透水混凝土的制備及抗壓性能的試驗(yàn)研究

汪沁彧 ，劉發(fā)明 （宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

0 前言

國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展帶動(dòng)了城市化建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市道路建設(shè)是城市化建設(shè)中的重要方面，而路面硬化則是城市道路建設(shè)過(guò)程中的關(guān)鍵一環(huán)。由于鋪設(shè)在城市土地上的大部分路面基本上是由阻水材料構(gòu)成，當(dāng)降水量較大或城市排水系統(tǒng)跟不上城市化步伐時(shí)，雨水就可能會(huì)聚集在地表產(chǎn)生內(nèi)澇現(xiàn)象[1-2]。傳統(tǒng)的城市路面的鋪裝通常致密，不利于緩解噪音污染，而且下雨天路面濕滑，安全性能也不高。因透水混凝土不含細(xì)骨料，孔隙率一般在15%～45%之間，其內(nèi)部形成許多連通的孔隙，故透水性能較好，雨水能夠透過(guò)孔隙及時(shí)排向地下，從而緩解路面積水狀況和地下水資源匱乏的現(xiàn)象，同時(shí)，透水混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)孔隙可以對(duì)雨水起到過(guò)濾和凈化作用。

美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)在報(bào)告中提出，透水混凝土的性能主要與其空隙體積、空隙尺寸和水泥用量有關(guān)。透水混凝土強(qiáng)度比較低，韌性差，只能應(yīng)用于人行道、公園道路以及非機(jī)動(dòng)車道等領(lǐng)域，相關(guān)的研究發(fā)展仍然處于初級(jí)階段。因此，提高力學(xué)性能是透水混凝土研究最重要的一環(huán)。

1 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方案

1.1 原材料

①水泥：安徽海螺水泥股份有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)32.5。

②粗骨料：安徽省淮南市八公山區(qū)盛世陶粒廠生產(chǎn)的輕型陶粒，其主要物理性能如表1所示。

輕型陶粒的物理性能指標(biāo) 表1

③水：當(dāng)?shù)刈詠?lái)水。

1.2 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)采用水泥裹石法進(jìn)行拌和，投入一半總量的骨料和水，攪拌1min使骨料全部潤(rùn)濕，再倒入一半總量的水泥和粉煤灰，攪拌1min，使水泥包裹在濕潤(rùn)的骨料表面，最后加入剩余的水泥、粉煤灰和水，攪拌2min。用于抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的試件均采用100mm×100mm×100mm的立方體，混凝土漿體攪拌完成后裝進(jìn)立方體模具中，再將試件放在振動(dòng)臺(tái)上充分振動(dòng)，使骨料自然下落緊密接觸，過(guò)程中不破壞骨料的形狀和粒徑[3]。共制作成型12組混凝土試塊，每組3塊，拆模后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)至7d、14d、21d不同齡期。

1.3 試驗(yàn)配合比

本試驗(yàn)采用水灰比分別為0.25、0.28、0.31、0.34；骨料選擇規(guī)格為 700級(jí)的輕質(zhì)陶粒，粒徑為5～10mm；摻合料粉煤灰量占膠凝材料總量的10%。透水混凝土配合比設(shè)計(jì)如表2所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

選取粉煤灰摻量為10%的透水混凝土作為研究對(duì)象，研究它們?cè)诓煌g期和不同水灰比情況下的抗壓強(qiáng)度變化，分析齡期和水灰比2個(gè)因素對(duì)透水混凝土抗壓力學(xué)性能的影響，優(yōu)選最佳配合比并為陶粒的綜合應(yīng)用提供理論依據(jù)。

2.1 養(yǎng)護(hù)齡期的影響

在保證養(yǎng)護(hù)條件相同的情況下，7d、14d、21d三種不同齡期的透水混凝土抗壓性能結(jié)果如圖1所示。

圖1 齡期對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

透水混凝土配合比設(shè)計(jì) 表2

由圖1可知，隨著齡期的增長(zhǎng)，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度曲線呈上升趨勢(shì)，其中水灰比為0.25的透水混凝土（PCA組）的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)最大，增幅近50%，其次是PCC組。整體上來(lái)看，4組試件的14d至21d抗壓強(qiáng)度值增長(zhǎng)速度較快，21d時(shí)基本上可以達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。這主要是因?yàn)榉勖夯胰〈糠炙鄷?huì)對(duì)透水混凝土的早期強(qiáng)度造成不良影響，后期因粉煤灰的火山灰活性效應(yīng)，微骨料效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)的充分發(fā)揮，透水混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較為速度[4]。

2.2 水灰比的影響

在保證養(yǎng)護(hù)條件相同的情況下，0.25、0.28、0.31、0.34 四種不同水灰比的透水混凝土抗壓性能結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)隨著水灰比的增大先上升后下降的趨勢(shì)，其中水灰比為0.31的透水混凝土（PCC組）的抗壓強(qiáng)度最大，在21d齡期時(shí)，其抗壓強(qiáng)度值超出水灰比為0.25的透水混凝土（PCA組）強(qiáng)度的5%。從圖2中還可以發(fā)現(xiàn)，水灰比的降低并沒(méi)有使透水混凝土的抗壓強(qiáng)度有所提高，反而存在不同程度的降低。這是因?yàn)樘樟Ｗ鳛榇止橇霞尤牖炷林校艿教樟１旧砜紫堵矢?、?qiáng)度低缺陷影響，當(dāng)其所能承受的抗壓強(qiáng)度達(dá)到極限時(shí)，水灰比的降低對(duì)于抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)作用不明顯[5]。

圖2 水灰比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

①由于陶粒本身存在缺陷，水灰比的降低對(duì)于透水混凝土抗壓強(qiáng)度的增長(zhǎng)作用不明顯，但粉煤灰的摻入可以有效加速透水混凝土后期強(qiáng)度的發(fā)展。

②養(yǎng)護(hù)齡期與透水混凝土的抗壓強(qiáng)度成正比，水灰比小于0.34時(shí)，21d齡期的抗壓強(qiáng)度值基本上接近設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

③經(jīng)過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象觀察和數(shù)據(jù)分析，綜合進(jìn)行比較，水灰比為0.31的PCC組試件的抗壓性能最為優(yōu)良。