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透水混凝土强度影响因素及应用前景浅析

时间:2022-06-30 点击:114 编辑:admin


吴汉涛

(深圳晋荣建混凝土有限公司,广东 深圳518109

 

 本文通过孔隙率对混凝土强度影响进行分析,重点围绕新拌制透水混凝土在不改变其胶凝材料用量的前提下,仅通过调整骨料空隙率使其自身空隙达到最大填充。在混凝土孔隙率逐渐变小的情况下,来验证不同孔隙率的影响下透水混凝土强度的变化规律,同时对透水混凝土应用前景作简要分析。

关键词透水混凝土,空隙率,孔隙率,透水性,透气性,抗压强度

 

引言

生态环境友好型混凝土是指既能减少对地球环境的负荷,同时又能与自然生态系统协调共生,为人类构筑舒适环境的混凝土材料。透水混凝土是生态环境友好型混凝土之一,与传统的混凝土相比,其最大特点是具有透气性和透水性。透水混凝土又称无砂混凝土,是将骨料颗粒表面用一层薄水泥浆包裹,并将骨料颗粒互相粘接起来,形成一个整体,具备一定强度,而不需要将骨料之间的空隙填满。将这种混凝土用于铺筑道路、广场、人行道路等,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,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。欧、美、日等国家和地区最早开始研究开发透水性混凝土,并将其应用于广场、步行街道路的两侧和中央隔离带、公园内道路及停车场等,以增加城市的透水、透气空间,调节城市微气候、保持生态平衡效果良好。由于城市化进程的不断加快,现代城市的地表逐渐被沥青混凝土和水泥混凝土所覆盖,这些不透水的道路给城市的生态环境带来了许多负面的影响。与自然的土壤相比,这些不能够透水的路面缺乏吸热性和渗透吸收雨水的能力。随之产生一系列环境问题:能渗入到地表的自然水逐渐减少了,城市的地下水逐渐下降。短时间的集中降雨,大量的雨水不能及时渗透进入地下,容易造成道路被淹没等系列社会问题。

然而透水混凝土正好能够及时的缓解城市洪涝灾害.透水混凝土路面由于其具有良好的透水性,能有效缓解城市排水系统泄洪压力.保护城市地下水资源,使天然降水通过本身的渗透路径渗入到地下,对地下水资源保护具有较为积极的作用,同时给雨季出行带来极大便利,路面不会有积水,汽车驾驶更安全,行人步行更舒适.

本试验主要研究透水混凝土,对透水混凝土的透水性和强度影响因素逐步研究,试验方法是采用单粒级和连续级配天然粗骨料,在掺入矿物掺合料及外加剂的情况下,通过优化颗粒粒径和调整配合比,运用常规施工方法,在满足必要透水性的情况下提高混凝土的强度,达到实际大面积应用的程度。获得的各项参数将对日后透水混凝土的大面积实际应用提供有力的科学指导作用。

1.原材料

1.1水泥

采用的水泥为海螺P•O42.5R 级普通硅酸盐水泥,质量指标满足现行国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)。水泥主要物理性能见表1.1。

1.1

细度45um

标准稠度

初凝时间

终凝时间

安定性

抗折强度MPa

抗压强度MPa

%

%

min

min

(圆饼)

3d

28d

3d

28d

2.8

27.0

170

216

合格

5.5

8.9

29.2

48.9

1.2 外加剂

    采用佛山市华轩新材料有限公司生产的FST-6聚羧酸高性能减水剂,其质量符合现行国家标准《混凝土外加剂》(GB8076-2008)的规定。外加剂主要性能参数见表1.2。

1.2

含固量

密度

净浆流动度

减水率

初凝时间

终凝时间

%)

g/cm3

mm)

%)

min

min

10

1.026

190

24

121

240

2.试验方法

2.1确定配合比数据

    本次试验采用配合比数据如下表2.1所示。

2.1

编号

(Kg)

水泥(Kg)

矿粉(Kg)

石子(Kg)

外加剂(Kg)

外加剂掺量(%)

TS1

72

233

77

1470

7.44

2.4

    经试验,新拌制的混凝土出机效果良好,石子表面浆体均匀而富有光泽,但是在成型后的试块底部出现有近2mm左右厚的沉浆。再次调整配合比,最终确定单方用水量为70Kg,配合比中其他各组分维持不变。

2.2试验原理

    在不调整水泥和矿物掺合料的情况下,对骨料空隙率进行调整。在满足透水情况下,最大限度的通过骨料自身填补混凝土孔隙,以期达到最大强度。整理后试验数据如下表2.2所示。

2.2

配合比编号

(Kg)

水泥

(Kg)

矿粉

(Kg)

石子(Kg)

外加剂

(Kg)

5-10mm占石子总量(%)

骨料紧密空隙率(%)

透水混凝土孔隙率(%)

28天轴心抗压强度

(MPa)

