透水混凝土的性能研究

透水混凝土的性能研究

0透水性混凝土的发展历程随着城市化进程的加快，人们对城市环境和舒适度的要求越来越高。作为生态环境效应的重要混凝土之一的透水混凝土也越来越受到重视。与传统混凝土相比,透水混凝土最大的特点是具有大量的连通孔隙,具有非常好的透气性和透水性,将这种混凝土用于广场、人行道路的铺设,既能扩大城市的透水、透气面积,增加行人、行车的舒适性和安全性,又能减少交通噪声,对调节城市空气的温度和湿度、维持地下土壤的水位和生态平衡具有重要作用。20世纪80年代欧、美、日等国家和地区就开始研究和开发使用透水性混凝土,而我国直至20世纪90年代才开始针对透水性混凝土进行研究,要达到实际应用的程度,还需要进行大量的研究工作。本文以透水混凝土的两大主要性能———强度和透水性为研究对象,系统的研究了水灰比、灰集比、胶结材料及集料性能对这两大性能的影响。1原材料和试验方法1.1u3000水泥水泥:重庆腾辉地维水泥公司生产的32.5、42.5和52.5级普通硅酸盐水泥。集料:重庆歌乐山地区天然石灰岩碎石和试验室制作的再生集料,粒径范围为2.36~4.75、4.75~9.5、9.5~16、16~19、19~26.5mm。1.2测试方法1.2.1试件的成型、养护及养护透水混凝土采用以下的制备工艺:(1)先将集料和70%的拌合水预搅拌1min,然后加入50%的胶凝材料和外加剂,继续搅拌1min,最后将剩余的50%胶凝材料和30%的拌合水加入搅拌机,搅拌2min,整个过程共搅拌4min;(2)成型时将新拌混凝土分3层(每层5cm)装入模具,每层用φ16mm铁棒插捣20次,然后在振动(20~30s)的同时施加0.6~0.8MPa的压力;(3)试件成型后立即带模具进行标准条件养护,2d后拆模,继续标准条件养护至相应龄期;(4)测试透水混凝土的28d抗压强度和透水系数。1.2.2透水系数的测定测试透水系数步骤如下:(1)在圆柱形(φ11cm)筒内成型20cm厚的试件,标养条件养护;(2)取出试件,在进行测试之前,用橡皮泥密封试件与透水仪之间的接缝;(3)记录时间,向透水仪中加水至一定高度后停止加水,从距试件上表面160mm起计时,直至0为止。透水系数的计算公式如下:式中:V——透水系数,mm/sH——水位下降高度,160mm;△t——水位从160mm高度降至0的时间,s。2试验结果与分析2.1水灰比对透水混凝土力学性能的影响试验中水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥,灰集比为1∶4,天然集料,粒径分别为2.36~4.75mm和4.75~9.5mm。同等条件下,不同水灰比对透水混凝土性能的影响如图1所示。从图中可见,透水混凝土的强度和透水系数均随着水灰比的增加出现先增加后降低的现象,用水泥制备透水混凝土存在一个最佳水灰比。如水灰比过小,透水混凝土会因干硬而搅拌不均匀、集料表面包裹不完全,降低集料颗粒间的黏结,从而影响强度的提高,同时水泥在水灰比较低时易于结团而堵塞孔隙,影响孔隙的连通性,造成在水灰比较低时透水系数也较低。反之,如果水灰比过大,成型时水泥浆在振动外力及自身重力的作用下会从集料表面滑落,从而将透水混凝土中的部分孔隙封堵,尤其是在试件底部很容易形成致密的水泥浆层,导致透水混凝土浆体分布不均匀,不仅影响孔的连通性,也降低了其强度。2.2水泥用量对透水混凝土力试验中水泥选用42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比为0.28,天然集料的粒径分别为2.36~4.75mm和4.75~9.5mm。