聚羧酸减水剂和乳胶粉对透水混凝土性能的影响研究

引言随着我国生产力水平的不断提高，经济发展水平逐渐增强。近年来，房地产业发展十分迅速，相应的城市建设也是这个时代所必需的，城市路面基本都被水泥沥青等路面取代，而这些路面往往都是由阻水材料所铺就，因此这些路面是不透水的，在特定情况下就会给城市的生态环境带来不利影响。透水混凝土属于绿色环保材料，是由骨料、水泥和水拌制而成的一种具有连续孔径的混凝土。其既有一定的强度又有一定的透水性，在保证透水混凝土透水性的同时又要兼顾其强度，因此其强度不是很高，一般都在C20～C30之间[1]。目前，国内的透水混凝土多用于人行道、自行车道、室外停车场等，不能用于道路等级为主路及以上的路面。为了更好地推动透水性混凝土这种新型材料的发展，适应国家对于海绵城市建设的需求，还需要对其进行深入的研究。本文主要研究了聚羧酸减水剂对透水混凝土强度、连续空隙率、工作性能的影响。

1、试验部分

1.1原材料

句容台泥水泥有限公司P·O42.5普通硅酸盐水泥；3～5mm石子；苏州市兴邦化学建材有限公司生产的粉体聚羧酸高性能减水剂PC-9320；瓦克聚合物材料（上海）有限公司提供的VINNAPAS®

8550A乳胶粉；埃肯国际贸易（上海）有限公司的95级硅灰。

1.2制备方法制备透水混凝土混合料时，为保证其良好的工作性，特别是当使用3～5mm单级配碎石作为骨料时，宜制定合适的制备工艺和流程。首先在骨料中加入20%～30%的水搅拌30s，整体润湿后再加入胶凝材料和外加剂，使胶凝材料均匀包裹在潮湿的骨料表面，加入外加剂之后再充分搅拌2min，以保证混合料具有良好的和易性和工作性。1.3性能测试方法透水混凝土的主要性能指标为强度和渗透性能，强度通过抗压强度及抗劈裂强度来表征，渗透性能通过其孔隙率来表征。抗压强度：根据GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的方法进行测试，试块尺寸为150mm×150mm×150mm，每组准备3个同样的试块按照不同要求进行7d或28d养护，测定结果取平均值。劈裂抗拉强度：根据GB/T50081—2002的方法进行测试，试验中将劈裂钢垫条放置在试块上下两侧，将压力机调好位置压住钢垫条将钢垫条和透水混凝土固定，然后施加荷载测定其破坏荷载。孔隙率：透水混凝土的孔隙按照结构特点分为连通孔隙、半连通孔隙和封闭孔隙，孔隙率又分为总孔隙率和有效孔隙率。连通孔隙和封闭孔隙的总和与透水混凝土试件总孔隙的比为总孔隙率。一般情况下雨水只能从连通孔隙渗入地下，即只有连通孔隙才能有较好的渗透性能，而半连通孔隙没有过水性能，只具有一定的蓄水能力，水流在半连通孔隙中是相对停滞的状态[2]，从水运动的角度来说是无效的，但其中的水在疏干的时候能排干，对于排水来说是有效的，因此连通孔隙和部分有蓄水能力的半连通孔隙都可以称为有效孔隙率。准确地说有效孔隙率的大小直接影响着透水混凝土的渗透性能，一般透水混凝土的有效孔隙率控制在15%～25%。

1.4配合比设计本试验采用正交设计，进行配方体系的优化，混凝土强度的影响因素一般为水泥用量、水灰比等，而透水混凝土的强度与透水系数成反比，混凝土强度越高透水系数越低，因此选取聚羧酸减水剂、水泥、乳胶粉及硅灰的掺量为四因素，每个影响因素选取三个变化水平，见表1。该试验是四因素三水平试验，选取L9(34)即可满足试验要求，具体配合比见表2。表1影响因素和变化水平表2透水混凝土配合比2、结果与分析

