摘 要: 文章根據(jù)我國(guó)無(wú)砂透水性混凝土開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的現(xiàn)狀, 對(duì)無(wú)砂透水性混凝土抗壓強(qiáng)度、透水性進(jìn)行了試驗(yàn)研究, 分析了混凝土抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)與水灰比、骨料粒徑的關(guān)系, 提出了強(qiáng)度高達(dá)C50, 透水系數(shù)為2189mm / s的透水性混凝體最優(yōu)配比方案。
關(guān)鍵詞: 透水混凝土; 透水性混凝土路面磚; 抗壓強(qiáng)度; 透水系數(shù)
中圖分類號(hào): TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1671 - 0959 (2007) 0120081203
目前國(guó)內(nèi)研制的透水性混凝土路面磚的抗壓強(qiáng)度一般在20～25MPa, 與國(guó)家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土路面磚》規(guī)定的抗壓強(qiáng)度最低值C30 (30MPa)有差距。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上, 利用本地產(chǎn)水泥、添加外加劑、采用特殊生產(chǎn)工藝和成型方法, 進(jìn)行了無(wú)砂高強(qiáng)透水性混凝土試驗(yàn)研究, 提出了強(qiáng)度高達(dá)C50, 透水系數(shù)為2189mm / s的透水性混凝體最優(yōu)配比方案。
1 試驗(yàn)方法
關(guān)于大孔徑混凝土的透水性, 我國(guó)還沒(méi)有制定標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法。本文參照日本混凝土協(xié)會(huì)1998年提出的《多孔混凝土性能試驗(yàn)方法草案》對(duì)透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度、透水系數(shù)、孔隙率等性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。
1．1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)所提出的正交試驗(yàn)方法, 對(duì)透水磚的配比及性能的試驗(yàn)方案進(jìn)行研究, 找出強(qiáng)度、透水性與配比關(guān)系。目前透水性混凝土的最佳水灰比通常介于0．25 ～0．35之間[ 1 ] , 故本方案擬選用0．27、0．3、0．33。骨膠比的大小影響混凝土的強(qiáng)度和透水性, 考慮較小粒徑骨料的表面積較大, 為保持水泥漿的合理厚度, 本次試驗(yàn)采用的骨膠比定為4．0、4．5、5．0。因?yàn)檫x用的影響因素為三個(gè),故正交試驗(yàn)方案的安排見(jiàn)表1。
1．2 原材料
水泥: 普通硅酸鹽水泥, 強(qiáng)度等級(jí)為42．5。
骨料: 采用人工碎石, 粒徑選用2．5～5．0mm, 5．0～10．0mm, 5．0～15．0mm的單一粒級(jí)。
外加劑: 選用天津泰克科技有限公司生產(chǎn)的XQB混凝土增強(qiáng)劑。
拌合及養(yǎng)護(hù)用水: 自來(lái)水。
1．3 試塊制備
每組制備5個(gè)試件, 每個(gè)試件一次加壓成型, 成型壓力為2MPa。成型后表面覆蓋塑料薄膜以防止水分散失, 經(jīng)24h后,拆模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d。本次試件為250mm ×250mm×60mm長(zhǎng)方體(用于抗壓強(qiáng)度測(cè)試)和直徑100mm、高度200mm的圓柱體(用于透水系數(shù)測(cè)試)兩種。
1．4 抗壓強(qiáng)度測(cè)試
參照規(guī)范《混凝土路面磚》JC /T 446—2000測(cè)定試件的抗壓強(qiáng)度, 受壓面積120mm ×60mm, 加載速率為0．3～0．5MPa / s, 取5個(gè)試件的平均值。按我國(guó)道路場(chǎng)地設(shè)計(jì)規(guī)范, 本研究的透水性混凝土路面磚標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)格尺寸的邊長(zhǎng)/厚度= 4117 < 5, 所以不必考慮抗折強(qiáng)度。
1．5 透水系數(shù)測(cè)試
目前, 我國(guó)對(duì)透水性混凝土透水系數(shù)的測(cè)試主要有兩種方法。
一種是日本混凝土協(xié)會(huì)提出的“多孔混凝土性能試驗(yàn)方法草案”。這種方法主要參考《土壤透水性試驗(yàn)》, 試驗(yàn)時(shí)采用定水頭的方法, 如圖1左所示[ 2, 3 ]。根據(jù)達(dá)西定律測(cè)量混凝土的透水系數(shù)。試驗(yàn)時(shí)從透水套筒的上部注入水,水通過(guò)試件進(jìn)入外套筒, 最后從溢水口流出。在持續(xù)加水的情況下, 當(dāng)加入的水量與溢出的水量取得平衡時(shí), 用量筒計(jì)量通過(guò)混凝土的出水量, 同時(shí)計(jì)量出水的時(shí)間, 然后通過(guò)公式(1)就可以計(jì)算透水系數(shù)K1 :K1 = QL / (AH△t) (1)
式中 K1 ———透水性混凝土的透水系數(shù), mm / s;
Q———測(cè)試時(shí)間段△t內(nèi)透過(guò)混凝土的水量, mm3 ;
L ———透水性混凝土試件的高度, mm;
