浅述多孔混凝土应用和制成技术.doc

浅述多孔混凝土用途和制成技术杨安东1，魏从新2，朱 霞2（ 南京大地建设集团股份有限公司构件厂 210028 ）摘 要： 多孔混凝土用于城市道路、广场透水性铺装,绿化铺装和护坡铺装，讨论其生态、环保功能的应用价值以及生产工艺。关键词： 多孔混凝土；环保；透水系数；空隙率；成型中图分类号： 文献标识码： 文章编号：50引言 多孔混凝土是由骨料，水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土。其构造是由粗骨料表面包裹一层水泥浆相互连结，形成分布均匀,呈蜂窝状的孔穴结构，具有透气、透水和重量轻的特点，并具有较好的力学性能,这种混凝土以往常用于农村灌溉机井下部滤水管。 20世纪80年代后期，随着人们对生态环境、保护环境以及生物多样性的日益关注，多孔混凝土在改善环境方面的作用越来越受到人们的重视，并研究如何使混凝土与环境相结合，设计出多种环保型、生态型混凝土制品，应用在住宅区、道路和河道护坡等方面。 1 多孔混凝土的应用 1.1透水性铺装 在炎热的夏季，我国许多城市都存在热岛效应，这是因为城区除了少量绿地及自然水体外，绝大部分是人工铺砌的道路、广场建筑物和构筑物，城市地表可供蒸发和蒸腾的水分很少，影响了城市热环境状况。透水性铺装的生态优势主要体现在其透气、透水性方面，以本身良好的生态环境效益被誉为“会呼吸的”地面铺装。 图1 透水人行道板 图2 透水试验城市建设中应减少混凝土覆盖面积，多采用透水混凝土或植草砖铺装。透水性铺装可改善地面的蓄水和透气性能，有利于地表水分的蒸发，增加空气湿度；利用地表水分减低地面温度，有利于改善城市区域热环境、吸声降噪；利用雨水补充地下水，有利于绿色植物的生长，又可为铺装层下的微生物的栖息创造了一个良好的生存环境，使土壤层中生物群丰富，生态效应优越，对改善城市生态环境起到十分重要的作用。此外，多孔混凝土透水性还可应用到城市雨水管网中，例如将管网制底部成具有透水功能，在雨水流经排水管网时，部分雨水通过管网底部多孔混凝土层渗入地下，起到补充地下水作用保护了水资源。1.2绿化型护坡铺装由于多孔混凝土的内部存在许多连续的孔隙，在孔隙中充填营养土可种植绿色植物，如小草、低的灌木等植物，同时微生物及小动物、小昆虫可在其间生息，所以又被称之为植被混凝土或绿化混凝土，可广泛用于在城区市民活动场所、高速公路护坡、河道护坡工程中。据有关专对南京河道水体水质的确调查，发现凡是用块石砌筑护坡的河道水体水质恶化较为严重，原因是块石护坡阻断水体与地表的连接，破坏了水生植物和水中生物的生存环境，导致河道水体自身的净化能力降低。多孔混凝土应用于河道护坡工程，它即能满足工程的需要，保护河道堤岸的安全与稳定，又能保持生物的多样性，保护原有的生态平衡不被破坏，使水生动植物能够正常生长，对水质间接地进行净化，确保河川的生态修复能力和水质净化功能，具有显著的生态效应。同时，绿色植物在堤岸护坡上生长，即改善周围的大气环境，又产生良好的景观效应，最终起到保护、美化河道环境的作用。 图3 多孔混凝土护坡铺装 图4 篮装式大碎石多孔混凝土护坡1.3吸音降噪铺装多孔混凝土铺装还能起到降低噪音的作用，原理是当声波投射到其表面并通过孔隙时，空气产生摩擦震动，将声能转换成热能而消耗掉。如果多孔混凝土铺装底部是密实混凝土，声波透过混凝土多孔层后，遇到密实混凝土层时，剩余声波有将被反射回多孔混凝土层，继续消耗声能。利用多孔混凝土能使声波衰减吸声降噪的机理，将多孔混凝土制成墙面铺贴材料，用于噪声较大公路隧道和高速公路的隔音墙上，可吸纳车辆行驶中产生的噪声，对城市声环境起到明显的改善作用；用于工矿企业噪音较大的生产车间的墙体内壁上，可吸纳生产设备发出的噪音，有利于改善工人职业安全健康环境影响因素。 