)《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T50081-2002)中有關規(guī)定進行試驗如圖3所示.采用液壓式混凝土壓力機進行加壓,受壓面積為150 mm×150 mm,加荷速度為0.3～0.5 MPa/s.

圖3 抗壓強度測定

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

2.1 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

水灰比為 0.28、0.30、0.32,目標孔隙率分別15%、20%、25%三種情況下的試驗數(shù)據(jù)如表4和圖4～圖13所示.

表4 試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計

E2 3 12.8 4.9 18.9 E3 6 13.7 4.6 18 E4 0.3 20% 9 16.4 4.1 17.2 E5 12 19.2 3.8 16.4 E6 15 19 3.3 15.6 E7 18 18.6 3.2 15.5 F1 0.3 25% 0 11.6 5.9 24 F2 3 12.3 5.5 23.5 F3 6 13 5.1 22.9 F4 9 14.2 4.8 21 F5 12 16.4 4.4 20 F6 15 16.1 4 18.4 F7 18 15.1 3.7 17.8 G1 0 12.1 5 14.6 G2 3 13.4 4.8 14.2 G3 6 14.1 4.7 13.8 G4 0.32 15% 9 16.2 4.1 13.7 G5 12 17.8 3.6 13.5 G6 15 17 3 13.3 G7 18 16.8 2.5 13.3 H1 0 11.4 5.2 19.7 H2 3 11.9 5 19.2 H3 6 12.5 4.7 18.3 H4 0.32 20% 9 15.1 4.2 17.7 H5 12 16.4 3.8 16.7 H6 15 16 3.3 15.9 H7 18 15.7 3 15.8 I1 0 10.8 5.8 24.2 I2 3 11.5 5.5 23.7 I3 6 12.8 5.2 23.2 I4 0.32 25% 9 13.4 4.9 22.1 I5 12 15.8 4.5 21 I6 15 15.4 4.2 19 I7 18 14.8 3.9 18.9

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 振搗時間對強度的影響

由統(tǒng)計數(shù)據(jù)表4和圖5～圖7可知:采用振動臺振搗,振搗時間對試塊的抗壓強度影響很有規(guī)律,即存在一個最佳振搗時間,在最佳振搗時間之前,強度隨振搗時間增加而提高,在最佳振搗時間之后,強度隨振搗時間增加反而下降.不振搗的試塊抗壓強度比較低,隨振搗時間的增加,試塊強度逐漸提高,當振搗時間為0～6 s時,從圖5～圖7曲線變化圖上可以看出:強度隨振搗時間變化趨勢比較平緩;當振搗時間為6～12 s時,從圖5～圖7曲線變化圖上可以看出:此時試塊強度提高幅度很快,試塊的強度和密實度趨于最佳,當振搗時間超過12 s時,隨振搗時間增加,強度反而下降.這是因為透水性混凝土的強度主要受水泥漿體黏結強度和黏結面積的影響,在水泥黏結強度一定的情況下,振搗時間的增加,加大了試塊的密實度,骨料和水泥膠體充分接觸,強度提高,振搗時間過長,水泥漿體在混凝土底部密實,黏結面積減小,使得試塊上部水泥漿體不足,從而使強度降低.

2.2.2 振搗時間對孔隙率及透水系數(shù)的影響

本試驗的透水性混凝土試塊不含細集料,從結構上來講,試塊是一個由水泥膠體包裹的粗集料的堆集體,堆集體之間的空隙即為試塊的孔隙,由統(tǒng)計數(shù)據(jù)表4和圖8～圖13可知:隨振搗時間的增加,試塊孔隙率和透水系數(shù)均減小.同一水灰比情況下,目標孔隙率越大,實測孔隙率隨振搗時間的增加而減小的越快;透水系數(shù)的變化卻趨勢平緩.振搗提高了試塊的密實度,但振搗時間過長,水泥沿內部孔隙流向試塊底部,在試塊底部密實,堵塞了連通孔隙,反而達不到透水的效果.筆者結合強度因素,認為振搗時間在12 s時強度最大,且透水性良好,達到3 mm/s以上.

3 結 論

透水性混凝土試塊的強度和透水系數(shù)雖成反比關系,但可以通過一定時間的振搗達到改善,通過試驗,筆者確定了一個比較合理的振搗時間,本試驗的結論如下:

(1)在同一水灰比,不同的目標孔隙率條件下,抗壓強度、透水系數(shù)、孔隙率的變化隨振搗時間長短的變化規(guī)律一致:即強度隨振搗時間增加而提高,且存在峰值,孔隙率和透水系數(shù)隨振搗時間的增加而降低.

(2)本試驗(主要考慮強度因素)獲得的試塊最佳振搗時間為12 s,文獻[9]試驗采用振動成型得出數(shù)據(jù)為10 s;此時強度最大,透水性良好.

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[6]張朝暉,王沁芳,等.透水混凝土配合比研究與設計[J].混凝土,2008,(6):120-122.

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[8]蔣正武,孫振平,王培銘.若干因素對多孔透水混凝土性能的影響[J].建筑材料學報,2005,(10):513-519.

[9]廖秀華.透水性混凝土的研究[D].廣西大學碩士論文,2006:12-43.