漿體流變性對(duì)透水混凝土力學(xué)性能的影響研究

劉冬寧

(河北瑞志交通技術(shù)咨詢有限公司 石家莊市 050091)

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，由鋼筋混凝土建筑而成的城市出現(xiàn)了如積水、內(nèi)澇等“城市病”，給人民生活和城市發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重的影響[1-2]?；谌找嫱怀龅某鞘邪l(fā)展問(wèn)題，各地城市大力推進(jìn)“海綿城市”建設(shè)理念，而透水混凝土是在符合當(dāng)下環(huán)境的一種新型綠色建筑材料[3-5]。近年來(lái)，透水混凝土在城市停車(chē)場(chǎng)、人行道、輕載道路等市政工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用，其透水性能、力學(xué)性能等是透水混凝土使用過(guò)程中需重點(diǎn)考慮的幾項(xiàng)指標(biāo)，考慮到水泥用量在透水混凝土的各類(lèi)組成物料中占比較大，而如何科學(xué)設(shè)置水泥漿體的比例，改善水泥漿體性質(zhì)，對(duì)于提高透水混凝土的使用效果將會(huì)起到促進(jìn)作用[6-8]。首先通過(guò)改變外摻劑摻量控制調(diào)整水泥漿體的流動(dòng)度與塑性黏度，然后將其加入骨料、外摻劑及拌和水中制備成透水混凝土試件，分別對(duì)不同漿體流動(dòng)度和塑性黏度制備而成的透水混凝土進(jìn)行力學(xué)性能研究，以期為透水混凝土的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

(1)水泥：選用P·O 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，其基本性能指標(biāo)如表1所示。

表1 P.O 42.5普通硅酸鹽水泥性能指標(biāo)

(2)骨料：?jiǎn)瘟＜?jí)玄武巖碎石，粒徑范圍為4.75～9.5mm，壓碎值為10.5%。

(3)外摻劑：增黏劑選用某化工公司生產(chǎn)的HMC羥乙基纖維素；減水劑選用聚羧酸系高效減水劑，減水率為26.3%。

(4)水：市政自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)配比

通過(guò)利用外摻劑控制調(diào)整水泥漿體的流動(dòng)度與塑性黏度，其中A組的塑性黏度固定為0.9Pa·s，流動(dòng)度分別調(diào)為100mm、125mm、150mm、175mm、200mm；B組的流動(dòng)度固定為150mm，塑性黏度分別調(diào)為0.3Pa·s、0.6Pa·s、0.9Pa·s、1.2Pa·s、1.5Pa·s；將水泥漿體中加入骨料、外摻劑及拌和水等制備成透水混凝土，水灰比取0.28，水泥與骨料質(zhì)量比取0.25，即水泥用量和骨料用量分別固定為380kg·m-3、1520kg·m-3，透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)具體如表2所示。

表2 透水混凝土及漿體配合比設(shè)計(jì)

1.3 試驗(yàn)成型及方法

按照常規(guī)透水混凝土的拌和工藝制備試驗(yàn)試件，首先根據(jù)透水混凝土的設(shè)計(jì)配比，將水泥、骨料倒入攪拌機(jī)中干拌1min，然后分別加入水、減水劑、增黏劑再次攪拌3min，將混凝土拌和物取出分3層裝入試件模型中，同時(shí)逐層進(jìn)行插搗30次，再用鐵塊將各試件模型上方覆蓋壓住，最后將其分別置于振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)0.5min，以確保試件能夠成型密實(shí)。在透水混凝土力學(xué)性能測(cè)試中抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試件尺寸為150mm×150mm×150mm，抗折強(qiáng)度試驗(yàn)試件尺寸為150mm×150mm×600mm。試件成型后先置于溫度為20℃±2℃的室內(nèi)養(yǎng)護(hù)1d，再依次取出并拆除模具，最后放入濕度為97%、溫度為20℃的標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)待測(cè)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 漿體流動(dòng)度對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

通過(guò)對(duì)不同流動(dòng)度漿體制備的透水混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，得到7d、28d齡期時(shí)的抗壓強(qiáng)度變化曲線如圖1所示。

圖1 漿體流動(dòng)度-抗壓強(qiáng)度變化曲線

由圖1可知，不同漿體流動(dòng)度的透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增大逐漸增大；在漿體塑性黏度一定時(shí)，隨著漿體流動(dòng)度的增大，7d、28d齡期時(shí)透水混凝土抗壓強(qiáng)度均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，其中當(dāng)漿體流動(dòng)度由100mm增至150mm時(shí)，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨之逐漸增大，當(dāng)流動(dòng)度達(dá)150mm時(shí)，7d、28d透水混凝土的抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到了最大值30.25MPa和33.71MPa，當(dāng)流動(dòng)度繼續(xù)增大，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度則逐漸減小。原因是水泥漿體在流動(dòng)度較小的情況下呈偏干狀態(tài)，黏結(jié)能力較低，無(wú)法均勻包裹于骨料外表，故抗壓強(qiáng)度偏低；隨著水泥漿體流動(dòng)度的增加，其黏結(jié)能力逐漸增強(qiáng)，骨料能被均勻的包裹，從而提高了透水混凝土的抗壓強(qiáng)度；但當(dāng)漿體流動(dòng)度過(guò)大時(shí)，泥漿會(huì)在自重和振動(dòng)的共同作用下沉至拌和物的中、下層，故透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨之逐漸降低。