同条件下,对比不同灰集比对透水混凝土性能的影响,根据试验结果绘制成图2。由图可见,随着灰集比的降低、水泥用量的减少,试件的抗压强度逐渐降低,而其透水系数却有较大幅度的增高。这是因为透水混凝土的强度是由水泥浆体的黏结强度以及集料之间的机械齿合力两者共同决定的。在集料、水泥强度及制备方法相同的情况下,透水混凝土的抗压强度主要受水泥浆体黏结强度和黏结面积的影响。水泥用量越少,黏结面积以及黏结点的数量越少,透水混凝土的强度越低;相反随着水泥用量的增大,骨料颗粒之间的黏结状况由点接触转变为面接触,黏结面积增大,透水混凝土的强度自然随之提高。由于水泥用量的增大,会导致集料之间原本连通的孔隙数量和孔径均减小,甚至堵塞孔隙,使孔道变得不连通,从而导致整个骨架透水的通道减少,透水系数降低。加之水泥浆体具有一定的流变性,水泥用量的增大将使孔道被封堵的几率增大,因此多孔透水混凝土的孔隙率及透水系数随水泥用量的增多而显著下降。2.3工料的配比对透水混凝土力学性能的影响试验选择3种强度等级的水泥(P·O32.5、P·O42.5、P·O52.5),选用天然集料,集料粒径4.75~9.5mm,水灰比0.28,灰集比分别为1∶4和1∶6,试验结果列于表1中。从表1中可以看出,同等条件下,透水混凝土强度随着水泥石强度的增加而提高。与普通混凝土相似,透水混凝土形成强度主要靠胶结材料的强度,胶结材料强度增加,透水混凝土的强度当然随之增大。由于选择的3种水泥密度相差不大,所以水泥用量一定时,相同集料制备的透水混凝土孔隙率相差不大,透水系数变化也不明显。2.4集料粒径对透水系数的影响试验选用42.5级普通硅酸盐水泥,水灰比0.28,灰集比为1∶4和1∶6,不同粒径的天然集料,试验结果见表2。从表2可以看出,透水混凝土的强度与骨料粒径有着密切关系,同等条件下,单粒级集料制备透水混凝土时,骨料粒径越小,透水混凝土强度越高,反之,强度越低。这是因为在水泥用量一定的条件下,集料粒径越小,单位体积集料的比表面积越大,透水混凝土结构骨架内集料颗粒之间接触点数量就越多,总的胶结面积越大,从而提高混凝土的强度。相反集料粒径越大,比表面积越小,总的胶结面积就越小,强度也就大幅度降低,同时用粒径大的集料制备的透水混凝土自身产生大孔洞等缺陷的几率比较大,这也对透水混凝土强度存在一定的影响。此外,如表2所示,虽然集料粒径对透水混凝土的强度有较大的影响,但对透水系数并没有显著的影响。这是因为包裹在集料表面的水泥不会改变集料粒径分布,在集料表面裹覆一层浆体,只相当于增大了集料的粒径。在水泥用量一定时,粒径小的集料制备的透水混凝土虽然孔径较小,但孔隙数量多,反之,较大粒径集料制备的透水混凝土虽然孔径较大,但孔隙数量少,由于它们的孔隙率相差并不大,所以不同粒径制备的透水混凝土的透水系数没有明显变化。2.5集料强度试验对于透水混凝土而言,集料强度也是影响其性能的重要因素,试验中分别采用天然石灰岩集料(集料强度约60MPa)、再生混凝土集料(原混凝土强度为30MPa),再生烧结砖集料(烧结砖强度10MPa)3种不同类型的集料,其粒径为4.75~9.5mm,水灰比0.28,灰集比1∶4和1∶6,试验结果如图3所示。从图3(a)可以看出,在胶结材料及集料粒径相同的条件下,集料强度越高,透水混凝土的强度则越高,这是因为集料强度越高,试件在受压时所起的骨架作用越明显,若集料强度不高,即使胶结材料强度很高,透水混凝土强度也不会显著增加。而不同强度等级的集料对透水系数基本没有影响,图3(b)正说明了这一点,这主要是由于不同集料的孔隙率基本相同,在水泥用量一定时,透水混凝土的孔隙率和透水系数自然也不会出现大的变化。3透水混凝土配方的影响从上述研究可以看出,水灰比、灰集比、胶结材料强度、集