透水混凝土制備工藝研究

龔遠，李國新，王小亮

（1.西安建筑科技大學材料與礦資學院 陜西 西安 710055 2.云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司 云南 昆明 650501）

0 引言

混凝土的制備是混凝土工程的一個重要環(huán)節(jié)。透水混凝土拌合物的性能對硬化后混凝土的性能影響較大，而攪拌方式與新拌混凝土的性能密切相關。透水混凝土與普通混凝土的材料組成、硬化后結構和性能方面都有較大的區(qū)別，因此其制備方法、成型工藝和養(yǎng)護方式和普通混凝土有很大的不同[1～3]。

在制備成型過程中需要保證具有一定數(shù)量的孔隙率，同時強度還需要滿足要求，因此需要采用適宜的攪拌工藝，使透水混凝土混合物漿體均勻包裹骨料，且漿體必須有合適的粘聚性，不能采用強力振搗的成型方法，以免造成漿骨分離，導致漿體堵塞下部孔隙而失去透水性；透水混凝土由于其多孔結構失水較快，短時間內(nèi)工作性能損失大，其養(yǎng)護方式對性能的影響規(guī)律和普通混凝土也有很大的區(qū)別。本文以透水混凝土的攪拌工藝，成型方法和養(yǎng)護方法為研究對象，確定透水混凝土的最佳攪拌工藝和成型方法，并制定適宜可行的養(yǎng)護方案，保證其硬化后強度的發(fā)展，為透水混凝土的配制提供理論依據(jù)和工程應用指導。

1 試驗

1.1原材料

（1） 水泥：采用云南紅獅水泥廠生產(chǎn)的P·O 42.5水泥具體性能參數(shù)見表1所示。

（2） 粗骨料：采用骨料粒徑為4.75～10mm和10～20mm的石灰?guī)r質(zhì)碎石，粗骨料篩分和粒徑分布見表2。

表1 水泥性能技術指標

表2 粗骨料篩分和粒徑分布

（3） 減水劑：減水劑采用云南建投高分子材料有限公司生產(chǎn)的PCA-800型聚羧酸高性能減水劑，固含量為12.1%，減水率為23.4%。

（4） 膠結劑：膠結劑采用北京德昌偉業(yè)生產(chǎn)的DC-C3型透水混凝土地坪膠結劑，膠結劑的推薦摻量為10kg/m3。

1.2 試驗配合比

試驗所用骨料粒徑分別為4.75～10mm和10～20mm，根據(jù)骨料粒徑的不同其采用的配合比也不同，混凝土設計強度等級為C20，具體配合比見表3所示。

2 結果分析與討論

2.1 攪拌工藝對混凝土性能的影響

表3 試驗配合比

透水混凝土的材料組成為水、水泥、骨料和外加劑，試驗選取水和膠凝材料的投料順序和投料數(shù)量為研究對象，整個攪拌過程采用雙臥軸攪拌機攪拌120s，試驗方案見圖1所示。

圖1 透水混凝土攪拌工藝

按上述三種攪拌工藝制備透水混凝土，通過觀察新拌混凝土骨料漿體的流動性來判定透水混凝土的工作性能，試驗結果見表4所示。

表4 投料順序對透水混凝土性能的影響

由表4的試驗結果可知透水混凝土的攪拌工藝對透水混凝土拌合物的工作性能影響較大，在相同的混合時間下，進料順序和進料量之間的差異對滲透性混凝土混合物的工作性能有很大影響。采用骨料加部分拌和水攪拌后再加入剩余拌和水制備出的混凝土其工作性能較好，表面呈現(xiàn)出金屬光澤；當拌和水和膠凝材料及骨料同時加入攪拌成型后拌合物中漿體的流動性明顯降低，漿體與骨料之間的粘結性和包裹性較差，手握之后拌合物不能成團，較為松散，表現(xiàn)在力學性能上為其早期和后期抗壓強度較低。表4中透水系數(shù)和有效孔隙率的試驗結果表明當混凝土的工作性能較差時，其透水性能和有效孔隙率呈增大趨勢，這是因為透水性混凝土的漿料干燥且堅硬，并且在硬化之后，硬化體之間的孔隙增加，有效孔隙率增加，并且透水性增加。但是漿骨之間的粘合和接觸點減少，導致抗壓強度降低。

2.2 成型工藝對混凝土性能的影響

透水混凝土的混合料在拌和之后漿體要求均勻包裹在骨料表面，水膠比不宜過大，成型后需保持一定的孔隙率來保證混凝土的透水性能，因此在透水混凝土的成型過程中不能采用強力振搗的普通混凝土密實成型方法，目前國內(nèi)外許多學者采用的成型方法主要有插搗成型、振動成型、壓力成型、擊實成型、平板振搗成型等。試驗采用插搗成型、振動臺振動成型、擊實成型和平板振搗成型四種成型方法制備透水混凝土，研究不同的成型方法對透水混凝土力學性能和透水性能的影響規(guī)律。圖2所示為采用四種成型方式對透水系數(shù)的影響。

圖2 成型方法對透水系數(shù)的影響

從圖2中可以看出，滲透性混凝土的成型方法對透水系數(shù)有很大影響。這是因為透水混凝土的漿體數(shù)量較少，只能夠包裹骨料表面，當采用振動成型時由于振動頻率較高，大量的漿料從骨料表面釋放到混凝土的底部，導致底部孔堵塞，形成底部密封現(xiàn)象，并且透水性降低。