图5 多孔混凝土板贴面吸音墙 图6 多孔混凝土预制隔音板2 试验概况 2.1多孔混凝土的密度和强度多孔混凝土与普通混凝土不同，由于不含细骨料，仅靠水泥浆体包裹粗骨料，骨料是满足其性能的关键因素之一，它的级配与颗粒状态不仅影响混凝土强度，而且还与其空隙效率、透水性等其它性能密切相关。因此，它是配制多孔混凝土是必须首先掌握的因素。2.1.1密度根据多孔混凝土所要求的孔隙率和结构特征,配合比设计原则是将骨料表面用一层薄水泥浆包裹(约0.51.0mm),使骨料相互连起来, 形成具有一定强度的整体。多孔混凝土的质量应为骨料的紧密堆积密度和单方水泥用量之和,大约1600kg-2100 kg。2.1.2强度、空隙率对用于人行道路、广场、停车场和活动场所的多孔混凝土板, 抗压强度达到20Mpa以上，空隙率在1015%之间；以植生为主的护坡多孔混凝土，抗压强度达到10Mpa以上，空隙率在2030%之间；承受流水激烈冲刷的植生型护岸多孔混凝土，抗压强度达到1015Mpa以上，空隙率在1825%之间。2.2原材料及用量原材料主要是水泥强度等级、骨料的粒径、级配。骨料间相互粘结点越多，水泥浆越厚，粘结就越牢固。较大单一粒径的骨料不利于相互粘结。因此，多孔混凝土应采用高强度等级水泥和连续级配的碎石配制。2.2.1骨料粒径用量应粒径: 25mm；516mm；2031.5mm骨料粒径大小应按多孔混凝土的用途来选择, 用量约为1100kg-1600 kg。人行道板面层骨料粒径用25 mm，基层用516mm为宜；停车场道板骨料粒径通体用516mm为宜; 植生为主的护坡多孔混凝土骨料粒径通体用2031.5mm为宜; 植生型护岸多孔混凝土骨料粒径通体用31.540mm或更大为宜。2.2.2水泥用量水泥：P0 42.5普硅，白水泥：PW 525(用于面层) 保证包裹在骨料周围的水泥浆膜层有一定的稠度和厚度，可有效地提高多孔混凝土的强度，水泥用量不宜过大，过大会造成因水泥浆增多，堵塞孔隙，降低透水性。具体水泥用量应根据骨料粒径大小、设计孔隙率及强度要求决定。通常水泥用量在200 kg-350 kg范围内。2.2.3外掺材料级粉煤灰、矿渣微粉、硅粉为保证混凝土制备时有足够的浆体，可采用掺加适量的粉煤灰、矿渣微粉或硅粉。通过实验，掺入适量添加材料后，可改善混凝土的工作度，其强度也有所增加。由于粉煤灰的活性较低掺量过大影响混凝土强度，不宜多掺，一般掺量在1015%。胶凝材料中掺入矿渣微粉或硅粉虽可提高混凝土强度，但考虑到经济性，通常很少采用。2.2.4外加剂掺加高效减水缓凝剂作用是降低用水量,改善混凝土工作度。水胶比降低，可有效地提高了胶结材料的强度及骨料之间的界面粘结强度。掺量为胶凝材料的0.4 0.6 %。 2.2.5颜料氧化铁颜料 掺量为胶凝材料的15%。2.3水灰比水灰比大小直接影响混凝土的孔隙率和工作度。应通过试配，选择出最佳水灰比。水灰比过小，水泥浆的流动度差，难以均匀地包裹住所有的骨料表面，骨料间粘结点应水泥浆体不足影响强度；相反，水灰比过大，水泥浆的流动度大，在骨料表面难以形成包裹膜层，造成离析，水泥浆下淌,形成混凝土组织结构不均匀,混凝土上部因缺少水泥浆，骨料间粘结不牢固，强度降低，下部因水泥浆过多堵塞骨料间孔隙，透水性降低。通常多孔混凝土水灰比控制在0.200.45之间，水泥浆流动度控制在180mm210mm之间为宜，可获得较好的工作度。2.4配合比设计按单位绝对体积法且假设不掺混合外掺料：胶结材浆体体积粗骨料体积目标空隙体积 = 1立方米。 下面举一个实际的例子简要说明见表1。表一 多孔混凝土配合比设计1原材料参数水泥PO 42.5 普硅 海螺牌密度 3 g/cm3粗骨料碎石516紧堆密度1628 Kg/m3空隙率 42%2.设计参数 目标空隙率25 水灰比0.42 修正系数0.983.单位石子用量0.981628=1595 Kg/m34.单位浆体体积10000.98*10*（10042）25*10=181.6 L/ m35.单位水泥用量181.6（0.4213）=241 Kg/m36.单位用水量2410.42=101 Kg/m37.