透水混凝土制備法及應(yīng)用課件

透水混凝土制備法

及其在奧運工程中的應(yīng)用摘要本研究根據(jù)奧運工程需求和我國透水性混凝土研究應(yīng)用的現(xiàn)狀,對透水性混凝土配合比設(shè)計、抗壓強度、透水性、耐磨性等進行了研究,分析了透水混凝土抗壓強度和透水系數(shù)與水灰比、灰骨比之間、骨料粒徑的關(guān)系,實現(xiàn)了強度達C30、透水系數(shù)為4.7mm/s的透水性混凝體最優(yōu)配比方案，并應(yīng)用于工程。

介紹內(nèi)容

隨著我國城市化進程的快速推進和小城鎮(zhèn)建設(shè)的日益發(fā)展，瀝青硬地面的數(shù)量不斷增加，地下水的補給越來越少，嚴重影響我國城市水環(huán)境的平衡。瀝青硬地面和混凝土一直被認為是破壞自然誰循環(huán)體系的元兇，但是只要使混凝土連續(xù)孔隙得以形成，就能創(chuàng)造其與自然環(huán)境的銜接點，極大的改變過去的形象。正是在這一條件下，國內(nèi)有許多學者和專家呼吁在人行道、自行車道、公園和停車場使用環(huán)保型透水混凝土。為了體現(xiàn)環(huán)保節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展，在北京2008年奧運場館部分停車場、上海2010年世博會各主題公園的設(shè)計中均考慮使用綠色環(huán)保透水混凝土。用來增加雨水下透，減小城市“熱島效應(yīng)”，提高土壤中水分上透，提高植被成活和生長的可能性。這種材料具有良好的透水性能，雨天不積水，表面不打滑，既確保了游客的安全，又還水于土，改善了樹木生長的環(huán)境。透水混凝土模型傳統(tǒng)綠色環(huán)保透水混凝土組成傳統(tǒng)無砂大孔透水混凝土是由粗骨料、摻和料、水泥、外加劑和水拌制而成的一種多孔混凝土，由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，具有透氣、毛細現(xiàn)象不顯著、透水性大，水泥用量小、施工簡單等特點。強度在5~15MPa，一般用于公路護坡和透水磚。無砂大孔透水混凝土的不足采用無砂大孔方案，粘接面積小。用水泥作為膠結(jié)材料，界面結(jié)構(gòu)缺陷多。空隙率數(shù)值大，利用率低。綠色環(huán)保透水混凝土的特點我們研究的綠色環(huán)保透水混凝土應(yīng)滿足：當集中降雨時能減輕城市排水設(shè)施的負擔，防止河流泛濫和水體污染。能使雨水迅速滲入地下，還原地下水，保持土壤濕度。防止路面積水，夜間不反光，增加路面安全性和通行舒適性。綠色環(huán)保透水混凝土的特點調(diào)節(jié)城市空間的溫度和濕度，改善城市熱循環(huán)，緩解熱島效應(yīng)。大孔隙率能降低車輛行駛時的路面噪音，創(chuàng)造舒適的交通環(huán)境。大量的空隙能吸附城市污染物（如粉塵），減少揚塵污染。易于維護，空隙不會破損、不易堵塞。透水性混凝土與普通混凝土區(qū)別透水性混凝土物理力學性能

