無砂高強(qiáng)透水性溷凝土路面磚研究

1、無砂高強(qiáng)透水性混凝土路面磚研究目前國內(nèi)研制的透水性混凝土路面磚的抗壓強(qiáng)度一般在2025MPa, 與國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)混凝土路面磚規(guī)定的抗壓強(qiáng)度最低值C30 (30MPa)有差距。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上, 利用本地產(chǎn)水泥、添加外加劑、采用特殊生產(chǎn)工藝和成型方法, 進(jìn)行了無砂高強(qiáng)透水性混凝土試驗(yàn)研究, 提出了強(qiáng)度高達(dá)C50, 透水系數(shù)為2189mm / s的透水性混凝體最優(yōu)配比方案。1試驗(yàn)方法關(guān)于大孔徑混凝土的透水性, 我國還沒有制定標(biāo)準(zhǔn)的測試方法。本文參照日本混凝土協(xié)會(huì)1998年提出的多孔混凝土性能試驗(yàn)方法草案對透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度、透水系數(shù)、孔隙率等性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。11試驗(yàn)設(shè)計(jì)利用數(shù)理統(tǒng)

2、計(jì)所提出的正交試驗(yàn)方法, 對透水磚的配比及性能的試驗(yàn)方案進(jìn)行研究, 找出強(qiáng)度、透水性與配比關(guān)系。目前透水性混凝土的最佳水灰比通常介于025 035之間 1 , 故本方案擬選用027、03、033。骨膠比的大小影響混凝土的強(qiáng)度和透水性, 考慮較小粒徑骨料的表面積較大, 為保持水泥漿的合理厚度, 本次試驗(yàn)采用的骨膠比定為40、45、50。因?yàn)檫x用的影響因素為三個(gè),故正交試驗(yàn)方案的安排見表1。12原材料水泥: 普通硅酸鹽水泥, 強(qiáng)度等級為425。骨料: 采用人工碎石, 粒徑選用2550mm, 50100mm, 50150mm的單一粒級。外加劑: 選用天津泰克科技有限公司生產(chǎn)的XQB混凝土增強(qiáng)劑。拌合

3、及養(yǎng)護(hù)用水: 自來水。13試塊制備每組制備5個(gè)試件, 每個(gè)試件一次加壓成型, 成型壓力為2MPa。成型后表面覆蓋塑料薄膜以防止水分散失, 經(jīng)24h后,拆模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d。本次試件為250mm ×250mm×60mm長方體(用于抗壓強(qiáng)度測試)和直徑100mm、高度200mm的圓柱體(用于透水系數(shù)測試)兩種。14抗壓強(qiáng)度測試參照規(guī)范混凝土路面磚JC /T 4462000測定試件的抗壓強(qiáng)度, 受壓面積120mm ×60mm, 加載速率為0305MPa / s, 取5個(gè)試件的平均值。按我國道路場地設(shè)計(jì)規(guī)范, 本研究的透水性混凝土路面磚標(biāo)準(zhǔn)塊規(guī)格尺寸的邊長/厚度=

4、 4117 < 5, 所以不必考慮抗折強(qiáng)度。15透水系數(shù)測試目前, 我國對透水性混凝土透水系數(shù)的測試主要有兩種方法。一種是日本混凝土協(xié)會(huì)提出的“多孔混凝土性能試驗(yàn)方法草案”。這種方法主要參考土壤透水性試驗(yàn), 試驗(yàn)時(shí)采用定水頭的方法, 如圖1左所示 2, 3 。根據(jù)達(dá)西定律測量混凝土的透水系數(shù)。試驗(yàn)時(shí)從透水套筒的上部注入水,水通過試件進(jìn)入外套筒, 最后從溢水口流出。在持續(xù)加水的情況下, 當(dāng)加入的水量與溢出的水量取得平衡時(shí), 用量筒計(jì)量通過混凝土的出水量, 同時(shí)計(jì)量出水的時(shí)間, 然后通過公式(1)就可以計(jì)算透水系數(shù)K1 :K1 = QL / (AHt) (1)式中K1 透水性混凝土的透水系數(shù)

5、, mm / s;Q測試時(shí)間段t內(nèi)透過混凝土的水量, mm3 ;L 透水性混凝土試件的高度, mm;A 透水性混凝土試件的面積, mm2 ;H水頭, mm;t測試時(shí)間, s。另一種方法是采用變水頭的方法, 即從一定的水頭高度開始, 以滲流速度V 表示透水性混凝土的透水系數(shù), 如圖1右所示。試驗(yàn)時(shí), 在透水套筒內(nèi)注入一定高度的水,水通過混凝土試件從試件的下表面流出, 通過測試試件表面水位下降一定高度所需的時(shí)間, 根據(jù)公式(2)計(jì)算透水系數(shù)K2 :K2 = h / t (2)式中K2 透水性混凝土的透水系數(shù)。mm / s;H水位變化高度, mm;t測試時(shí)間, s。本次試驗(yàn)采用定水頭法測定透水系數(shù),

