硅灰改性透水混凝土配合比設(shè)計(jì)及性能試驗(yàn)研究

趙立雷

（中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)城市化速度不斷加快，城市面積和人口也急劇增長(zhǎng)，隨著城市面積的增長(zhǎng)，城市道路也不斷在建設(shè)，雖然道路的建設(shè)使城市交通更加便利，促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但是這些道路大多數(shù)用的水泥和瀝青混凝土材料都是不透水的，隨之帶來(lái)就是當(dāng)城市遭遇暴雨時(shí)地面雨水無(wú)法快速下滲從而造成城市內(nèi)澇，同時(shí)城市內(nèi)能源消耗過(guò)大，溫度上升，混凝土路面使地下水難以蒸發(fā)降溫進(jìn)而造成城市“熱島效應(yīng)”［1］。面對(duì)城市內(nèi)澇頻發(fā)和“熱島效應(yīng)”的問(wèn)題近年來(lái)提出海綿城市建設(shè)，優(yōu)先利用自然的力量緩解排水及缺水問(wèn)題。隨著海綿城市建設(shè)的不斷加快，對(duì)于透水路面的研究也不斷增加，而透水混凝土作為透水路面的主要材料也逐漸被研究和應(yīng)用。透水混凝土主要由粗骨料、凝膠材料漿體、外加劑等經(jīng)特定攪拌方式拌制而成的，其相對(duì)于普通混凝土主要有緩解城市排水壓力、改善行車環(huán)境、吸聲降噪和緩解熱島效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)［2］。影響透水混凝土強(qiáng)度的因素有很多，其中最重要的是孔隙率［3］。硅灰作為一種傳統(tǒng)的混凝土摻合料，可以與水化產(chǎn)物生成凝膠體并可以改善混凝土性能，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于硅灰的研究大多數(shù)用于普通混凝土，為了改善透水混凝土的性能和從環(huán)保角度出發(fā)，本文用硅灰替代水泥，比較摻量對(duì)透水混凝土力學(xué)性能和透水性能的影響，研究結(jié)果對(duì)推動(dòng)我國(guó)透水混凝土路面的發(fā)展具有重要意義。

2 原材料與試驗(yàn)方法

2.1 原材料

（1）水泥

透水混凝土主要是由水泥槳體包裹粗骨料而成的，水泥的活性、品種以及質(zhì)量是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，因此透水混凝土一般選用高強(qiáng)度、低混合料摻量的普通硅酸鹽水泥［4］。本次試驗(yàn)研究選取的水泥為PO42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 水泥主要技術(shù)指標(biāo)

（2）集料

透水混凝土的原料中一般不采用細(xì)骨料，本次試驗(yàn)研究采用的粗骨料為5～10mm 質(zhì)地堅(jiān)硬、表面棱角分明的普通碎石，其性能指標(biāo)如表2 所示。

表2 集料主要性能指標(biāo)

（3）硅灰

本次試驗(yàn)采用硅灰為山東博肯硅材料有限公司生產(chǎn)的賽普森牌硅灰，其主要物理化學(xué)指標(biāo)如表3 所示。

表3 硅灰主要技術(shù)指標(biāo)

（4）減水劑

減水劑的主要技術(shù)指標(biāo)如表4 所示。

表4 減水劑主要技術(shù)指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)方法

（1）配合比設(shè)計(jì)

為了研究硅灰摻量對(duì)于透水混凝土性能的影響，采取硅灰等量替代集料的設(shè)計(jì)方法，硅灰摻量分別取 0%、10%、20%、30%和 40%五種，其具體配合比設(shè)計(jì)如表5 所示。

表5 各組試驗(yàn)配合比

（2）試件成型工藝及養(yǎng)護(hù)

依據(jù) 《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081-2002 以及 《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》 CJJ/T 135-2009 等規(guī)范為依據(jù)，通過(guò)按配合比設(shè)計(jì)分別成型抗壓強(qiáng)度試件Ф150mm×300mm 的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體，抗折強(qiáng)度試件100mm×100mm×400mm 的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方體和透水性能試件Ф100mm×50mm 的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體。試塊成型脫模后先將其浸入水中約2min，試件整體濕潤(rùn)之后再將試件輕輕地安放在溫度為20℃養(yǎng)護(hù)池中，之后蓋上塑料薄膜并且定期灑水；等到成型試件達(dá)到規(guī)范規(guī)定的標(biāo)養(yǎng)齡期后，再對(duì)試件進(jìn)行各方面的性能測(cè)試。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 抗壓強(qiáng)度

