雙級(jí)配骨料對(duì)透水混凝土性能的影響研究

曹婉婉 王婷威 李靜宜 劉錫磊 黃潤(rùn)東 武琳

吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 吉林吉林 132000

近年來(lái)，由于全球溫室效應(yīng)加劇，導(dǎo)致全球變暖，暴雨頻發(fā)，從沿海城市到內(nèi)陸城市，從南方城市到北方城市，都存在著城市內(nèi)澇的問題。海綿城市則是在這樣的背景下提出的一種解決方案，透水混凝土路面作為海綿城市建設(shè)的重中之重，能夠集中解決城市內(nèi)澇問題[1-2]。目前國(guó)內(nèi)很多地區(qū)已經(jīng)有人行道應(yīng)用透水混凝土路面的實(shí)例，而車行路面卻沒有廣泛應(yīng)用透水混凝土，究其根本主要是其不能滿足車輛正常行駛所需要的抗壓強(qiáng)度。

1 透水混凝土配合比設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)水泥選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥，增強(qiáng)劑選用南京久禾潤(rùn)SR-5無(wú)機(jī)透水混凝土增強(qiáng)劑，增強(qiáng)劑用量為水泥用量的3%。為使試樣具有較好的透水性能，本實(shí)驗(yàn)將透水混凝土試樣設(shè)計(jì)孔隙率設(shè)定為20%。水膠比對(duì)透水混凝土強(qiáng)度和透水性能影響較大。水膠比小，水泥漿會(huì)變稠，水泥漿難以完整包裹骨料進(jìn)而形成強(qiáng)度；水膠比大，水泥漿容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象，造成孔隙堵塞，透水性降低，本實(shí)驗(yàn)水膠比選擇為0.3。

1.1 計(jì)算水泥用量

根據(jù)體積法計(jì)算水泥體積，公式如下：

-VP：每立方米透水混凝土中水泥漿體體積

-Wb：每立方米透水混凝土中水泥用量（kg/m3）

1.2 計(jì)算骨料用量

采用填充理論及體積法，公式如下：

以骨料粒徑為單一變量設(shè)計(jì)六個(gè)實(shí)驗(yàn)組。后三組采用不同粒徑骨料兩兩組合的方式按質(zhì)量一比一設(shè)計(jì)。具體計(jì)算指標(biāo)如下：

第一組：骨料為25-30mm。各組分用量分別為骨料1348.64kg/m3、水泥 260.20kg/m3、水 78.06kg/m3、增強(qiáng)劑 7.81kg/m3；

第二組：骨料為16-20mm。各組分用量分別為骨料1267.73kg/m3、水泥 284.68kg/m3、水 85.4kg/m3、增強(qiáng)劑 8.54kg/m3；

第三組：骨料為6-10mm。各組分用量分別為骨料1123.44kg/m3、水泥 311.99kg/m3、水 93.6kg/m3、增強(qiáng)劑 9.36/m3；

第四組：骨料為16-20mm和25-30mm。各組分用量分別為骨料 1308.01kg/m3、水泥 272.44kg/m3、水 81.73kg/m3、增強(qiáng)劑8.17kg/m3；

第五組：骨料為6-10mm和25-30mm。各組分用量分別為骨料 1233.59kg/m3、水泥 286.09kg/m3、水 85.82kg/m3、增強(qiáng)劑8.58kg/m3；

第六組：骨料為6-10mm和16-20mm。各組分用量分別為骨料 1183.34kg/m3、水泥 302.57kg/m3、水 90.77kg/m3、增強(qiáng)劑9.08kg/m3。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

按設(shè)計(jì)配合比分別制作尺寸為150mm×150mm×150mm的立方體試塊六組，每組3個(gè)，直徑100mm高度50mm的圓柱形試塊六組，每組1個(gè)。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境中養(yǎng)護(hù)28天后進(jìn)行抗壓實(shí)驗(yàn)及透水實(shí)驗(yàn)。

2.1 骨料粒徑對(duì)抗壓強(qiáng)度性能的分析

實(shí)驗(yàn)測(cè)得六組試塊抗壓強(qiáng)度為第一組21MPa、第二組21MPa、第三組27MPa、第四組23MPa、第五組31MPa、第六組41MPa。

由上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知第一組骨料抗壓強(qiáng)度最低，第六組骨料的抗壓強(qiáng)度最高。不同粒徑的組合可以對(duì)粒徑之間的空隙進(jìn)行填充，從而使得混凝土試塊中的空隙更密實(shí)，提高抗壓強(qiáng)度，同時(shí)適當(dāng)?shù)牧浇M合也使得水泥漿均勻分布在石子的表面，緊緊包裹住石子，提高混凝土試塊的強(qiáng)度。對(duì)于第四組強(qiáng)度較低有兩方面因素導(dǎo)致，一方面，粒徑大小決定了不同粒徑之間是否能夠相互填充，進(jìn)而影響水泥漿分布，水泥漿分布不均導(dǎo)致強(qiáng)度分布不均；另一方面，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中粒徑之間填充不均勻也影響了水泥試塊的密實(shí)度，導(dǎo)致試塊整體抗壓強(qiáng)度降低。

2.2 骨料粒徑對(duì)透水系數(shù)性能影響的分析

六組實(shí)驗(yàn)透水系數(shù)均在2.5-3.0之間，當(dāng)骨料為單級(jí)配時(shí)，透水系數(shù)隨著粒徑的減小而減??；當(dāng)骨料為雙級(jí)配時(shí)，透水系數(shù)隨著粒徑組合中粒徑的減小而減小。由此可見，粒徑大小是影響透水系數(shù)的重要因素。當(dāng)粒徑較大時(shí)，外層經(jīng)過(guò)水泥漿的包裹，中間仍有較大的空隙，并且有較多的開口孔隙，有足夠空間用于水流通過(guò)，而粒徑較小時(shí)，石子經(jīng)過(guò)水泥漿的包裹，水泥漿相互粘連，形成閉合孔隙，使得透水系數(shù)降低[3]。

通過(guò)六組實(shí)驗(yàn)可以看出，第六組的抗壓強(qiáng)度與透水系數(shù)性能表現(xiàn)較好，其石子相互填充較好，制成試塊過(guò)程中，水泥漿與石子的相互結(jié)合，不易形成封閉的孔隙，可以使水流快速通過(guò)試塊縫隙，達(dá)到快速疏導(dǎo)積水的目的。而粒徑6-10mm的試塊在抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)與透水系數(shù)實(shí)驗(yàn)所顯現(xiàn)的性能并沒有達(dá)到預(yù)想數(shù)據(jù)，抗壓強(qiáng)度剛達(dá)到第六組的一半，透水系數(shù)相差不大，這是由于兩種石子粒徑相差較大，一些空隙不能被很好的填充，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

3 結(jié)語(yǔ)

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以反映出骨料粒徑對(duì)透水混凝土的力學(xué)性能有很大的影響。骨料粒徑對(duì)抗壓強(qiáng)度影響較大，對(duì)透水系數(shù)的影響較小，合理選擇不同粒徑的骨料和顆粒級(jí)配，可以使不同粒徑骨料緊密結(jié)合，更好地利用骨料之間的空隙，使水泥漿充分包裹骨料，有效提高透水混凝土強(qiáng)度，同時(shí)保證其透水性。