多孔海綿水泥混凝土性能研究

張清旭仲秀麗

（江蘇科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 鎮(zhèn)江 212003）

多孔海綿水泥混凝土性能研究

張清旭1仲秀麗2

（江蘇科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院 鎮(zhèn)江 212003）

為研究海綿摻量對(duì)多孔混凝土性能的影響，采用水泥、硅灰、9.5mm粗骨料和4.5mm海綿，配制了海綿含量分別為0、0.15%、0.20%和0.25%的多孔海綿水泥混凝土混合料，壓實(shí)成型試件后，進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度、保水能力以及抗凍性能實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：摻入海綿對(duì)試件強(qiáng)度無明顯影響，抗壓強(qiáng)度最大值可以達(dá)到32.8 MPa。當(dāng)海綿含量為0.2% 時(shí)，保水能力最強(qiáng)。由于內(nèi)部存在水分，海綿水泥混凝土在凍融后強(qiáng)度會(huì)有所下降，但不明顯。

道路工程；海綿水泥混凝土；抗凍性；強(qiáng)度；蒸發(fā)；降溫

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活環(huán)境日益受到人們的關(guān)注。氣候變暖，是一個(gè)全球性的重大問題。城市規(guī)模的迅速擴(kuò)大，導(dǎo)致城市相對(duì)于郊區(qū)溫度過高，從而形成“熱島效應(yīng)”[1]。探索新型路面，改善這種局面亟不可待。與普通多孔水泥混凝土相比，多孔海綿水泥混凝土的保水性能有所提高，具有更好的路用價(jià)值。

1 原材料

所用原材料[2]主要包括水泥、硅灰、粗骨料和具有吸水能力的海綿?；炷林泄杌覔搅坎灰颂呋蛱?，一般摻量為5%～10%，本實(shí)驗(yàn)加5%即可。粗骨料粒徑9.5mm左右，海綿粒徑4.5mm左右。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1試驗(yàn)方案

⑴配合比設(shè)計(jì)[3]

（2）試塊拌制[4]

1、粗骨料和水泥硅灰等先干拌均勻；

2、加水拌合均勻、時(shí)間約90s；

3、海綿先濕潤再加入拌合好的混合料中，拌合均勻，時(shí)間約60s；

4、海綿摻量為0，0.15%，0.2%，0.25%等等,為海綿質(zhì)量占水泥、硅灰、骨料等質(zhì)量的百分比；

5、每種海綿摻量做一組，一組為三塊，摻海綿的多孔混凝土試件尺寸為直徑為10cm、高度為5cm的圓柱體，不摻海綿的普通多孔混凝土尺寸為邊長15cm的立方體；

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)研究方案，試驗(yàn)結(jié)果包括多孔海綿水泥混凝土的保水能力、抗壓強(qiáng)度、抗凍性以及抗?jié)B性。

3.1保水能力

多孔海綿水泥混凝土區(qū)別于普通水泥混凝土的重要特征是具備較強(qiáng)的保水能力。保水能力評(píng)價(jià)試驗(yàn)[5]是將直徑10cm高度5 cm的圓柱形試件在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28d后，放在室外自然風(fēng)干1 h，浸水1分鐘后，放入烘箱內(nèi)，烘箱溫度分別為40℃、60℃和80℃。每隔半小時(shí)測一次，稱取烘干后試件的質(zhì)量。飽水試件質(zhì)量與烘干試件質(zhì)量之差越小，保水能力越好。圖1為不同海綿含量下海綿水泥混凝土的保水能力。

由圖1可以看出，海綿含量0.2%時(shí)試件保水性最好。當(dāng)多孔海綿水泥混凝土試件中海綿含量較少時(shí)，海綿以松散狀態(tài)儲(chǔ)存在粗集料形成的空隙中，海綿中有足夠的孔隙容納并儲(chǔ)存吸收的水分。隨著海綿含量的增加，多孔海綿水泥混凝土試件中的空隙恰好被海綿顆粒填滿，且海綿沒有受到擠壓，此時(shí)保水性達(dá)到最佳。當(dāng)海綿含量繼續(xù)增加后，由于試件中空隙的空間有限，此時(shí)海綿顆粒受到擠壓，孔隙體積減小，保水能力受到限制。所以，當(dāng)海綿含量添加到0.2%再繼續(xù)增加時(shí)，試件的保水性反而會(huì)隨著海綿含量的增加而減弱。

3.2抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度是路面材料基本強(qiáng)度指標(biāo)，抗壓強(qiáng)度[6]參照規(guī)范中相關(guān)試驗(yàn)方法進(jìn)行。圖2為海綿摻量為0.2%的多孔海綿水泥混凝土和普通混凝土抗壓強(qiáng)度的比較情況。

由圖2可以看出，摻入海綿對(duì)試件強(qiáng)度無明顯影響，抗壓強(qiáng)度最大值可以達(dá)到32.8 MPa。海綿顆粒分布在粗集料形成的空隙之間，此時(shí)混凝土強(qiáng)度主要受粗集料顆粒嵌擠作用控制，所以加入海綿后強(qiáng)度變化不大。