最终配合比单 位 立 方 米 用 量 （Kg/m3）水水泥石子JM-B（0.5%）10124115951.23 混凝土制备混凝土制备方式从理论上讲，采用水泥裹石法较好，即搅拌时先对石子进行造壳处理，能使骨料表面得到均匀的水泥浆膜层，以保证混凝土的强度和均匀的孔隙。这种方法在操作时较为繁琐，在实际操作中骨料和胶凝材料可同时投入搅拌机内预拌510S后,再加水拌和至均匀即可。多孔混凝土要得到一个好的工作度，关键是要掌握好用水量和搅拌时间，确定用水量时应考虑到骨料粒径大小及其吸水率对砂浆稠度的影响,实际搅拌时间应不小于60S，搅拌操作中，应根据经验目测，以水泥浆能均匀的在骨料表面形成包裹层并呈金属光泽而不流淌为宜,此方法对判断混凝土工作性的好坏是十分有效的。拌和物稠度可用简便方式测试，即拌和物在普通5mm砂筛内一分钟拌和物不流浆、且留存点稠度适宜为好。4 成型工艺4.1振动成型振动台振动成型，成型时应掌握振动时间，过振会使水泥浆下淌，造成混凝土内部结构不均匀，其上部缺少水泥浆，强度降低，下部水泥浆过多堵塞孔隙，透水率降低，振动时间控制在510S为宜，此法较适合异型构件和薄板构件成型。面积较大的板式构件可采用附着式平板振动器振实成型。4.2静压成型 压力成型，是靠液压系统用静压力来完成的，这种方法可增加混凝土密实度和强度，压力的大小控制十分关键，压力小了不能起到密实混凝土作用；压力大了，反而会降低混凝土强度，这是由于骨料间接触点承压点尖小易破碎，导致粘结点强度降低。由于多孔混凝土不具有流动性，当骨料粒径较大且布料不均匀时，会导致整体受压不均，强度也会减低。压静成型工艺比较适合于骨料粒径为25mm多孔混凝土制品成型,因为小粒径骨料粘结点多，压力分散不易破坏。4.3碾压成型多孔混凝土成型时,用配重压辊在表面来回碾滚，类似压路机压实路面方式, 压实后再用铁板或木蟹将面层抹平即可，此法可使混凝土较好的密实度，工艺简便易行，适合于面积较大的板式和叠合构件成型。5 构件养护由于多孔混凝土的孔隙大且相互连通容易失水，早期养护十分重要。养护方法分蒸汽养护和自然养护，蒸汽养护混凝土强度提高快,可缩短脱模时间,减少模具投入费用,但养护费用高。采用自然养护方法时,一般淋水养护时间不得小于七天，需要做减碱处理的构件，如绿化混凝土,彩色人行道板,可用水养法养护。6 性能分析对比由于碎石骨料粘结点少而小，在荷载作用下易产生应力集中引起局部破坏，导致强度降低。通过试验混凝土破坏多发生在骨料之间的粘结点上，说明混凝土的抗压强度大小取决于骨料之间的粘结点强度。以三种粒径骨料和不同配比试验对比。各项性能见表2。表二 多孔混凝土构件性能测试结果骨料粒径 目标空隙率 水灰比 (mm) (%)单位立方米用量（Kg/m3）抗折强度 抗压强度 透水系数 空隙率 Mpa Mpa mm/s (%)水泥 水 石子 JMB25 25 0.42 324 136 1553 1.62 2.5 20.1 13.4 26.425 25 0.2 361 72.2 1553 1.62 3.1 28.9 7.5 16.2516 25 0.42 241 101 1595 1.2 1.8 28.2 16.9 34.2516 25 0.2 343 68.2 1595 1.72 2.9 26.7 8.2 17.22031.5 25 0.42 229 96.2 1578 1.14 0.7 8.2 20.1 44.12031.5 25 0.2 324 64.8 1578 1.62 1.5 16.8 14.7 31.3通过对比可以看出，在一定的集灰比和水灰比情况下，多孔混凝土的抗压强度随集料粒径的增大而减小，这是因为集料粒径越大，单位体积内颗粒的比表面积减小，颗粒间的接触点减少，其相互间的接触点减少导致混凝土强度减低，影响十分明显，透水系数随着粒径的增大，孔径相应增大，因而透水性增大。当水泥浆增多时，会下淌堵塞集料间的孔隙，使混凝土透水性降低，在实际应用中，应综合考虑混凝土强度和透水性之间的