圖3 成型方法對抗壓強度的影響

圖3所示為成型方法對透水混凝土抗壓強度的影響。由圖可知透水系數(shù)和抗壓強度呈相反的變化趨勢，透水系數(shù)越小，混凝土越密實，抗壓強度越高。不同的成型方法對透水混凝土的透水系數(shù)和抗壓強度影響較大，混凝土的成型過程中選擇合理的成型方法時保證混凝土性能滿足要求的關鍵。

2.3 養(yǎng)護方法對混凝土性能的影響

混凝土性能的依時性變化是混凝土材料一個非常突出的特點，也是混凝土材料與其他材料的一個顯著區(qū)別，不僅新拌混凝土如此，硬化混凝土也是如此。混凝土性能的變化與周圍環(huán)境有很大的關系，好的環(huán)境可以促進混凝土性能的發(fā)展，而惡劣的環(huán)境也可以使混凝土性能劣化[4～5]?；炷列阅芤罆r性變化的一個基本規(guī)律是：早期的表現(xiàn)變化更快，后來逐漸穩(wěn)定。因此，在早期階段為混凝土提供良好的環(huán)境條件對于確保實現(xiàn)混凝土性能尤為重要。透水混凝土屬于干硬性混凝土，其水膠比一般較小，工作性損失較快；成型施工后由于多孔結構失水較快，因此對透水混凝土的養(yǎng)護要比普通混凝土更及時和充分。本試驗采用幾種不同的養(yǎng)護方式對透水混凝土進行養(yǎng)護，研究養(yǎng)護方式對透水混凝土性能的影響規(guī)律。圖4所示為不同養(yǎng)護條件下透水混凝土各齡期抗壓強度的變化曲線。

從圖4可以看出，在不同的養(yǎng)護條件下，透水混凝土各齡期的抗壓強度變化趨勢是一致的，透水混凝土的抗壓強度在3d至14d增長速率較快，14d抗壓強度均達到了28d抗壓強度的90%以上，之后強度增長緩慢。

圖5所示為不同養(yǎng)護方式下各齡期的抗壓強度變化曲線，由圖可以看出隨著養(yǎng)護齡期的增加，抗壓強度都呈增大趨勢，但是不同的養(yǎng)護條件和不同養(yǎng)護階段下其抗壓強度的增長速率有所不同，總的來看，強度增長速率：3d～7d＞7d～14d＞14d～28d，標準養(yǎng)護＞水中養(yǎng)護＞灑水覆蓋養(yǎng)護＞自然養(yǎng)護。養(yǎng)護條件的不同決定了透水混凝土的失水速度，失水速率越快，強度增長越緩慢；由于透水混凝土中孔隙的存在使得膠凝材料與水和空氣接觸面積較大，因此水化反應比較迅速，主要發(fā)生在成型至14d這段時間，14d以后水化反應基本完成，強度增長趨于緩慢。

圖4 養(yǎng)護條件對透水混凝土抗壓強度的影響

影響透水混凝土透水性能的因素有很多，包括水膠比、骨膠比、骨料粒徑、砂率、成型方式和養(yǎng)護方式等，最本質(zhì)的因素在于透水混凝土成型后連通孔隙率，即有效孔隙率所占體積的大小。這是因為水從透水混凝土表面滲入之后，經(jīng)過連通孔隙滲入地下，而封閉孔隙和半連通孔隙對透水系數(shù)幾乎沒有影響，因而各因素對透水混凝土連通孔隙率的直接影響透水系數(shù)的大小。

圖5 各齡期抗壓強度變化曲線

從圖6可以看出養(yǎng)護方式對透水系數(shù)的影響極小，透水系數(shù)最大的為灑水覆蓋養(yǎng)護，最小的為水中養(yǎng)護和標準養(yǎng)護，兩者透水系數(shù)相差僅為0.07mm/s，幾乎可以忽略不計，透水系數(shù)的變化情況同樣能說明透水混凝土中有效孔隙率的變化情況，試驗結果表明養(yǎng)護方式對透水性能和有效孔隙率的影響極小。

圖6 養(yǎng)護方式對透水系數(shù)的影響

3 結論

（1） 透水混凝土的成型方式對透水混凝土的力學性能影響較大，在水膠比適宜的條件下，養(yǎng)護方式對透水性能影響較小。透水混凝土制備工藝中采用分段投料（骨料+50%拌和水→剩余拌和水+膠凝材料+外加劑）的方式其力學性能較好，透水性能滿足要求。

（2） 成型方式對透水混凝土的透水性能影響較大，采用插搗成型時透水性能最好，其次依次為擊實成型、平板振搗成型，振動成型時透水性能最差。

（3） 養(yǎng)護方式對透水混凝土的透水性能影響較小，采用不同的養(yǎng)護方式透水系數(shù)相差較小，透水系數(shù)均符合標準要求。

（4） 不同養(yǎng)護方式下各齡期的抗壓強度都隨著養(yǎng)護齡期的增加呈增大趨勢，但是不同的養(yǎng)護條件和不同養(yǎng)護階段下其抗壓強度的增長速率有所不同，總的來看，強度增長速率：3d～7d＞7d～14d＞14d～28d，標準養(yǎng)護＞水中養(yǎng)護＞灑水覆蓋養(yǎng)護＞自然養(yǎng)護。