6、 結(jié)果見表2。16孔隙率和連通孔隙率測試首先用卡尺測量并計(jì)算試件的外觀體積V1 ; 將試件浸泡在水中使其飽和后, 稱取試件在水中的重量W1 ; 將試件從水中取出, 控干內(nèi)部吸入的水并擦干表面多余的水, 待重量恒定后稱取試件在空氣中的重量W2 ; 然后將試件在20±2、相對濕度60%的條件下自然放置24h, 稱取試件在空氣中的重量W3 ; 則透水性混凝土的總孔隙率P1 和連通孔隙率P2 分別按公式(3) 、(4)進(jìn)行計(jì)算, 結(jié)果見表2。P1 = 1 - (W3 - W1 ) /V1 ×100% (3)P2 = 1 - (W2 - W1 ) /V1 ×100% (4)

7、2試驗(yàn)結(jié)果本試驗(yàn)各組試件的抗壓強(qiáng)度、透水系數(shù)、孔隙率和連通孔隙率試驗(yàn)結(jié)果見表2, 表中各項(xiàng)數(shù)據(jù)均為每組5個(gè)試件平均值。3結(jié)論對以上試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析得出以下結(jié)論:1) 根據(jù)透水性混凝土結(jié)構(gòu)模型可知, 透水性混凝土受力是通過骨料之間的膠結(jié)點(diǎn)傳遞力的作用。由于骨料本身的強(qiáng)度較高, 水泥凝膠層很薄, 水泥凝膠體與粗骨料界面之間的膠結(jié)面積小, 其破壞特征是骨料顆粒之間的連接點(diǎn)被破壞。因此, 在保證一定孔隙率的前提下, 增加膠結(jié)點(diǎn)的數(shù)量和面積, 增強(qiáng)膠結(jié)力是提高透水性混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵。骨料粒徑越小, 比表面積越大, 所形成的結(jié)構(gòu)骨架單位體積內(nèi)骨料顆粒之間的接觸點(diǎn)數(shù)量多, 膠結(jié)面積越大,從而提高透水性混凝土

8、的整體強(qiáng)度 4 。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,即使水灰比相同, 但由于粒徑減少, 膠結(jié)點(diǎn)的數(shù)量多、面積大, 抗壓強(qiáng)度增大。2) 本次研究采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)和預(yù)拌水泥漿法進(jìn)行攪拌, 即首先拌制比需要量大34倍的水泥漿, 然后將骨料與水泥漿一起攪拌, 保證每顆粒骨料上都包裹較多的水泥漿, 再使這些骨料通過一個(gè)以一定頻率振動(dòng)的篩子, 篩去多余的水泥漿, 這樣留在骨料表面的水泥漿, 恰好是所需要的。采用這種方法, 可以保證攪拌的均勻性, 水泥漿的利用率也最大。正是由于這兩條原因, 加之選用了適宜的外加劑, 使本次研制的透水性混凝土抗壓強(qiáng)度之高在目前尚未見到類似報(bào)道。3) 對于透水混凝土的強(qiáng)度而言, 在水灰比處于01

9、270133之間時(shí), 骨料粒徑與骨膠比對強(qiáng)度影響顯著, 因而在配制過程中, 骨膠比應(yīng)取較小值, 骨料粒徑適中。試驗(yàn)表明, 組號4 的強(qiáng)度指標(biāo)最高(強(qiáng)度58128MPa, 透水系數(shù)2189mm / s) , 組號3的透水系數(shù)最好(強(qiáng)度24172MPa, 透水系數(shù)6154mm / s) 。4) 無砂混凝土的透水性和抗壓強(qiáng)度與混凝土的孔隙率有關(guān)。試驗(yàn)表明, 其透水性和強(qiáng)度是一對相互矛盾的指標(biāo),在配制透水混凝土?xí)r, 應(yīng)注意協(xié)調(diào)二者之間的關(guān)系。5) 對無砂透水性混凝土來講, 粒徑是影響其性能的一個(gè)重要因素。在進(jìn)行配比設(shè)計(jì)時(shí), 要合理選取粒徑, 以使透水性混凝土的性能符合使用要求。隨著骨料粒徑的減小,雖然強(qiáng)度提高很快, 但透水系數(shù)、總孔隙率和連通孔隙率均有不同程度的下降。6)作為路面材料,