透水混凝土浅析

前言透水混凝土是欧美、日本等发达国家在20 世纪70、80 年代针对城市水泥混凝土道路路面缺乏呼吸性、吸收热量与渗透雨水等缺陷而开发的一种环保、生态型的路面材料[1-3] 。

与普通混凝土路面相比,透水混凝土具有多孔轻质、透气透水等特点,利用透水混凝土铺设的城市道路路面,有利于调节城市气温、降低地表温度、减轻城市“热岛现象”[4-5] 。而且透水混凝土路面也可充分利用自然降水补充地下水资源,发挥“蓄水池”功能,是当前我国“海绵城市”道路建设的重要途径之一。同时,其他很多国家也在大量推广使用透水混凝土,如德国预期要在短期内将90%的道路改造成透水混凝土[6] 。

为了满足透水要求,透水混凝土一般具有较高的孔隙率, 导致透水混凝土的强度通常比较低,目前工程上使用的透水混凝土抗压强度普遍不高于30MPa。较低的强度制约了透水混凝土的推广应用,基本上仅用于对强度要求不太高的场合,如公园内道路、人行道、轻量级车道、停车场以及各种新型体育场地等,难以作为交通承载量较大的道路路面材料[7-8] 。

本文采用水泥、砂石等普通混凝土原材料制备透水混凝土,分析骨料种类、粒径与级配等骨料特性,以及配合比、成型方法等因素对透水混凝土抗压强度、透水系数等性能的影响,探讨利用普通混凝土原材料制备较高强度透水混凝土的工艺措施。

1 试验部分1.1 原材料水泥: 黄石某水泥厂生产的P•O 42.5 级水泥;粗骨料: 粗骨料分别取自湖北省阳新县交通碎石厂、湖北省黄

石青龙碎石厂、湖北省随县万和镇石材厂废弃石料处理中心、湖南宝隆科技发展有限公司,其技术指标见表

1;粉煤灰:湖北某公司生产的Ⅱ级粉煤灰;减水剂:武汉某混凝土公司生产用聚羧酸高效减水剂,固含量42%,实测减水率为40%,最佳掺量为0.8%;拌合与养护用水均采用自来水。

1.2 基准配合比设计(1)骨料:其总用量取每m 3 骨料紧密堆积状态的质量。(2)胶凝材料:混凝土胶凝材料总量初步确定普通原材料制备:利用非连续粒级骨料、水泥、矿物掺合料等普通原材料,掺入高性能减水剂制备了C30 透水混凝土,并研究了骨料特性、水胶比、成型方式等因素对透水混凝土抗压强度、透水系数等性能的影响。

结果表明:选用粒径为4.75~9.5mm 粗骨料、P•O 42.5 级水泥,控制水灰比0.30 左右,掺入聚羧酸高效减水剂,可制得表观密度为1900kg/m 3 、透水系数大于1.5mm/s 的C30 透水混凝土。

3 ,其中,水泥用量350kg/m 3 ,粉煤灰用量50kg/m 3 ,再通过试验,在保证最佳水泥浆量的条件下,确定最小水泥用量。(3)水胶比:基准水胶比取0.30,在骨料、胶凝材料用量一定的情况下,从小到大选取几组不同的水胶比制备混凝土,测试其抗压强度,通过试验确定最佳水胶比。

(4)外加剂:聚羧酸减水剂掺量按胶凝材料用量的0.8%掺加,同时掺加少量消石灰以调整水泥浆的黏性。

1.3 试验方法1.3.1 试件的制作(1)混凝土混合料的制备:根据设计的配合比称量各原材料, 按照以下三种方法分别制备混合料:①普通搅拌法,将所有固体原材料一次性加入搅拌机,然后边加水边搅拌,

搅拌3min 左右出料;②预湿骨料法,先加入全部骨料与总用水量的30%搅拌20s 后,加入全部粉体材料(水泥与粉煤灰)搅拌40s,最后加入剩余水与减水剂,再搅拌90s 后制得混凝土混合料;③预拌浆料法,先将全部粉体材料、拌合水与减水剂投入筒内搅拌均匀,制得比需要大3~4 倍的浆料,然后加入全部骨料与已拌好的浆体一起搅拌,再用2.36mm 的筛子筛除多余浆料,形成除粗骨料表面包裹一层均匀浆体外没有多余浆料的混凝土拌合物。

(2)试件的成型: 将制备好的混凝土拌合物分别采用以下三种方式成型: ①普通振动成型法,将混凝土拌合物一次装入试模中,装料时用抹刀沿各试模壁插捣,装好后将试模附着在振动台上,以保证振动时试模不会出现跳动,振动20s 后停止;②人工插捣成型法,将混凝土拌合物分三层装入的试模中,每装一层后用坍落度捣棒在混合料表面由四周向中心以螺旋线方式插捣12 次左右; ③压力紧实法,将混凝土拌合物分二层装入的试模中,每装一层后将自制的压头模具覆盖在拌合物表面,将试模连同模具一起放置于压力机下加至指定压力后保持片刻卸载。每一种成型方法在装料时均使混凝土拌合物高出试模口15~20mm,最后用抹刀将表面压实、抹平。

(3)试件的养护: 依据GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》, 将试件标准条件养护至指定龄期。1.3.2 试件性能的测定方法1.3.2.1 有效孔隙率的测定有效孔隙率的测定方法[9] :取出制备好的透水混凝土试块放进110℃±5℃的烘箱中烘干至恒重,取出置于室内冷却4h,然后用刻度尺测量出试块的长、宽、高,

计算出试块体积V,再将试块置于水中浸泡约24h 使其吸水饱和, 秤取试件在水中的质量W 1 ,取出晾置2h 后,观察试块表面不再有水渍,秤取试块质量W 2 ,按式(1)计算试块的有效孔隙率P:P= 1-W 2 -W 1V( ) ×100% (1)式中:P 为透水性混凝土的有效孔隙率,%;W 1为试块浸水饱和状态下在水中的质量,g;W 2 为试块在饱和面干状态时的重量,g; V 为试块的表观体积,cm 3 。为降低误差, 每组试件有效孔隙率重复测3次,取其平均值。1.3.2.2 抗压强度的测定透水混凝土试件的抗压强度按照GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行检测。

1.3.

2.3 透水系数的测定透水系数的测定方法[9] :采用自制的简易透水性测定装置(见图1),根据定水位透水系数法测定原理进行测定。测定前必须将试件四周与透明方框之间的接缝用石蜡密封好,接着向方框中加水超过20cm,水通过试件渗漏,当水平面降至刻度16cm 时开始计时,至方框中水全部漏完毕时的时间为t 2 ,按T 2 =160/t 2 计算透水系数T 2 。

2 结果与讨论2.1 混合料制备方法对透水混凝土强度的影响依据设计的基准配合比称取各种原材料,分别采用普通搅拌法、预湿骨料法与预拌浆料法三种方表1 粗骨料性能种类粒径/mm岩石类别表观密度/(kg/m

3 )紧密堆积密度/(kg/m 3 )空隙率/%压碎指标/%骨料Ⅰ骨料Ⅱ骨料Ⅲ骨料Ⅳ4.75耀204.75耀204.75耀204.75耀20玄武岩石灰石花岗岩花岗岩自制透水性测定装置示意图混凝土试件透明方框将各原材料混合均匀,制得混凝土混合料,经浇注、密实成