粉煤灰对透水混凝土性能影响研究

粉煤灰对透水混凝土性能影响研究作者：贾小妮
来源：《当代化工》2019年第12期
摘 ; ; ;要：为研究粉煤灰对透水混凝土的影响作用，通过在透水混凝土中加入粉煤灰，利用裹石法制作透水混凝土，研究了粉煤灰对透水混凝土抗压强度、抗折强度、孔隙率和透水系数的影响作用。

结果表明：粉煤灰的掺入对透水混凝土的性能有明显的影响，抗压强度先降低后增高，粉煤灰掺量为20%的时候抗压强度达到最大值19.6 MPa，随着粉煤灰掺量的继续增加，抗压强度值又逐渐减小;粉煤灰掺量为20%的时候抗折强度达到最大值，说明粉煤灰的最佳掺量在20%左右;随着粉煤灰掺量的增加，孔隙率和透水系数都逐渐减低，早期降低的速率大，后期降低的速率小。

关 ;键 ;词：粉煤灰;透水混凝土;强度;孔隙率;透水系数
中图分类号：TQ 528 ; ; ; 文献标识码： A ; ; ; 文章编号： 1671-0460（2019）12-2742-04
Abstract： In order to study the effect of fly ash on permeable concrete， the permeable concrete was prepared by adding fly ash to the permeable concrete， and the effect of fly ash on compressive strength， flexural strength， porosity and permeability of permeable concrete was investigated. The results showed that adding fly ash had significant effect on the performance of permeable concrete. The compressive strength decreased first and then increased. When the fly ash content was 20%， the compressive strength reached the maximum value of 19.6 MPa;With the continues increase of ash content， the compressive strength value decreased gradually. When the fly ash content was 20%，the flexural strength reached the maximum value， indicating that the optimum blending amount of fly ash is about 20%.With the increase of coal ash content， the porosity and permeability coefficient gradually reduced， the rate of early reduction was large， and the rate of late reduction was small.
Key words： Fly ash; Permeable concrete; Strength; Porosity; Permeability coefficient
随着我国“海绵城市”政策的落地，透水混凝土也迎来了快速的发展机遇[1]。

透水混凝土也称为多孔混凝土或无砂混凝土，是由骨料、水泥、增强剂和水拌制而成的一种具有连续孔隙率结构的新型混凝土[2-5]，具有多孔、轻质、透气、透水性能的特性[6]，在“海绵城市”建设中广泛应用于公园、人行道、体育场馆、景观路面等地方，利用透水混凝土的高孔隙率，加强地表与空气的热量和水分交换，调节城市气候，降低地表温度，有利于缓解城市“热岛”效应[7-10];透水混凝土在雨季将水份渗入地面以下，减轻城市道路排水系统的负担，减小地表径流压力，同时还可以缓解城市地下水位急剧下降的作用，具有良好的经济效益和生态环境效益。

由于透水混凝土中不掺细集料或者只掺少量细集料，从而使透水混凝土的强度、工作性、性能和普通混凝土有较大差异。

国内对透水混凝土的制备、性能及影响因素做了大量的研究，部分学者将粉煤灰、工业废渣、再生料等加入到透水混凝土中，取得了一定的成果[10-14]，但
基本上研究重點都在透水混凝土的制备方法、工作性等方面，粉煤灰对透水混凝土透水性能、孔隙率的研究较少，特别是强度方面的报道较少。

本文通过在透水混凝土中加入矿物外加剂粉煤灰，研究了粉煤灰对透水混凝土强度、透水率和孔隙率的影响作用[10]。

应用“水泥裹石法”拌制透水混凝土，首先测试粉煤灰对透水混凝土抗压强度和抗折强度的影响，随后测试了粉煤灰对透水混凝土透水率和孔隙率的影响[15]。

1 ;研究方法
1.1 ;原材料和主要测量仪器
水泥：秦岭牌PO42.5普通硅酸盐水泥，陕西耀县水泥厂，物理性能如表1所示。

碎石：碎石采用5～16 mm粒径规格的单一级配碎石，陕西省三原石料厂，物理性能如表2所示。

1.2 ;实验方案设计
根据CJJT135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中的规定，采用体积法计算混凝土的配合比设计。

