罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土關(guān)鍵技術(shù)的研究

江曉君，王 瑋，謝國(guó)棟

(四川華西綠舍建材有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

“海綿城市”是“十三五”規(guī)劃中新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的重要方向。自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”的建設(shè)將能有效解決一些城市的內(nèi)澇問(wèn)題、水資源短缺問(wèn)題,有利于改善城市生態(tài)環(huán)境,增加社會(huì)效益,是新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的迫切需求。

透水混凝土(Pervious Concrete)是由特定級(jí)配的骨料、水泥、水、外加劑和摻合料等按特定比例經(jīng)特殊工藝制成的具有連續(xù)孔隙的多孔混凝土。其表觀密度一般為1 600～2 100 kg/m3，28 d抗壓強(qiáng)度10～40 MPa，抗折強(qiáng)度2～7 MPa，透水系數(shù)1～20mm/s，有效目標(biāo)孔隙率為18%～22%。與普通混凝土相比，透水混凝土具有良好的透水透氣性、高效的蓄水能力以及良好的裝飾性，是“海綿城市”建設(shè)中值得推廣的一種新型材料。

預(yù)拌透水混凝土廣泛使用的一個(gè)瓶頸是解決預(yù)拌透水混凝土攪拌車罐車運(yùn)輸問(wèn)題，擴(kuò)大市場(chǎng)半徑。目前透水混凝土運(yùn)輸多半是使用翻斗車或者在工地現(xiàn)拌這兩種方式，且運(yùn)輸時(shí)間一般控制在30 min以內(nèi)的短距離施工。這兩種方式嚴(yán)重影響了透水混凝土的應(yīng)用。透水混凝土與普通混凝土不同，其粘聚性大、流動(dòng)性小、硬化快；攪拌均勻的透水混凝土裝入罐車時(shí)由于其黏度大，流動(dòng)性差等特點(diǎn)容易導(dǎo)致堵塞入料口等情況，如果增加透水混凝土的水灰比使其流動(dòng)性變大，使混凝土易于裝入混凝土罐車，會(huì)造成透水混凝土掛漿能力不足導(dǎo)致封底，堵孔等現(xiàn)象。

本研究將通過(guò)對(duì)罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土工作性能評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，提出了新的工作性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，根據(jù)目前罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土遇到的入罐難等難題，開(kāi)發(fā)了預(yù)拌透水混凝土專用外加劑，并討論了各因素對(duì)預(yù)拌透水混凝土的影響。在生產(chǎn)控制階段，對(duì)于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)提出了控制要求。

1 罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土工作性能評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)的研究

罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土的工作性能與普通透水混凝土區(qū)別很大。由于混凝土攪拌罐車的下料口為漏斗型，普通混凝土呈流態(tài)化，能輕松依靠自身重力作用進(jìn)入攪拌罐車，而傳統(tǒng)透水混凝土的控制標(biāo)準(zhǔn)為：一般在實(shí)際工程中拌合物以手攥成團(tuán)為度，坍落度在50 mm內(nèi)，在這種狀態(tài)下的透水混凝土黏度大且無(wú)流動(dòng)度，在從主機(jī)放入罐車時(shí)會(huì)造成漏斗處混凝土堆積無(wú)法順利進(jìn)入罐車內(nèi)部。所以需要開(kāi)發(fā)一種專門(mén)用于罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土專用外加劑，提高透水混凝土的工作性能，但是在透水混凝土施工過(guò)程時(shí)候漿體又能包裹于骨料表面，而不會(huì)導(dǎo)致底部出現(xiàn)孔封閉的現(xiàn)象。所以需要重新探索一種適合罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土的工作性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

綜合考察現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備，充分考慮了試驗(yàn)的可操作性及試驗(yàn)設(shè)備的通用性等因數(shù)，本項(xiàng)目創(chuàng)新性提出用坍落度桶倒坍時(shí)間來(lái)對(duì)罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土的工作性能進(jìn)行部分評(píng)價(jià)。倒坍試驗(yàn)具體操作為：首先將坍落度桶倒置放于平地，由試驗(yàn)人員用雙手壓緊，另一名操作人員將新拌透水混凝土裝入倒置的坍落度桶內(nèi)，裝滿后用抹刀平整，由操作人員將倒置的坍落度桶迅速提離地面約20 cm處，并用秒表記錄下混凝土排空的時(shí)間s。