抗壓強度（MPa）

30~45

抗沖磨強度（MPa）

20~35

總空隙率（％）35~45有效空隙率（％）

15~25

透水系數(shù)（mm/s）

4.5~15.0有效空隙率的確定傳統(tǒng)透水混凝土采用無砂大孔方案，基本思路為空隙率越大，透水性越好，根據(jù)我們在試驗室驗證，實際上透水混凝土透水系數(shù)與有效空隙率呈線性關(guān)系，而與總空隙率不是比例關(guān)系?？偪障堵实脑黾訉е滤酀{與石子之間粘接面積小，界面結(jié)構(gòu)缺陷多，透水混凝土強度明顯降低，但透水系數(shù)并不增加。有效空隙率確定原理示例強度的確定為了配制強度符合綠色環(huán)保透水混凝土的要求，我們將傳統(tǒng)觀點由骨料、水泥、摻合料和水配制透水混凝土的思路，改為摻加少量細骨料，在粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，一方面提高了強度，另一方面改善了透水混凝土的孔結(jié)構(gòu)，達到透氣、透水和高強的目的。綠色環(huán)保透水混凝土組成根據(jù)以上思路，綠色環(huán)保透水混凝土與傳統(tǒng)透水混凝土相比，其組成材料中含有粗骨料細骨料摻和料水泥外加劑水生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝采用水泥砂漿裹石的方案，由于在粗骨料表面包覆一薄層水泥砂漿相互粘結(jié)，在水泥用量相同的情況下，粗骨料之間粘結(jié)牢固，孔結(jié)構(gòu)分布均勻?？梢赃_到強度高、耐磨性好、透氣、毛細現(xiàn)象不顯著、透水系數(shù)大，水泥用量小、施工簡單等特點。原材料的選擇綠色環(huán)保透水混凝土原材料的選擇主要是:水泥品種及強度等級；粗骨料的類型、粒徑及級配、含泥量等；細集料的類型、細度模數(shù)、含泥量等；摻合料的品種、類型、反應(yīng)活性；外加劑的增稠效果、減水率、早強效果和引氣量。材料選擇達到的目的從選材上著手，引入細骨料，實現(xiàn)在粗骨料相互接觸而形成的雙凹粘結(jié)面上,水泥砂漿厚度增加減少無效空隙率使粘結(jié)點增多界面粘結(jié)更加牢固效果:既保證了有效空隙率，確保透水系數(shù)不降低。又實現(xiàn)透水混凝土的高強化。同時提高了混凝土的耐磨性。水泥的選擇水泥最好選擇普通硅酸鹽水泥。用量可在保證最佳用水量的前提下，適當增加用量。這樣能夠增加骨料周圍水泥砂漿膜層的稠度和厚度，可有效地提高透水混凝土的強度。本研究選用:P.O42.5水泥粗骨料的選擇粗骨料的粒徑較小,則比表面積較大,水泥用量增加。粗骨料的粒徑較大，則不利于界面粘結(jié)，雖然節(jié)省水泥，但影響混凝土的強度。粗骨料的含泥量要低，否則影響粘結(jié)。粗骨料的選擇本研究選用:天然卵石、單一粒級、粒徑16mm20mm25mm細骨料的選擇細骨料的細度模數(shù)較小，則比表面積較大，水泥用量增加。細骨料的細度模數(shù)較大，則不利于界面粘結(jié)。細骨料的含泥量要低，否則影響粘結(jié)。本研究選用:天然砂，細度模數(shù)2.7。摻合料的選擇摻合料的品種優(yōu)先選用粉煤灰。當要求混凝土拌合物粘度較高時選用礦粉。本研究選用：粉煤灰（Ⅱ級粉煤灰）外加劑的選擇增稠效果明顯減水率適中早強效果好外加劑的選擇本研究選用：早強劑:選用硫代硫酸鈉減水劑:萘系高效減水劑減水率：15%～20%增稠劑：羧甲基纖維素配合比設(shè)計到目前為止透水混凝土仍無成熟的配合比設(shè)計計算方法，根據(jù)工程設(shè)計中透水混凝土所要求的孔隙率和結(jié)構(gòu)特征，可以認為1m3混凝土的外觀體積由粗骨料堆積而成。因此，配合比設(shè)計的原則是將粗骨料顆粒表面用一層薄水泥砂漿包裹(約10mm)，并將粗骨料顆?；ハ嗾辰Y(jié)起來，形成一個整體。配合比設(shè)計因此，透水混凝土采用高強度等級水泥及單粒級卵石配制。1m3混凝土所用的骨料總量取骨料的緊密堆積密度的數(shù)值，實測之后數(shù)值范圍為1200kg～1400kg。配合比設(shè)計根據(jù)這個原則，采用多組分混凝土強度理論，可以初步確定透水混凝土的配合比。水膠比既影響透水混凝土的強度，又影響其透水性。透水混凝土的水膠比一般是隨著水泥用量的增加而減少，但只是在一個較小的范圍內(nèi)波動。多組分混凝土強度理論公式多組分混凝土強度理論公式式中：f-----混凝土強度σf---硬化砂漿理論強度U---膠凝材料填充強度貢獻率m----硬化砂漿的密實度多組分混凝土強度理論公式多組分混凝土強度理論這樣我們就建立了現(xiàn)代多組分混凝土強度理論數(shù)學模型。σf是混凝土對應(yīng)的硬化砂漿的理論強度，它主要考慮了膠凝材料的水化反應(yīng)形成的強度；U是膠凝材料填充強度貢獻率，主要考慮了膠凝材料的微集料填充效應(yīng)，我們可以根據(jù)摻合料的種類、數(shù)量的不同計算它們對混凝土強度的影響；m是硬化砂漿的密實度。多組分混凝土石子填充模型透水混凝土由硬化砂漿和石子兩部分組成。硬化砂漿的粘結(jié)強度、膠凝材料強度貢獻率、硬化砂漿密實度決定透水混凝土的強度。石子作為砂漿的填充料，當壓碎指標小于8%時，由于它的強度大于混凝土的設(shè)計強度，只占體積不影響強度。石子填充模型因此，我們可以采用以下方法去建立混凝土體積組成模型。假定我們先配制好水泥混合砂漿，體積為V1；然后在強力振搗下將粗骨料投入砂漿中，使石子均勻地填入砂漿形成混凝土拌合物；石子填充模型此時混凝土拌合物的體積為V，（V-V1）/V便是粗骨料在混凝土中的體積比。V1/V為水泥混合砂漿在混凝土拌合物中體積比對于砂漿,由于水泥和摻和料粒徑較小,可以完全填充在砂子六方緊密堆積的空隙之中,其空隙率為p。硬化砂漿體積由膠凝材料體積、拌合用水體積和砂子體積組成。石子填充模型這種混凝土體積組成模型稱為石子填充模型；用這種方法結(jié)合現(xiàn)代多組分混凝土強度理論公式（XS公式），求得混凝土中硬化砂漿體積以及石子、砂子、膠凝材料、外加劑和拌合用水等準確配合比設(shè)計數(shù)據(jù)的方法叫石子填充法，簡稱XS法。配制強度按現(xiàn)行規(guī)范