粉煤灰采用内掺法，分别添加0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%不同掺量的粉煤灰，制作透水混凝土，基础配合比为：水泥∶水∶碎石=450∶150∶1580，透水混凝土水胶比为0.30，浆集比为0.38，高效减水剂掺量为3.5%。

然后对不同粉煤灰掺量的透水混凝土进行强度、透水性能和孔隙率测定。

1.3 ;混凝土的拌合和成型
透水混凝土混合料拌合采用“水泥裹石法”进行搅拌[16，17]，搅拌流程如图1所示。

首先按照混凝土拌合规范的要求，用砂浆对搅拌机进行湿润，防止混凝土搅拌机损失正常的用水量。

将称量好的骨料一次性全部倒入搅拌机中，加入20%的水，搅拌30 s，目的使骨料表面进行湿润，以增加骨料的“粘附性”，从而使水泥和粉煤灰可以更好的包裹在碎石表面，随后加入水泥和粉煤灰搅拌30 s，将剩余的80%水量和高效减水剂加入搅拌机内，最后再搅拌150 s[18-20]。

搅拌结束后，立即将新拌的透水混凝土装入试模中，用捣棒从外侧向中心螺旋插捣15次，让后将试模放置于振动台上振动20 s，以保证透水混凝土的密实性，最后抹平收面，放入标准养护箱养护24 h后拆模，继续养护28 d，随后测定各类性能指数。

不同粉煤灰掺量的透水混凝土每组制作9个试件，三个用于抗压强度测定，三个用于孔隙率测定，三个用于透水系数测定。

同时抗折强度试件也制作3个，取三个试件的平均值作为代表值，抗折强度测定如图2所示。

1.4 ;实验方法
透水混凝土的抗压强度和抗折强度按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》
（GB/T50081—2002）中相关实验方法进行测试;孔隙率采用质量法进行测试，将试件完全浸泡在水中24 h，测试试件在水中的质量，然后将试件放在60 ℃的烘箱中干燥，随后计算孔隙率;透水系数测试采用《透水混凝土路面技术规程》（CJJ/T135—2009）中规定的方法进行。

2 ;实验结果与分析
2.1 ;粉煤灰掺量对抗压强度的影响
将不同粉煤灰掺量的透水混凝土试件进行抗压强度测定，测定结果如图3所示。

由图3可以观察出，与基准混凝土相比，随着粉煤灰掺量的增加，抗压强度先降低后增加，随着含量的进一步提高，抗压强度又迅速降低，且低于基准混凝土的抗压强度。

粉煤灰掺量从0%增加到5%的时候，抗压强度从19.2 MPa减小到19.0 MPa，减小了0.2 MPa;粉煤灰掺量从5%增加到10%时，抗压强度继续减小;粉煤灰掺量从10%增加到20%时，抗压强度不仅没有减小，反而逐渐增加，粉煤灰掺量从10%到15%时，抗压强度从18.7MPa增加到19.1 MPa，增加了0.4 MPa，粉煤灰掺量从15%到20%时，抗压强度从19.1 MPa增加到19.6 MPa，增加了0.5 MPa，两者的增加速率略微有差异。

粉煤灰掺量超过20%以后，抗压强度又开始降低。

粉煤灰掺量从20%～25%变化时，抗压强度从19.6 MPa降低到19.3 MPa，降低了0.3 MPa，但是粉煤灰掺量从25%增加到30%时，抗压强度从19.3 MPa降低到18.2 MPa，降低量为1.1 MPa，降低速率远大于之前粉煤灰变化时的增加或减小速率。

分析认为原因是粉煤灰取代部分水泥后，水泥数量相对减少，所以随着粉煤灰掺量的增加，早期抗压强度逐渐减小，当粉煤灰掺量增加到10%～20%之间时，抗压强度增加的原因是由于粉煤灰细度较小，比表面积大，同时加上粉煤灰的“滚珠”效应，使混凝土的密实度增加，所以混凝土的抗压强度又逐渐增加;当粉煤灰掺量超过20%以后，水泥数量减小的太多，水泥水化生成的水化硅酸钙数量相对太少，所以强度又逐渐降低，当掺量超过25%以后，抗压强度降低的速率变大，也证明了强度降低是由于水泥含量相对太少造成的。

