1、无砂高强透水性混凝土路面砖研究目前国内研制的透水性混凝土路面砖的抗压强度一般在2025MPa, 与国家建材行业标准混凝土路面砖规定的抗压强度最低值 C30 (30MPa)有差距。本文在前人研究成果的基础上, 利用本地产水泥、添加外加剂、采用特殊生产工艺和成型方法, 进行了无砂高强透水性混凝土试验研究, 提出了强度高达 C50, 透水系数为2189mm / s 的透水性混凝体最优配比方案。1 试验方法关于大孔径混凝土的透水性, 我国还没有制定标准的测试方法。本文参照日本混凝土协会1998 年提出的 多孔混凝土性能试验方法草案对透水性混凝土的抗压强度、透水系数、孔隙率等性能进行试验研究。11 试验
2、设计利用数理统计所提出的正交试验方法, 对透水砖的配比及性能的试验方案进行研究, 找出强度、透水性与配比关系。目前透水性混凝土的最佳水灰比通常介于025 0 35之间 1 , 故本方案拟选用027、03、033。骨胶比的大小影响混凝土的强度和透水性, 考虑较小粒径骨料的表面积较大, 为保持水泥浆的合理厚度, 本次试验采用的骨胶比定为40、45、5 0。因为选用的影响因素为三个,故正交试验方案的安排见表1。12 原材料水泥: 普通硅酸盐水泥, 强度等级为425。骨料: 采用人工碎石, 粒径选用2550mm, 50 100mm, 50 150mm的单一粒级。外加剂: 选用天津泰克科技有限公司生产的
3、 XQB 混凝土增强剂。拌合及养护用水: 自来水。13 试块制备每组制备5个试件, 每个试件一次加压成型, 成型压力为2MPa。成型后表面覆盖塑料薄膜以防止水分散失, 经24h 后,拆模放入标准养护室养护 28d。本次试件为250mm 250mm60mm 长方体( 用于抗压强度测试) 和直径100mm、高度200mm 的圆柱体(用于透水系数测试)两种。14 抗压强度测试参照规范混凝土路面砖JC /T 4462000测定试件的抗压强度 , 受压面积120mm 60mm, 加载速率为0305MPa / s, 取5个试件的平均值。按我国道路场地设计规范, 本研究的透水性混凝土路面砖标准块规格尺寸的边
4、长/厚度= 4117 5, 所以不必考虑抗折强度。15 透水系数测试目前, 我国对透水性混凝土透水系数的测试主要有两种方法。一种是日本混凝土协会提出的“多孔混凝土性能试验方法草案” 。这种方法主要参考土壤透水性试验, 试验时采用定水头的方法, 如图1左所示 2, 3 。根据达西定律测量混凝土的透水系数。试验时从透水套筒的上部注入水,水通过试件进入外套筒, 最后从溢水口流出。在持续加水的情况下, 当加入的水量与溢出的水量取得平衡时, 用量筒计量通过混凝土的出水量, 同时计量出水的时间, 然后通过公式(1) 就可以计算透水系数 K1 :K1 = QL / (AHt) (1)式中 K1 透水性混凝土
5、的透水系数, mm / s;Q测试时间段 t 内透过混凝土的水量, mm3 ;L 透水性混凝土试件的高度, mm;A 透水性混凝土试件的面积, mm2 ;H水头, mm;t测试时间, s。另一种方法是采用变水头的方法, 即从一定的水头高度开始, 以渗流速度 V 表示透水性混凝土的透水系数, 如图1右所示。试验时, 在透水套筒内注入一定高度的水,水通过混凝土试件从试件的下表面流出, 通过测试试件表面水位下降一定高度所需的时间, 根据公式(2)计算透水系数 K2 :K2 = h / t (2)式中 K2 透水性混凝土的透水系数。mm / s;H水位变化高度, mm;t测试时间, s。本次试验采用定
6、水头法测定透水系数, 结果见表2。16 孔隙率和连通孔隙率测试首先用卡尺测量并计算试件的外观体积 V1 ; 将试件浸泡在水中使其饱和后, 称取试件在水中的重量 W1 ; 将试件从水中取出, 控干内部吸入的水并擦干表面多余的水, 待重量恒定后称取试件在空气中的重量 W2 ; 然后将试件在20 2、相对湿度60%的条件下自然放置24h, 称取试件在空气中的重量 W3 ; 则透水性混凝土的总孔隙率 P1 和连通孔隙率P2 分别按公式(3) 、(4)进行计算, 结果见表2。P1 = 1 - (W3 - W1 ) /V1 100% (3)P2 = 1 - (W2 - W1 ) /V1 100% (4)2
7、 试验结果本试验各组试件的抗压强度、透水系数、孔隙率和连通孔隙率试验结果见表2, 表中各项数据均为每组5个试件平均值。3 结 论对以上试验结果进行分析得出以下结论:1) 根据透水性混凝土结构模型可知, 透水性混凝土受力是通过骨料之间的胶结点传递力的作用。由于骨料本身的强度较高, 水泥凝胶层很薄, 水泥凝胶体与粗骨料界面之间的胶结面积小, 其破坏特征是骨料颗粒之间的连接点被破坏。因此, 在保证一定孔隙率的前提下, 增加胶结点的数量和面积, 增强胶结力是提高透水性混凝土强度的关键。骨料粒径越小, 比表面积越大, 所形成的结构骨架单位体积内骨料颗粒之间的接触点数量多, 胶结面积越大,从而提高透水性混
8、凝土的整体强度 4 。由试验数据可知, 即使水灰比相同, 但由于粒径减少, 胶结点的数量多、面积大, 抗压强度增大。2) 本次研究采用强制式搅拌机和预拌水泥浆法进行搅拌, 即首先拌制比需要量大34倍的水泥浆, 然后将骨料与水泥浆一起搅拌, 保证每颗粒骨料上都包裹较多的水泥浆, 再使这些骨料通过一个以一定频率振动的筛子, 筛去多余的水泥浆, 这样留在骨料表面的水泥浆, 恰好是所需要的。采用这种方法, 可以保证搅拌的均匀性, 水泥浆的利用率也最大。正是由于这两条原因, 加之选用了适宜的外加剂, 使本次研制的透水性混凝土抗压强度之高在目前尚未见到类似报道。3) 对于透水混凝土的强度而言, 在水灰比处
9、于01270133之间时, 骨料粒径与骨胶比对强度影响显著, 因而在配制过程中, 骨胶比应取较小值, 骨料粒径适中。试验表明, 组号4 的强度指标最高( 强度58128MPa, 透水系数2189mm / s) , 组号3的透水系数最好(强度24172MPa, 透水系数6154mm / s) 。4) 无砂混凝土的透水性和抗压强度与混凝土的孔隙率有关。试验表明, 其透水性和强度是一对相互矛盾的指标,在配制透水混凝土时, 应注意协调二者之间的关系。5) 对无砂透水性混凝土来讲, 粒径是影响其性能的一个重要因素。在进行配比设计时, 要合理选取粒径, 以使透水性混凝土的性能符合使用要求。随着骨料粒径的减小, 虽然强度提高很快, 但透水系数、总孔隙率和连通孔隙率均有不同程度的下降。6)作为路面材料,通常要求表层具有良好的耐磨性和_平整度, 处于表层的骨料颗粒很容易脱落, 使道路表面凹凸不平。为保证其具有良好的耐磨性和平整度, 综合考虑以上因素, 透水系数、总孔隙率和连通孔隙率均满足规范混凝土路面砖JC /T 446、2000要求, 以级配良好抗压强度高达 C50的第 4组作为终选方案。
