透水地坪罩面劑，雙丙聚氨酯密封劑首選邦偉建材BW303，耐黃變性能好，使用進(jìn)口固化劑。

作者機構(gòu)】 綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院；四川省非金屬復(fù)合與功能材料重點實驗室-省部共建國家重點實驗室培育基地
【來    源】 《新型建筑材料》 2017年第3期P16-19頁
【分 類 號】 TU528.2;|TU528.37
【分類導(dǎo)航】 工業(yè)技術(shù)->建筑科學(xué)->建筑材料->非金屬材料->混凝土及混凝土制品->輕質(zhì)混凝土
【關(guān) 鍵 字】 透水混凝土　　抗壓強度　　骨料粒徑　　硅灰
【摘    要】 研究了硅灰摻量、骨料粒徑、骨膠比等參數(shù)對透水混凝土的抗壓強度、孔隙率和透水系數(shù)的影響,確定了高強度透水混凝土的最佳配比。結(jié)果表明:骨料粒徑為5~10 mm的透水混凝土強度最高;當(dāng)硅灰摻量達(dá)到15%時,透水混凝土的強度最高,相比于對照組的7 d和28 d抗壓強度分別提高了32.3%和27.7%,而孔隙率隨著硅灰摻量的增加持續(xù)降低;隨著骨膠比從2.6增大到3.8,透水混凝土的抗壓強度逐漸降低,孔隙率和透水系數(shù)逐漸升高。

0 引言

透水混凝土具有多孔、輕質(zhì)、透水、透氣的特點，在緩解城市“熱島效應(yīng)”、吸聲降噪、減少雨水引起的地表徑流等方面發(fā)揮著重要作用，被認(rèn)為是一種環(huán)境友好型材料[1-2]。近年來，國家大力提倡“海綿城市”的建設(shè)，為透水混凝土的應(yīng)用起到了積極的推動作用。根據(jù)CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，透水混凝土路面的透水系數(shù)不能低于0.5 mm/s。為了滿足透水要求，必須在混凝土內(nèi)部預(yù)留大量孔隙，這使得強度難以提高，制約了透水混凝土的推廣應(yīng)用[3-4]。目前，工程上使用的透水混凝土抗壓強度普遍低于30 MPa。本文采用硅灰和復(fù)合硅酸鹽水泥作為復(fù)合膠凝材料，并從骨料粒徑、硅灰摻量、骨膠比等方面進(jìn)行了實驗研究，探討了各因素對透水混凝土性能的影響，確定了高強度透水混凝土的最佳配比。

1 實驗

1.1 原材料

（1）硅灰：成都中亞特科技發(fā)展有限公司提供，密度2.2 g/cm3，比表面積（BET法）20.3 m2/g，化學(xué)成分見表1，SEM照片見圖1。

表1 硅灰的化學(xué)成分 %

圖1 硅灰的SEM照片

（2）水泥：P·C42.5R級，四川雙馬水泥股份有限公司提供，密度2.96 g/cm3，比表面積361 m2/kg，基本性能指標(biāo)見表2。

表2 水泥的基本物理力學(xué)性能

（3）花崗巖碎石：綿陽市涪城全興砂石建材廠提供，粒徑分別為2.5～5 mm、5～10 mm、10～15 mm，15～20 mm。

（4）聚羧酸減水劑：四川三三科技有限責(zé)任公司提供，固含量46%，減水率25%。

（5）膠粉：醋酸乙烯-乙烯共聚物類可再分散乳膠粉，廣東龍湖科技股份有限公司提供。

（6）拌合水：自來水。

1.2 實驗方法

1.2.1 配合比設(shè)計

采用體積法進(jìn)行配合比設(shè)計，并進(jìn)行試拌，對配合比進(jìn)行微調(diào)，得到如表3所示的基礎(chǔ)配比。水灰比按0.23計，減水劑的使用能保證在較低的水灰比下，新拌混凝土具有較好的工作性，而膠粉能改善漿體與骨料的粘結(jié)，減水劑和膠粉的摻量均按占膠凝材料的質(zhì)量計算。采用固定摻量法，在表3的基礎(chǔ)上分別改變骨料粒徑、硅灰摻量和骨膠比，研究各因素對透水混凝土性能的影響，從而確定高強度透水混凝土的最佳配比。

表3 透水混凝土的基礎(chǔ)配比

1.2.2 成型工藝

透水混凝土屬于干硬型混凝土，要控制漿體的流動性，以免出現(xiàn)“封底”現(xiàn)象；其強度主要由骨料強度、骨料與膠凝材料的粘結(jié)強度和膠凝材料的強度三者共同提供，而骨料與膠凝材料的粘結(jié)強度是薄弱環(huán)節(jié)。因此，在成型的時候要求骨料表面能形成一層均勻的膠凝材料包裹層，并且膠凝材料不宜過于粘稠。

透水混凝土成型工藝為：首先將骨料加30%水?dāng)嚢?0 s，然后加入水泥、硅灰和膠粉攪拌40 s，最后加入余下的70%水和減水劑再攪拌120 s，裝模、振實、找平表面，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)24 h后脫模，然后在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至測試齡期進(jìn)行性能測試。

1.2.3 測試方法

參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》對透水混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和7 d和28 d抗壓強度測試，試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。

透水系數(shù)測試方法參照GB/T 25993—2010《透水路面磚和透水路面板》。采用排水法測試孔隙率。

為了研究硅灰的增強機理，按表4所示的配比制備凈漿，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行XRD和SEM測試。