fcu.p=fcu.o+1.645σ確定膠凝材料用量的確定對于基準塑性混凝土，坍落度為T(mm)用于調(diào)整工作性的用水量為0.5Tkg其中u1=1，F(xiàn)=K=Si=0由以上公式可知：基準水泥用量的確定

將公式中水泥C用基準水泥C0代替，公式簡化為：

f=σ×（C0/C0）×［W0/（W0+0.5T）-0.27］=σ×(W0/（W0+0.5T）-0.27)

膠凝材料用量的確定

WO=0.5T×（0.27×σ+f）/（0.73×σ-f）C0=WO/0.23摻和料用量的確定C0=u1C+u2F+u3KC0=α1C+α2F+α3KC+F+K≥300C+F+K≤600膠凝材料用量的確定根據(jù)由以上公式的推導可知：通過科學計算得到填充因子系數(shù)，從而計算水泥、粉煤灰、礦渣粉等準確用量。實現(xiàn)了合理選擇摻和料品種和用量，科學而定量地實現(xiàn)了透水混凝土膠凝材料的定量計算。使透水混凝土配合比設(shè)計與強度之間建立了一種數(shù)字量化關(guān)系。外加劑的確定減水劑減水劑摻量為膠凝材料0.6％早強劑早強劑摻量為膠凝材料1.0％增稠劑增稠劑摻量為膠凝材料0.03％用水量的確定

根據(jù)現(xiàn)場實際，假定混凝土的出機坍落度為Tmm,每增加１mm坍落度所需水量為0.5kg。則理論用水量W１=WO+0.5T實際用水量W=W１×β×(1-n）石子用量的確定透水混凝土1m3所用的骨料總量取粗骨料的緊密堆積密度的數(shù)值，大致為1200kg～1400kg。本研究根據(jù)粗骨料級配取石子堆積密度實測值1280kg、1350kg、1400kg三種。

砂子用量的確定本研究為了增加砂漿與粗骨料之間的粘結(jié)能力，提高透水混凝土的強度，砂子取石子用量的15%。透水混凝土計算配合比-1編號水泥粉煤灰粗骨料(D25)細骨料外加劑水膠比11844612801923.690.4021844612801923.690.3831844612801923.690.3641844612801923.690.3451604012801923.200.3661844612801923.690.3672085212801924.160.3682325812801924.640.36透水混凝土計算配合比-2編號水泥粉煤灰粗骨料（D20）細骨料外加劑水膠比91844613501993.690.40101844613501993.690.38111844613501993.690.36121844613501993.690.34131604013501993.200.36141844613501993.690.36152085213501994.160.36162325813501994.640.36透水混凝土計算配合比-3編號水泥粉煤灰粗骨料（D15）細骨料外加劑水膠比171844614002103.690.40181844614002103.690.38191844614002103.690.36201844614002103.690.34211604014002103.200.36221844614002103.690.36232085214002104.160.36242325814002104.640.36實驗研究工藝過程包括：攪拌成型養(yǎng)護檢測指標包括：強度空隙率凍融循環(huán)抗沖磨強度透水系數(shù)攪拌