A ———透水性混凝土試件的面積, mm2 ;
H———水頭, mm;
△t———測(cè)試時(shí)間, s。
另一種方法是采用變水頭的方法, 即從一定的水頭高度開(kāi)始, 以滲流速度V 表示透水性混凝土的透水系數(shù), 如圖1右所示。試驗(yàn)時(shí), 在透水套筒內(nèi)注入一定高度的水,水通過(guò)混凝土試件從試件的下表面流出, 通過(guò)測(cè)試試件表面水位下降一定高度所需的時(shí)間, 根據(jù)公式(2)計(jì)算透水系數(shù)K2 :
K2 = h / △t (2)
式中 K2 ———透水性混凝土的透水系數(shù)。mm / s;
H———水位變化高度, mm;
△t———測(cè)試時(shí)間, s。
本次試驗(yàn)采用定水頭法測(cè)定透水系數(shù), 結(jié)果見(jiàn)表2。
1．6 孔隙率和連通孔隙率測(cè)試
首先用卡尺測(cè)量并計(jì)算試件的外觀體積V1 ; 將試件浸泡在水中使其飽和后, 稱取試件在水中的重量W1 ; 將試件從水中取出, 控干內(nèi)部吸入的水并擦干表面多余的水, 待重量恒定后稱取試件在空氣中的重量W2 ; 然后將試件在20℃ ±2℃、相對(duì)濕度60%的條件下自然放置24h, 稱取試件在空氣中的重量W3 ; 則透水性混凝土的總孔隙率P1 和連通孔隙率P2 分別按公式(3) 、(4)進(jìn)行計(jì)算, 結(jié)果見(jiàn)表2。
P1 = [1 - (W3 - W1 ) /V1 ] ×100% (3)
P2 = [1 - (W2 - W1 ) /V1 ] ×100% (4)
2 試驗(yàn)結(jié)果
本試驗(yàn)各組試件的抗壓強(qiáng)度、透水系數(shù)、孔隙率和連通孔隙率試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2, 表中各項(xiàng)數(shù)據(jù)均為每組5個(gè)試件平均值。
3 結(jié) 論
對(duì)以上試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得出以下結(jié)論:
1) 根據(jù)透水性混凝土結(jié)構(gòu)模型可知, 透水性混凝土受力是通過(guò)骨料之間的膠結(jié)點(diǎn)傳遞力的作用。由于骨料本身的強(qiáng)度較高, 水泥凝膠層很薄, 水泥凝膠體與粗骨料界面之間的膠結(jié)面積小, 其破壞特征是骨料顆粒之間的連接點(diǎn)被破壞。因此, 在保證一定孔隙率的前提下, 增加膠結(jié)點(diǎn)的數(shù)量和面積, 增強(qiáng)膠結(jié)力是提高透水性混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵。骨料粒徑越小, 比表面積越大, 所形成的結(jié)構(gòu)骨架單位體積內(nèi)骨料顆粒之間的接觸點(diǎn)數(shù)量多, 膠結(jié)面積越大,從而提高透水性混凝土的整體強(qiáng)度[ 4 ]。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,即使水灰比相同, 但由于粒徑減少, 膠結(jié)點(diǎn)的數(shù)量多、面積大, 抗壓強(qiáng)度增大。
2) 本次研究采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)和預(yù)拌水泥漿法進(jìn)行攪拌, 即首先拌制比需要量大3～4倍的水泥漿, 然后將骨料與水泥漿一起攪拌, 保證每顆粒骨料上都包裹較多的水泥漿, 再使這些骨料通過(guò)一個(gè)以一定頻率振動(dòng)的篩子, 篩去多余的水泥漿, 這樣留在骨料表面的水泥漿, 恰好是所需要的。采用這種方法, 可以保證攪拌的均勻性, 水泥漿的利用率也最大。正是由于這兩條原因, 加之選用了適宜的外加劑, 使本次研制的透水性混凝土抗壓強(qiáng)度之高在目前尚未見(jiàn)到類似報(bào)道。
3) 對(duì)于透水混凝土的強(qiáng)度而言, 在水灰比處于0127～0133之間時(shí), 骨料粒徑與骨膠比對(duì)強(qiáng)度影響顯著, 因而在配制過(guò)程中, 骨膠比應(yīng)取較小值, 骨料粒徑適中。試驗(yàn)表明, 組號(hào)4 的強(qiáng)度指標(biāo)最高(強(qiáng)度58128MPa, 透水系數(shù)2189mm / s) , 組號(hào)3的透水系數(shù)最好(強(qiáng)度24172MPa, 透水系數(shù)6154mm / s) 。
4) 無(wú)砂混凝土的透水性和抗壓強(qiáng)度與混凝土的孔隙率有關(guān)。試驗(yàn)表明, 其透水性和強(qiáng)度是一對(duì)相互矛盾的指標(biāo),在配制透水混凝土?xí)r, 應(yīng)注意協(xié)調(diào)二者之間的關(guān)系。
5) 對(duì)無(wú)砂透水性混凝土來(lái)講, 粒徑是影響其性能的一個(gè)重要因素。在進(jìn)行配比設(shè)計(jì)時(shí), 要合理選取粒徑, 以使透水性混凝土的性能符合使用要求。隨著骨料粒徑的減小,雖然強(qiáng)度提高很快, 但透水系數(shù)、總孔隙率和連通孔隙率均有不同程度的下降。
6)作為路面材料,通常要求表層具有良好的耐磨性和__平整度, 處于表層的骨料顆粒很容易脫落, 使道路表面凹凸不平。為保證其具有良好的耐磨性和平整度, 綜合考慮以上因素, 透水系數(shù)、總孔隙率和連通孔隙率均滿足規(guī)范《混凝土路面磚》JC /T 446、2000要求, 以級(jí)配良好抗壓強(qiáng)度高達(dá)C50的第4組作為終選方案。
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