為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)罐車運(yùn)輸型透水混凝土的工作性能，本項(xiàng)目對(duì)于該透水混凝土的出機(jī)狀態(tài)、坍落度、倒坍時(shí)間與透水混凝土從主機(jī)放入罐車漏斗狀態(tài)進(jìn)行研究，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同工作狀態(tài)下透水混凝土進(jìn)入罐車能力對(duì)比

從試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著坍落度增加，透水混凝土的入罐車能力增加，但是坍落度增長(zhǎng)能力有限，當(dāng)透水混凝土達(dá)到200 mm以后，透水混混凝土容易出現(xiàn)成型試塊堵孔的現(xiàn)象，所以必須綜合考察倒坍時(shí)間數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行判斷，如果倒坍時(shí)間小于4 s則透水混混凝土雖然能入罐車但是會(huì)出現(xiàn)混凝土掛漿能力不足，從而造成透水混凝土底部堵孔的現(xiàn)象。所以把罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土工作性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)定為：坍落度控制在170～200 mm，且倒坍時(shí)間控制在4～7 s；罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土出機(jī)狀態(tài)為：漿體包裹骨料，不流漿，用手握時(shí)顆粒之間不粘結(jié)。如圖1～4所示。

圖1 預(yù)拌透水混凝土坍落度狀態(tài)

圖2 普通透水混凝土坍落度狀態(tài)

圖3 預(yù)拌透水混凝土手握狀態(tài)

圖4 預(yù)拌透水混凝土倒筒測(cè)試

2 預(yù)拌透水混凝土專用外加劑關(guān)鍵技術(shù)的研究

2.1 預(yù)拌透水混凝土專用外加劑設(shè)計(jì)思路

攪拌罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土存在幾個(gè)方面的難點(diǎn)，普通透水混凝土為干硬性混凝土，黏度大，幾乎沒(méi)有流動(dòng)性，很難放入攪拌罐車，如果可以放大流動(dòng)度會(huì)造成骨料掛漿能力不足，造成透水混凝土底部漿體聚集，造成堵孔的現(xiàn)象。本研究設(shè)計(jì)了一種新型預(yù)拌透水混凝土專用外加劑，其主要構(gòu)成為減水劑+膠粉+增稠劑+緩凝劑+憎水劑，其每種成分的設(shè)計(jì)目的如下。

1)減水劑。由于透水混凝土的強(qiáng)度主要是由膠結(jié)在骨料顆粒表面的水化膠凝材料的強(qiáng)度來(lái)提供的，所以需要通過(guò)低的水膠比來(lái)提高漿體的強(qiáng)度，從而保證透水混凝土的強(qiáng)度。聚羧酸減水劑有良好的減水效果，能使透水混凝土在低水膠比下保持工作性能。

2)緩凝劑。緩凝劑的添加有助于緩解膠凝材料的水化進(jìn)程，使透水混凝土有一定的坍落度保持能力，從而確保透水混凝土能夠較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)輸，解決目前混凝土運(yùn)輸半徑較小的缺陷。

3)增稠劑。增稠劑作用在于適當(dāng)增加漿體的粘聚性，使得漿體均勻分散并粘附于骨料表面，避免漿體的流動(dòng)性過(guò)大或過(guò)小，降低透水混凝土的性能。

4)憎水劑。憎水劑為憎水性表面活性劑，對(duì)混凝土拌合物有潤(rùn)滑、分散、減水、引氣作用，能在初期改善透水混凝土拌合物的和易性，使新透水混凝土擁有良好的坍落度，使混凝土能順利通過(guò)漏斗形狀的混凝土罐車的入口，順利進(jìn)入罐車內(nèi)部。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，憎水劑中的羧酸基(-COOH或-C00R)與水泥漿中的氫氧化鈣反應(yīng)，形成不溶性鈣皂的溥膜的絡(luò)合吸附層，長(zhǎng)鏈的烷基在水泥表面形成憎水層。憎水劑的加入還使得硬化的透水混凝土的透水能力增加，這是由于憎水劑的加入使得透水混凝土骨料砂漿表面形成憎水層，其表面與水的接觸增加，使得透水混凝土內(nèi)部有效的透水孔洞增多，從而能增加透水混凝土的透水能力。