2.2 ;粉煤灰掺量对抗折强度的影响
将不同粉煤灰掺量的透水混凝土试件进行抗折强度测定，测定结果如图4所示。

由图4可以观察出，随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土的抗折强度先增加后减小。

粉煤灰掺量从0%增加到10%的时候，抗折强度增加的速率较小，粉煤灰掺量每增加5%，抗折强度大约增加0.05 MPa;但是粉煤灰掺量超过10%以后，抗折强度增加的速率增大;粉煤灰掺量从10%增加到15%的时候，抗折强度增加了0.1 MPa，速率是前面的两倍;粉煤灰掺量从15%增加
到20%的时候，抗折强度突然从3.4 MPa增加到3.7 MPa，增加了0.3 MPa;当粉煤灰掺量超过20%后，抗折强度开始降低，且降低的速率也较大，说明粉煤灰的最佳掺量在20%左右。

分析认为，出现这种现象的原因主要是由粉煤灰的“滚珠”效应造成的，随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土的密实度也不断增加，所以抗折强度也随之增加;当超过最佳掺量后，随着粉煤灰掺量的继续增加，透水混凝土中水泥的有效成分不断减少，从而使透水混凝土的抗折强度又开始降低。

2.3 ;粉煤灰掺量对孔隙率的影响
將不同粉煤灰掺量的透水混凝土试件进行孔隙率测定，测定结果如图5所示。

由图5可以观察出，与基准透水混凝土相比，随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土的孔隙率逐渐降低。

粉煤灰掺量从0%增加到10%时，孔隙率下降较明显，粉煤灰掺量每增加5%，孔隙率大约降低0.35%;粉煤灰掺量超过10%以后，透水混凝土的孔隙率虽然也在下降，但是下降速率减小，粉煤灰掺量每增加5%，孔隙率大约降低0.1%。

分析认为随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土孔隙率逐渐降低的原因是由于粉煤灰颗粒较细，当掺入粉煤灰后，在透水混凝土中起填充作用比较明显，所以随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土的孔隙率不断减小。

2.4 ;粉煤灰掺量对透水系数的影响
将不同粉煤灰掺量的透水混凝土试件进行透水系数测定，测定结果如图6所示。

由图6可以观察出，随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土的透水系数也不断降低;但是降低的速率不一样，粉煤灰掺量较少的时候，透水系数的降低速率较大，粉煤灰掺量从0%增加到5%时，透水系数降低了0.4 mm/s;粉煤灰掺量从5%增加到10%时，透水系数降低了0.6 mm/s，降低速率略大于前者;随着粉煤灰掺量的继续增加，透水系数虽然也在逐渐降低，但是降低的速率开始慢慢变小。

出现这种现象的原因和孔隙率一样，也是由于粉煤灰填充了部分孔隙，从而使透水系数降低。

3 ;结论
通过在透水混凝土中加入粉煤灰，研究了粉煤灰掺量变化对透水混凝土抗压强度和抗折强度的影响作用，同时也研究了粉煤灰掺量变化对透水混凝土孔隙率和透水系数的影响作用，得到如下结论：
（1）粉煤灰的掺入对透水混凝土的强度有明显的影响作用，随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土的抗压强度先减小，后增加，当粉煤灰掺量为20%的时候，抗压强度达到最大值19.6 MPa，掺量超过20%时候，抗压强度又逐渐减小;
（2）随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土的抗折强度逐渐增大，当粉煤灰掺量为20%的时候，抗折强度达到最大值3.7 MPa，掺量超过20%时候，抗折强度也慢慢减小;说明对于强度而言，粉煤灰的最佳掺量为20%左右。

（3）粉煤灰的掺入对透水混凝土的孔隙率有明显影响，随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土的孔隙率逐渐减小;
（4）粉煤灰的掺入对透水混凝土的透水系数有明显影响，随着粉煤灰掺量的增加，透水混凝土的透水系数也逐渐减小，同时也说明透水混凝土中孔隙率和透水系数有相关性。

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