5-25

mm

5-10

mm

a

70

233

77

1470

0

7.44

0

41.0

24.1

16.4

b

70

233

77

1250

220

7.44

15

39.7

19.2

19.9

c

70

233

77

1030

440

7.44

30

38.4

18.8

24.3

d

70

233

77

805

662

7.44

45

39.3

20.3

19.5

e

70

233

77

588

882

7.44

60

40.6

19.3

22.7

f

70

233

77

67

1103

7.44

75

39.7

20.9

18.7

g

70

233

77

0

1470

7.44

100

42.0

21.2

20.1

2.3混凝土孔隙率测定

    透水系数并不能给予配合比设计直接的信息。孔隙率才是透水混凝土的一个重要参数,通过孔隙率便能基本了解透水混凝土的透水性。

根据公式:

计算试件孔隙率。

式中:P-透水混凝土孔隙率;

      M1试件在干燥状态下的质量(Kg)

     M2试件浸水24h后在水中的质量(Kg)

     V-试件体积(M3)。

3.试验结果分析

    试验主要对较为典型的试验数据的结果进行了比较和整理。对骨料的复合使用,以5-10mm石子用量为主要参考目标,并结合混凝土28天轴心抗压强度和混凝土成型后的孔隙率进行归纳总结。相关数据经整理后制成图表如右图所示。从坐标图和表2.2都不难看出c配比强度最高同时其孔隙率也最小,这点和预期结果一致。配比b和e中二者孔隙率相差不大,但是e配比强度较b明显高出较多,可能是在用量为60%的5-10碎石集料表面浆体的接触面较15%多出很多,单位体积集料的比表面积大,故而强度会高很多。

根据《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ135-2009)标准中附录A 透水系数的测试方法,按照方法中所示图A.0.1制成透水系数试验装置。经试验对各组试验结果对比分析得出如下结果,C配合比测得透水系数为3.2mm/s为所有配合比中透水系数最小值。透水系数最大值的配比为f测得透水系数为4.6mm/s。b和e两个配比透水系数又极为一样。全部采用5-10粒径碎石的g配比,其透水系数仅为2.8mm/s。从混凝土孔隙率联系其透水系数来看二者规律性不太明显,可能是因为用插捣方式成型的透水试件之间差异较大,造成了混凝土孔隙率发生改变,又或是实验装置原因造成试验数据有偏差。本文在此便不将全部数据录入文中只将实测各配合比透水系数作为参考数据使用。

4. 应用前景

通过表2.2结果可知透水混凝土强度普遍偏低这一特征最主要是由于他的多孔结构所致,由于集料之间没有细骨料填充使得界面之间粘结面积小,胶凝材料强度对透水混凝土影响很大。在骨料级配一定的情况之下,骨料的实际状况又左右了砼的承载极限。即便是胶结材料的强度增长也较难完全弥补骨料缺陷的影响,由此带来的砼强度增长着实有限。使得透水混凝土至今都无法大面积运用到实际工程中。然而城市化建设不断加快,不透水混凝土铺筑的路面也在不断复合增长城市内涝不断加剧。表4.1中全国部分代表省份不透水地表占比和年增长率,由表中信息也不难看出透水混凝土运用到城市化新建路面意义重大,由此可见透水混凝土将来应用前景非常广阔。

4.1

5.结论

    5.1在不调整透水混凝土总胶凝材料的情况下,通过调整较细骨料掺量即改变骨料空隙率可以得出,骨料紧密空隙率与成型后的透水混凝土孔隙率成正比与之强度成反比例关系对于不同粒径的碎石进行复合使用其效果远好于单一粒径拌制出的透水混凝土;

    5.2在胶凝材料一定的情况下,透水混凝土孔隙率是完全可以由多种骨料的用量进行调控的,通过对5-25连续级配碎石和5-10单粒径碎石复合使用的情况来看,理论上着实可行能够配出较单一品种碎石高的透水混凝土。

    5.3透水混凝土应用到实际生活中意义重大,理应大力推广。

 

参考文献

[1]李彦昌,王海波,杨荣俊.透水混凝土质量控制[M].预拌混凝土质量控制,北京:化学工业出版社,2016.4 286-288.

[2]李迁.高强度透水混凝土的研究及工程应用[M].现代混凝土技术应用研究,北京:经济管理出版社,2016.3

[3]石云兴,张涛,霍亮,戢文占,张燕刚,罗兰,张少彪.透水混凝土的制备、物理力学性能及其工程应用[C].两岸四地高性能与超高性能混凝土学术交流会论文集,2010.10

[4]李晓庭,吴德龙,陈建大.透水混凝土关键性能的应用技术研究[C].第六届全国特种混凝土技术(高性能混凝土专题)交流会,2015.8

[5]匡文慧,刘纪远,张增祥等.21世纪初中国人工建设不透水地表遥感监测与时空分析[J].科学通报.2013.58卷.5-6期

 

[作者简介]

吴汉涛,男,1990.10生,专科,国家注册二级建造师,助理工程师,全国HPC学员。

E-mail;taotaofeng@sina.cn


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