5)膠粉。膠粉的加入在初期階段在攪拌后均勻的分散到新拌混凝土內(nèi)部，可再分散乳膠粉顆粒的“潤(rùn)滑作用”使得透水混凝土的初期能夠有良好的工作性能，在多種外加劑協(xié)同作用下使得透水混凝土在初期具有很好的流動(dòng)性，能夠順利放入攪拌罐車內(nèi)。隨著透水混凝土中的膠凝材料的不斷水化，乳膠顆粒逐漸團(tuán)聚成膜，增加了骨料之間的粘結(jié)力，使得透水混凝土在較高流動(dòng)度進(jìn)入罐車后，在一定時(shí)間過(guò)后卸料出來(lái)時(shí)候能夠有良好的粘聚性，不出現(xiàn)堵孔，封底等現(xiàn)象。并且乳膠粉在砂漿表面形成了膜也提高了混凝土的憎水性，降低了吸水率，提高了透水混凝土的透水能力。

2.2 預(yù)拌透水混凝土專用外加劑配合比對(duì)于預(yù)拌透水混凝土性能的影響

由于減水劑均使用液態(tài)聚羧酸減水劑，與普通混凝土外加劑基本相同，其他為粉劑，所以將其他組分外加劑按比例混合，組成了預(yù)拌透水混凝土專用外加劑。下面討論不同外加劑配合比對(duì)透水混凝土的影響。其具體配合比見(jiàn)表2。

表2 預(yù)拌透水混凝土專用外加劑配合比對(duì)于混凝土性能的影響

由試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著膠粉摻量的增加，透水混凝土黏度降低，表現(xiàn)為坍落度增加且倒坍時(shí)間縮短，總的來(lái)說(shuō)，膠粉的加入對(duì)于透水混凝土的工作性能改善明顯，但是從強(qiáng)度數(shù)據(jù)可知，隨著膠粉的加入透水混凝土強(qiáng)度先增加后降低，其峰值出現(xiàn)在膠粉摻量為0.5%時(shí)。這是由于少量膠粉加入，膠粉乳化后與水泥水化產(chǎn)物共同形成具有強(qiáng)度的估價(jià)，使得透水混凝土顆粒之間粘結(jié)強(qiáng)度增加，從而提高了透水混凝土的強(qiáng)度，但是隨著膠粉摻量增加，過(guò)多的乳膠膜使得硬化水泥漿體柔性過(guò)大，從而使得強(qiáng)度降低，綜合成本及透水混凝土性能等方面考慮，乳膠粉摻量控制為0.5%。不同膠粉摻量對(duì)于透水混凝的抗壓強(qiáng)度影響見(jiàn)圖5。

圖5 不同膠粉摻量對(duì)于透水混凝土抗壓強(qiáng)度影響

通過(guò)對(duì)于不同防水劑摻量下預(yù)拌透水混凝土性能的研究可知，少量的防水劑能夠改善透水混凝土的工作性能，表現(xiàn)為坍落度增加，且倒坍時(shí)間減少，利于透水混凝土進(jìn)入罐車，當(dāng)摻量大于1%后，由于需水量增加，使得透水混凝土工作性能及強(qiáng)度均有所下降。

綜合來(lái)說(shuō)，通過(guò)各組分的協(xié)同配合，使得專用外加劑能夠使新拌透水混凝土能夠呈現(xiàn)料漿能夠包裹在骨料顆粒表面不流淌，能夠有足夠的流動(dòng)性能夠滿足透水混凝土進(jìn)入罐車的要求。且在研究中還發(fā)現(xiàn)，改配方下的專用外加劑能在30 min后小幅度降低透水混凝土的流動(dòng)性及增加混凝土的粘聚性，這樣就能保證罐車內(nèi)的透水混凝土在運(yùn)送到工地施工時(shí)粘聚性良好，不會(huì)出現(xiàn)封底的質(zhì)量問(wèn)題。不同防水劑摻量對(duì)于預(yù)拌透水混凝土抗壓強(qiáng)度影響見(jiàn)圖6。