2.1工作性能评估透水混凝土是一种由单级配粗骨料和胶凝材料加水混合之后配制而成的存在连续孔隙的混凝土。目前对于透水混凝土的研究主要集中在强度、孔隙率和耐久性方面，而对其工作性能的研究较少。但透水混凝土的工作性能对其强度、孔隙率和透水性等有着极其重要的影响。实际试验及相关文献均表明：当新拌透水混凝土的浆体流动性较大或者水泥浆体用量较多时，在模具中成型的透水混凝土会出现底部封堵的情形，而在实际施工中较多的浆体会流入透水混凝土的底部，影响透水混凝土的透水性。当新拌透水混凝土的浆体流动度太小时[3]，由于浆体粘度过大，振动过程中不能使浆体均匀包裹骨料表面，导致透水混凝土强度的下降。因此，新拌透水混凝土的工作性能对硬化后透水混凝土的强度、孔隙率和耐久性有着重要的影响。而对新拌透水混凝土工作性能的研究能够确定合适的浆体流动度和合适的浆体用量，对透水混凝土的施工和研究均有着重要的指导意义。本试验采用如图1所示的装置，进行工作性能评估，方法如下：（1）将透水混凝土均匀装入三菱形坍落度筒中；（2）采用振动棒板插到25次；（3）均匀提起三菱形坍落度筒；（4）观察混凝土是否分散和坍落度高度。工作性能主要评估的是表观水膜、定型性、松散型。表3为透水混凝土影响因素和变化水平对其工作性能的影响，由表3可知，各组分初始工作性能的影响顺序为：PC-9320＞乳胶粉8550A＞水泥=硅灰；其中减水剂存在着最佳掺量。PC-9320作为一种改性聚羧酸减水剂，其存在高减水、高保塑和抗垂挂性能。表3影响因素和变化水平对混凝土工作性能的影响2.2各组分对透水混凝土需水量的影响通常水胶比越低混凝土的强度越高，但相应的透水混凝土的透水率越低。表4为透水混凝土影响因素和变化水平对其水胶比的影响，由表4可以看出，保持初始工作性能一致时，减水剂的掺量影响因子最大，因为减水剂通过润湿、静电位阻稳定以及空间位阻[4]，降低表面张力，减少了水泥颗粒表面水膜的厚度，提高了流动性，各组分对水胶比的影响顺序为：PC-9320＞水泥＞乳胶粉8550A＞硅灰。表4影响因素和变化水平对混凝土水胶比的影响2.3各组分对透水混凝土劈裂抗拉强度的影响混凝土是一种脆性材料，水泥基透水混凝土也是，在受拉时很小的变形就要开裂，在断裂前没有残余变形。混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/20，且随着混凝土强度等级的提高，比值降低。混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度，但抗拉强度对于抗开裂性有重要意义，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂能力的重要指标[5]。有时也用抗拉强度来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度等。透水混凝土的强度比较低，表面骨料抗剥落性能差，因此本试验采用劈裂抗拉强度评估其抗剥落性能，乳胶粉具有极突出的粘结强度，可提高透水混凝土的柔性并有较长的开放时间，赋予透水混凝土优良的耐碱性，改善透水混凝土的粘附性、粘合性、抗折强度、防水性、可塑性、耐磨性能和施工性，在透水混凝土中更具有较强的柔韧性[6]。表5为透水混凝土影响因素和变化水平对其劈裂抗拉强度的影响，由表5可知，各组分对混凝土7d劈裂抗拉强度的影响顺序为：PC-9320＞硅灰＞乳胶粉8550A＞水泥；各组分对混凝土28d劈裂抗拉强度的影响顺序为：硅灰＞水泥＞乳胶粉8550A＞PC-9320，乳胶粉作用在后期体现优异。表5影响因素和变化水平对混凝土劈裂抗拉强度的影响2.4各组分对透水混凝土抗压强度的影响表6为影响因素和变化水平对混凝土抗压强度的影响，本试验设计混凝土强度为C30,由表6可知，各组分对混凝土7d抗压强度的影响顺序为：PC-9320＞乳胶粉8550A＞硅灰＞水泥；各组分对混凝土28d抗压强度的影响顺序为：硅灰＞水泥＞PC-9320＞乳胶粉8550A，硅灰作用在后期体现优异。表6影响因素和变化水平对混凝土抗压强度的影响2.5各组分对透水混凝土连续空隙率的影响透水混凝土与普通混凝土最大的区别就在于其特殊的排水功能要求，因此，为了满足工程需要，必不可少地要进行透水混凝土基本物理性能的研究。本试验对于透水混凝土基本物理性能的研究主要是分析其实测孔隙率。表7为影响因素和变化水平对混凝土连续空隙率的影响，由表7可知，各组分对混凝土连续空隙率的影响顺序为：PC-9320＞水泥＞硅灰＞乳胶粉8550A，在相同的目标孔隙率及水灰比的条件下，减水剂掺量对透水混凝土实测孔隙率的影响最大，因为其降低了表面水泥浆体的吸附层而不降低强度，因此聚羧酸减水剂PC-9320可以提高连续空隙率。水泥用量越大混凝土的强度越高，但同时堵塞了空隙，硅灰是一种超细矿物掺合料，其可提高混凝土强度，提高塑性混凝土的黏度，降低浆体固化结构的缺陷。表7影响因素和变化水平对混凝土连续空隙率的影响结论

（1）聚羧酸减水剂的低掺量、高减水率，可降低用水量，提高透水混凝土的工作性能、抗压强度及劈裂抗拉强度，且提高了连续空隙率。（2）可再分乳胶粉因其良好的粘结能力，提高了透水混凝土的劈裂抗拉强度，增强了抗剥落性能。（3）综合混凝土工作性能、抗剥落性能、抗压强