2.2 漿體流動(dòng)度對(duì)透水混凝土抗折強(qiáng)度的影響

通過(guò)對(duì)不同流動(dòng)度漿體制備的透水混凝土進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)試，得到7d、28d齡期時(shí)的抗折強(qiáng)度變化曲線如圖2所示。

圖2 漿體流動(dòng)度-抗折強(qiáng)度變化曲線

根據(jù)圖2可知，隨著齡期的增大，不同漿體流動(dòng)度的透水混凝土抗折強(qiáng)度均逐漸增大；隨著漿體流動(dòng)度的增大，透水混凝土的抗折強(qiáng)度也均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，其中當(dāng)流動(dòng)度為100mm時(shí)，7d、28d透水混凝土的抗折強(qiáng)度為2.11MPa和3.51MPa；當(dāng)流動(dòng)度為150mm時(shí)，7d、28d的抗折強(qiáng)度為3.12MPa和4.4MPa，分別較流動(dòng)度100mm時(shí)增加了47.9%、25.4%；當(dāng)流動(dòng)度為200mm時(shí)，7d、28d的抗折強(qiáng)度2.13MPa和3.42MPa，較流動(dòng)度150mm時(shí)減小了31.7%、22.3%。原因是，在適宜的流動(dòng)度情況下漿體的黏結(jié)能力才能達(dá)到最佳狀態(tài)，且骨料包裹程度更為充分均勻，故混凝土的抗折強(qiáng)度增大。

2.3 漿體塑性黏度對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

通過(guò)對(duì)不同塑性黏度漿體制備的透水混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，得到7d、28d齡期時(shí)的抗壓強(qiáng)度變化曲線如圖3所示。

圖3 漿體塑性黏度-抗壓強(qiáng)度變化曲線

由圖3可知，不同漿體塑性黏度的透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨著齡期的增大逐漸增大；在漿體流動(dòng)度一定時(shí)，隨著漿體塑性黏度的增大，7d、28d齡期時(shí)透水混凝土抗壓強(qiáng)度均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，其中當(dāng)塑性黏度由0.3Pa·s增至0.9Pa·s時(shí)，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨之逐漸增大，當(dāng)塑性黏度達(dá)到0.9Pa·s時(shí)，7d、28d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到最大值，而當(dāng)塑性黏度繼續(xù)增大，抗壓強(qiáng)度則逐漸減小，且在1.2～1.5Pa·s范圍內(nèi)抗壓強(qiáng)度減幅比較明顯。原因是在塑性黏度小時(shí)，水泥漿體的稠度與拉拔黏結(jié)強(qiáng)度均較低，無(wú)法穩(wěn)定地包裹于骨料表面，故抗壓強(qiáng)度較低；當(dāng)塑性黏度在一定范圍內(nèi)增大，漿體的黏結(jié)黏附能力逐漸增強(qiáng)，故混凝土的抗壓強(qiáng)度也得到提高；當(dāng)塑性黏度繼續(xù)增大后，水泥漿體過(guò)度黏稠，使得包裹的骨料呈松散干澀狀，故透水混凝土的抗壓強(qiáng)度降低。

2.4 漿體塑性黏度對(duì)透水混凝土抗折強(qiáng)度的影響

通過(guò)對(duì)不同塑性黏度漿體制備的透水混凝土進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)試，得到7d、28d齡期時(shí)的抗折強(qiáng)度變化曲線如圖4所示。

圖4 漿體塑性黏度-抗折強(qiáng)度變化曲線

根據(jù)圖4可知，隨著齡期的增大，不同漿體塑性黏度的透水混凝土抗折強(qiáng)度都逐漸增大；隨著漿體塑性黏度的增大，各齡期時(shí)透水混凝土抗折強(qiáng)度均呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，其中當(dāng)塑性黏度為0.3Pa·s時(shí)，7d、28d透水混凝土的抗折強(qiáng)度為2.48MPa和3.74MPa；當(dāng)塑性黏度為0.9Pa·s時(shí)，7d、28d的抗折強(qiáng)度為3.12MPa和4.4MPa，分別較塑性黏度0.3Pa·s時(shí)增加了25.8%、17.6%；當(dāng)塑性黏度為1.50Pa·s時(shí)，7d、28d的抗折強(qiáng)度1.15MPa和2.13MPa，較塑性黏度0.9Pa·s時(shí)減小了63.1%、51.6%。原因是在適宜的塑性黏度情況下，漿體的稠度與拉拔黏結(jié)強(qiáng)度才能達(dá)到最佳狀態(tài)，使得骨料包裹程度更為充分均勻，因此透水混凝土的抗折強(qiáng)度增大。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)隨著齡期的增大，不同漿體流動(dòng)度或塑性黏度制備的透水混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度均逐漸增大。

(2)隨著漿體流動(dòng)度的增大，透水混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度呈先增大后減小變化；隨著塑性黏度的增大，透水混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度也呈先增大后減小變化。

(3)適宜的流動(dòng)度或塑性黏度能夠使?jié){體的稠度與拉拔黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)到最佳狀態(tài)，使其包裹于骨料表面更加充分均勻，從而增強(qiáng)透水混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度。