圖6 不同防水劑摻量對(duì)于預(yù)拌透水混凝土抗壓強(qiáng)度影響

3 預(yù)拌透水混凝土生產(chǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 預(yù)拌透水混凝土配合比設(shè)計(jì)

預(yù)拌透水混凝土配合比設(shè)計(jì)與普通透水混凝土配合比設(shè)計(jì)相同，主要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，參照《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 135-2009)來(lái)進(jìn)行透水混凝土配合比設(shè)計(jì)。

3.2 投料順序

先放入骨料及70%水?dāng)嚢?5 s，再放入水泥、硅灰及透水專用外加劑和減水型外加劑及剩余水，攪拌90 s出料。透水混凝土的用水量必須嚴(yán)格控制，合適的用水量攪拌出的混凝土表面能裹漿，但是不流漿。

3.3 拌合物的性能

透水混凝土拌合物性能必須滿足如下要求：漿體包裹骨料、不流漿，用手握時(shí)顆粒之間不粘結(jié)，初機(jī)坍落度180～200 mm。

3.4 下料速度控制

新拌透水混凝土由于其特殊性，所以較普通混凝土流動(dòng)性能差，所以在攪拌完成后進(jìn)入主機(jī)時(shí)應(yīng)采取點(diǎn)動(dòng)方式，控制好下料速度，保證透水混凝土的落下罐車漏斗的速度與主機(jī)出料速度相匹配，避免出現(xiàn)混凝土悶出現(xiàn)象。

3.5 運(yùn) 輸

運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)較為科學(xué)的行車路線，組織充足的運(yùn)輸車輛，以保證透水混凝土澆筑的順利進(jìn)行，每車運(yùn)距控制在30～120min。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，透水混凝土由于為干硬性混凝土，所以罐車運(yùn)輸轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中阻力很大，所以透水混凝土每車最大裝載方量應(yīng)為每車額定裝載量的70%，每車約5～7 m3為宜。當(dāng)產(chǎn)品運(yùn)抵工地后應(yīng)快速攪拌3 min后再進(jìn)行出料。

4 工程應(yīng)用

該技術(shù)已成功應(yīng)用于成都市中和街道道排工程、成都市天府新區(qū)道路改造等工程。其中成都市中和街道道排工程中透水混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為25 MPa，透水系數(shù)≥8 mm/s。本工程實(shí)際生產(chǎn)中運(yùn)輸距離為1.5 h，溫度為30℃，全程采用混凝土攪拌罐車運(yùn)輸。根據(jù)工程要求及運(yùn)輸實(shí)際，本項(xiàng)目在配制透水混凝土專用外加劑時(shí)適當(dāng)提高了緩凝組分的量，并且在出機(jī)坍落度適當(dāng)增加，控制為(200±10)mm，倒筒時(shí)間控制為(5±1)s。出罐車時(shí)坍落度測(cè)試為(170±10)mm，坍落度為(8+1)s。最終透水混凝土強(qiáng)度為26.5 MPa，透水系數(shù)為8.3 mm/s。圖7為工程中罐車卸料情況；圖8為透水混凝土澆筑完成后情況。

圖7 工程中罐車卸料情況

圖8 透水混凝土澆筑完成后情況

5 結(jié) 論

1)罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土工作性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)定為：坍落度控制在170～200 mm，且倒坍時(shí)間控制在4～7 s；罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土出機(jī)狀態(tài)為：漿體包裹骨料、不流漿，用手握時(shí)顆粒之間不粘結(jié)。

2)罐車運(yùn)輸型預(yù)拌透水混凝土專用外加劑主要構(gòu)成為減水劑+膠粉+增稠劑+緩凝劑+憎水劑，該外加劑加入能解決透水混凝土罐車運(yùn)輸問(wèn)題。

3)生產(chǎn)控制階段關(guān)鍵點(diǎn)為透水混凝土投料攪拌順序及時(shí)間點(diǎn)控制、透水混凝土工作性能的控制、下料過(guò)程的速度控制及運(yùn)輸過(guò)程中裝載量及運(yùn)輸時(shí)間的控制。在做好以上控制的條件下，罐車運(yùn)輸型透水混凝土生產(chǎn)可以規(guī)模化。

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