攪拌工藝采用水泥砂漿包裹石子的方法。先將全部粗骨料及5%～10%的水裝入攪拌機中預拌。再加入膠凝材料和砂子拌合，以形成包裹粗骨料表面的水泥砂漿殼。最后加入剩余的水攪拌均勻。成型這樣的投料順序和攪拌程序能使骨料表面形成均勻厚度的水泥漿層，以保證混凝土的強度和透水性。將攪拌均勻的混凝土拌合物裝入100mm×100mm×100mm的試模中，機械振搗20s。養(yǎng)護試件經(jīng)標準養(yǎng)護28d后，分別在萬能試驗機上測試混凝土抗壓強度，在透水系數(shù)測定儀上測定變水位和定水位透水系數(shù)。透水混凝土實驗室檢驗強度采用萬能壓力試驗機，單位:MPa空隙率才用水飽和法,單位:%凍融循環(huán)采用快凍法,單位:次抗沖磨強度采用200萬次磨損后的強度,單位:MPa透水系數(shù)采用固定水位法,單位:mm/s。透水混凝土實驗室檢驗-1編號水泥粉煤粗骨料(D25)細骨料外加劑水膠比總空隙率有效空隙率強度抗沖磨強度凍融循環(huán)透水系數(shù)11844612801923.690.4452535.332.17515.521844612801923.690.38452530.716.35014.931844612801923.690.36452533.228.67214.741844612801923.690.34452531.315.44513.351604012801923.20.36452539.316.75014.461844612801923.690.36452535.410.12511.772085212801924.160.36452537.22.91524.282325812801924.640.36452533.520.55022.9透水混凝土實驗室檢驗-2編號水泥粉煤灰粗骨料（D20）細骨料外加劑水膠比總空隙率有效空隙率強度抗沖磨強度凍融循環(huán)透水系數(shù)91844613501993.690.4422732.825.87521101844613501993.690.38422744.535.67518111844613501993.690.36422737.627.67517121844613501993.690.34422739.231.57521131604013501993.20.36422734.129.57523141844613501993.690.36422735.825.87518152085213501994.160.36422732.431.87523162325813501994.640.36422730.923.57520透水混凝土實驗室檢驗-3編號水泥粉煤灰粗骨料（D15）細骨料外加劑水膠比總空隙率有效空隙率強度抗沖磨度凍融循環(huán)透水系數(shù)171844614002103.690.4382336.128.57515.6181844614002103.690.38382335.429.3757.1191844614002103.690.36382335.231.57514.1201844614002103.690.34382339.527.97518.6211604014002103.20.36382332.625.67533.3221844614002103.690.36382333.819.87517.6232085214002104.160.36382335.726.47515.4242325814002104.640.36382333.422.67522.5試驗結(jié)果分析

試驗結(jié)果表明，采用D16、D20、D25的單粒級卵石骨料、普通硅酸鹽水泥、少量摻加細集料、摻和料和外加劑的辦法，采用特殊生產(chǎn)工藝和成型方法控制有效空隙率,可以配制出不同強度等級的透水混凝土,透水系數(shù)平均達15mm/s以上。試驗結(jié)果分析透水混凝土的透水性在灰骨比一定的情況下，隨水灰比的增大，透水系數(shù)增大，且粗骨料粒徑小的比粒徑大的混凝土的透水系數(shù)略高。在水灰比一定的情況下，隨骨料量的增加，透水系數(shù)增大。試驗結(jié)果分析用D20及D16卵石，采用水泥砂漿裹石法可以配制出強度等級C30，透水系數(shù)為15mm/s以上的透水混凝土，最佳配合比可以通過多組分混凝土理論和石子填充法求得。用D20及D16卵石配制的透水混凝土抗凍性及抗沖磨能力均很好。完全可以滿足美國設(shè)計公司對奧運停車場的設(shè)計要求。工程試驗驗證在實驗取得成功的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程設(shè)計要求我們在2007年4月在奧林匹克公園進行500m2工程試驗。預期混凝土強度等級為C30,透水系數(shù)為15mm/s，有效空隙率20%；生產(chǎn)工藝采用水泥砂漿裹石；施工采用自卸車運輸，面層機械攤鋪，顏料機械噴涂，壓路機最后成型。生產(chǎn)過程中攪拌工藝采用水泥砂漿包裹石子的方法。先將全部粗骨料及5%～10%的水裝入攪拌機中預拌，再加入膠凝材料和砂子拌合。以形成包裹粗骨料表面的水泥砂漿殼，最后加入剩余的水攪拌均勻?，F(xiàn)場檢驗取一些拌合好的拌合物進行觀察，如果水泥砂漿在骨料顆粒表面包裹均勻，沒有水泥砂漿下滴現(xiàn)象，而且顆粒有類似金屬的光澤，則說明水膠比較為合適。

試驗工程施工結(jié)束后,經(jīng)過中國建筑科學研究院檢測，本項目組研究的透水混凝土平均強度為36.5MPa,達設(shè)計值的120%，透水系數(shù)達20mm/s,大于設(shè)計要求的4.7mm/s,有效空隙率控制在25%，凍融循環(huán)達100次。設(shè)計單位和監(jiān)理非常滿意。結(jié)論通過試驗研究和工程應(yīng)用，在綠色環(huán)保透水混凝土的配制方面我們可以得出以下結(jié)論:結(jié)論-1根據(jù)透水性混凝土結(jié)構(gòu)模型可知,透水混凝土受力是通過骨料之間的膠結(jié)點傳遞力的作用。由于骨料本身的強度較高,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