為研究硅灰摻量對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，將成型試件養(yǎng)護(hù)至規(guī)范規(guī)定的標(biāo)養(yǎng)齡期后，對(duì)不同硅灰摻量（0%、10%、20%、30%、40%）的混凝土圓柱體試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)果如表6 所示。

表6 抗壓試驗(yàn)結(jié)果

不同硅灰摻量下透水混凝土試件的抗壓強(qiáng)度和彈性模量的變化規(guī)律如圖1 和圖2 所示。

圖1 不同硅灰摻量下透水混凝土抗壓強(qiáng)度

圖2 不同硅灰摻量下透水混凝土彈性模量

通過(guò)圖1 可以看出硅灰的摻入對(duì)于透水混凝土的抗壓強(qiáng)度有一定的影響，當(dāng)硅灰摻量為0-20%時(shí)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著摻量的增加而增加，摻量為20%-40%時(shí)抗壓強(qiáng)度隨著摻量增加呈遞減的趨勢(shì)，當(dāng)硅灰摻量為20%時(shí)抗壓強(qiáng)度增幅最大為25.45%。通過(guò)圖2 可以看出硅灰的摻入對(duì)于透水混凝土的彈性模量影響較小，當(dāng)硅灰摻量為10%時(shí)，彈性模量增幅最大為7.2%。

3.2 抗折強(qiáng)度

將成型試件養(yǎng)護(hù)至規(guī)范規(guī)定的標(biāo)養(yǎng)齡期后，對(duì)不同硅灰摻量（0%，10%，20%，30%，40%）的混凝土圓柱體試件進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)果如表7 和圖3 所示。

表7 抗折試驗(yàn)結(jié)果

圖3 不同硅灰摻量下透水混凝土抗折強(qiáng)度

通過(guò)表7 和圖3 可以看出硅灰的摻入對(duì)于透水混凝土的抗折強(qiáng)度影響較小，當(dāng)硅灰的摻量為10%時(shí)，透水混凝土的抗折強(qiáng)度最小，降低幅度為3.4%；摻量為20%時(shí)，抗折強(qiáng)度最大，增幅為2.3%；當(dāng)摻量大于20%時(shí)抗折強(qiáng)度又呈遞減趨勢(shì)，總體來(lái)說(shuō)硅灰并不能很好的改善透水混凝土的抗折強(qiáng)度。

3.3 透水系數(shù)

將成型試件養(yǎng)護(hù)至規(guī)范規(guī)定的標(biāo)養(yǎng)齡期后，對(duì)不同硅灰摻量（0%、10%、20%、30%、40%）的混凝土圓柱體試件的透水系數(shù)和孔隙率進(jìn)行測(cè)試，其試驗(yàn)結(jié)果如表8 和圖4 所示。

表8 透水試驗(yàn)結(jié)果

圖4 不同硅灰摻量下透水混凝土透水系數(shù)

通過(guò)表8 和圖4 可以看出透水混凝土的透水系數(shù)隨著硅灰摻量的增加呈遞增的趨勢(shì)，當(dāng)硅灰摻量為40%時(shí)透水系數(shù)最大，增長(zhǎng)幅度為193.2%。硅灰的摻量在0-20%時(shí)，透水系數(shù)的增長(zhǎng)幅度較大，之后隨著摻量的增加其增長(zhǎng)的幅度也逐漸減小。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）硅灰的摻入可以提高透水混凝土的抗壓強(qiáng)度，當(dāng)硅灰摻量為20%時(shí)抗壓強(qiáng)度增幅最大為25.45%，同時(shí)硅灰的摻入對(duì)于透水混凝土的彈性模量影響較小。

（2）硅灰的摻入對(duì)于透水混凝土的抗折強(qiáng)度影響較小，并不能很好的改善透水混凝土的抗折強(qiáng)度。

（3）隨著硅灰的摻量增加，透水混凝土的透水系數(shù)也逐漸增加，硅灰摻量較小時(shí)，透水系數(shù)增長(zhǎng)幅度較大，隨著摻量不斷增加，增長(zhǎng)幅度逐漸變小。