3.3抗凍性

海綿水泥混凝土具有較強(qiáng)的保水功能，冬季時(shí)水分進(jìn)入材料后可能會(huì)造成凍融損壞。試驗(yàn)[6]中將海綿含量不同的水泥混凝土試件養(yǎng)護(hù)28d，然后用塑料保鮮膜嚴(yán)密包裹放入凍融機(jī)進(jìn)行凍融循環(huán)，凍融條件為-18℃條件下凍16h，放入25℃室溫中8h為1個(gè)循環(huán)，凍融5次。在凍融后測試試件抗壓強(qiáng)度。圖3為抗凍試驗(yàn)結(jié)果。

由圖3可以看出，由于內(nèi)部存在水分，多孔海綿水泥混凝土在凍融后強(qiáng)度會(huì)有所下降，但不明顯。通?；炷敛牧系膬龊εc其水分含量有密切關(guān)系，水結(jié)冰時(shí)體積膨脹，海綿水泥混凝土凍融后的強(qiáng)度損失與不同海綿含量時(shí)的保水能力有關(guān)。雖然多孔海綿水泥混凝土有較強(qiáng)的保水能力，但由于粗集料骨架形成了體積較大的孔隙，水分不會(huì)完全充滿孔隙。海綿具有較高彈性，為水分結(jié)冰體積膨脹時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力釋放提供了一定空間，所以凍融損壞沒有預(yù)想的那么明顯。

3.4抗?jié)B性

抗?jié)B試件尺寸為邊長160mm立方體和直徑與高皆為160mm圓柱的組合體，以6個(gè)為1組，試件成型后24h拆模，刷去兩端面水泥漿膜，然后送入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)至28d進(jìn)行試驗(yàn)。

混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)[7]按下列步驟進(jìn)行：

①試件養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)前1天取出，將表面晾干，然后在其側(cè)面涂一層熔化的石蠟，隨即將試件連同試件套裝在程控抗?jié)B儀上進(jìn)行試驗(yàn)；

②試驗(yàn)從水壓為0Mpa開始。以后每隔8h增加水壓0.1Mpa，隨時(shí)注意觀察試件端面的滲水情況；

③當(dāng)6個(gè)試件中有3個(gè)試件端面呈有滲水現(xiàn)象時(shí)，即可停止試驗(yàn)，記下當(dāng)時(shí)的水壓；

混凝土的抗?jié)B等級(jí)以每組6個(gè)試件中4個(gè)試件未出現(xiàn)滲水時(shí)的最大水壓力計(jì)算，其計(jì)算式為：P=10H-1，式中P-抗?jié)B等級(jí)；H-6個(gè)試件中3個(gè)滲水時(shí)的水壓力（MPa）。

試驗(yàn)時(shí)，上限值設(shè)定為1.0MPa，在45h時(shí)、下限值0.6MPa時(shí)出水，試驗(yàn)結(jié)束后試件內(nèi)壓強(qiáng)0.22MPa。根據(jù)公式，算得試件抗?jié)B等級(jí)為5級(jí)。

4 結(jié)語

(1)與未加入海綿的水泥混凝土相比，摻入海綿對(duì)試件抗壓強(qiáng)度沒有明顯影響。

(2)隨著海綿含量增加，多孔海綿水泥混凝土的保水能力逐漸增強(qiáng)。當(dāng)達(dá)到0. 20%后保水能力下降。

(3)加入海綿后混凝土的抗?jié)B性能略微降低，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，為5級(jí)。

(4)由于內(nèi)部存在水分，凍融條件下海綿水泥混凝土強(qiáng)度會(huì)有所下降，但降低幅度不明顯，冬季寒冷地區(qū)應(yīng)慎重選用。

[1]封江紅.關(guān)注城市熱島效應(yīng)[J].南方國土資源.2003

[2]胡力群,沙愛民,張沙沙.振動(dòng)壓實(shí)無砂多孔混凝土組成設(shè)計(jì)方法 [J].交 通運(yùn) 輸 工 程 學(xué) 報(bào),2012,12(2):1-9.

[3]董雨明,韓森,郝培文.路用多孔水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)方法研究 [J]. 中外公路.2004,(1).86-89

[4]馬玉芳.路用多孔水泥混凝土室內(nèi)成型方法研究[J].公路,2007.12:176—181

[5]桂霓編譯.保水性路面的施工及性能研究[J].道路建設(shè).日本.2003.(9).5-9

[6]陳瑜,張起森,高英力.路面面層用多孔水泥混凝土力學(xué)性能試驗(yàn) [J].中 國公 路 學(xué) 報(bào),2010,23(2):18-24.

[7]陳聰,楊林德.地下結(jié)構(gòu)混凝土滲透特性試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué),2011,32(8):2380-2385

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