表4 凈漿試件的配比

2 結(jié)果與分析

2.1 骨料粒徑對強度和孔隙率的影響

在基礎(chǔ)配比中改變骨料的粒徑，測試透水混凝土的抗壓強度和孔隙率，結(jié)果如表5所示。

表5 骨料粒徑對透水混凝土強度和孔隙率的影響

由表5可見，隨著粗骨料粒徑的增大，透水混凝土的7 d、28 d抗壓強度均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，骨料粒徑為5～10 mm時透水混凝土的抗壓強度最高。這是因為，相比于粒徑大的骨料，較細(xì)的骨料比表面積較大，而膠凝材料的量有限，所以使得骨料表面的包裹層相對較薄，骨料之間的粘結(jié)力弱，所以強度較低。而在大粒徑骨料的透水混凝土中，雖然骨料表面的包裹層較厚，但骨料之間的接觸面積偏小，孔隙率高，難以承受較大的破壞力。隨著粗骨料粒徑的增大，透水混凝土的孔隙率逐漸升高。綜合考慮，優(yōu)選粒徑為5～10 mm的骨料進(jìn)行后續(xù)實驗。

2.2 硅灰摻量對強度和孔隙率的影響

硅灰等量取代水泥后，對透水混凝土強度和孔隙率的影響如表6所示。

表6 硅灰摻量對透水混凝土強度和孔隙率的影響

由表6可見，隨著硅灰摻量增大，透水混凝土的7 d、28 d抗壓強度先提高后降低，當(dāng)硅灰摻量為15%時抗壓強度達(dá)到最高，7 d、28 d抗壓強度較未摻硅灰的分別提高了32.3%和27.7%。當(dāng)硅灰摻量超過15%時，強度出現(xiàn)下降趨勢。說明內(nèi)摻硅灰能有效提高透水混凝土的強度，但存在最佳摻量?？紫堵孰S著硅灰摻量的增加逐漸降低，因為硅灰密度比水泥小，等質(zhì)量取代水泥后，膠凝材料的體積增大，填充了大量孔隙。

對照組和實驗組凈漿的XRD圖譜如圖2所示，SEM照片如圖3、圖4所示。

圖2 對照組和實驗組凈漿的XRD圖譜

從圖2可以看出，凈漿水化7 d后，對照組中的Ca（OH）2峰明顯比實驗組高，說明摻入硅灰消耗了體系中的Ca（OH）2。硅灰中含有大量的非晶態(tài)活性SiO2，能與水泥水化生成的Ca（OH）2反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠，即二次水化，從而加強骨料與漿體的粘結(jié)力[5-7]。

圖3 對照組和實驗組凈漿的SEM照片（×5000）

圖4 對照組和實驗組凈漿的SEM照片（×20 000）

由圖3、圖4可以看出，將水泥石放大5000倍后，對照組中出現(xiàn)了少量的絮狀水化產(chǎn)物，但分布不均勻；而實驗組中的絮狀產(chǎn)物較多，分布較均勻。進(jìn)一步放大到20 000倍后可以觀察到，對照組中以團(tuán)狀和粒狀產(chǎn)物為主，并且還有少量的纖維狀產(chǎn)物；實驗組中也存在團(tuán)狀和粒狀的水化產(chǎn)物，并且大量的纖維狀物質(zhì)從團(tuán)狀物質(zhì)中延伸出來，相互搭接，為水泥石提供了足夠的強度。從圖1的硅灰SEM照片可以看出，硅灰顆粒呈規(guī)則的球形，且顆粒尺寸都處于納米級別，在膠凝材料的水化過程中，硅灰微粒能起到良好的物理填充作用，從而使體系更致密[8]，也對提高強度起到了積極的作用。

2.3 骨膠比對強度、孔隙率和透水系數(shù)的影響

骨膠比即骨料與膠凝材料的質(zhì)量比，骨膠比越大膠凝材料越少，漿體對骨料的包裹層越??；骨膠比過小，說明膠凝材料的量多，骨料表面的包裹層越厚。骨膠比過大或者過小，都會影響新拌混凝土的均勻性，并且會對孔隙率造成影響，因此選擇合適的骨膠比極其重要。固定硅灰摻量15%，研究骨膠比對透水混凝土強度、孔隙率和透水系數(shù)的影響，結(jié)果如表7所示。

表7 骨膠比對透水混凝土強度、孔隙率和透水系數(shù)的影響

由表7可見，隨著骨膠比的增大，透水混凝土的7 d、28 d抗壓強度逐漸降低、孔隙率升高、透水系數(shù)也逐漸增大。當(dāng)骨膠比較小時，骨料填充在膠凝材料中，透水混凝土的強度主要由膠凝材料提供，所以強度較高，但膠凝材料填充了大量的孔隙，使得孔隙率偏低，透水效果差。而骨膠比太大時，相當(dāng)于膠凝材料填充在骨料之間，漿體對骨料的包裹差，體系存在較多的孔隙，但同時強度下降也非常明顯。綜合考慮，確定骨膠比為2.9時，強度較優(yōu)，并且孔隙率基本滿足設(shè)計要求，透水系數(shù)達(dá)到1.3 mm/s。

通過對骨料粒徑、硅灰摻量和骨膠比的實驗研究，得到了高強度透水混凝土優(yōu)化配合比見表8，按此配合比制備的透水混凝土28 d抗壓強度為37.3 MPa，孔隙率為15.2%，透水系數(shù)為1.3 mm/s。

表8 高強度透水混凝土的優(yōu)化配合比

3 結(jié)論

本文研究了骨料粒徑、硅灰摻量和骨膠比對透水混凝土強度、孔隙率和透水系數(shù)的影響，制備得到了28 d抗壓強度為37.3MPa，孔隙率為15.2%，透水系數(shù)為1.3 mm/s的高強度透水混凝土。

（1）隨著骨料粒徑的增大，透水混凝土的孔隙率逐漸增大，強度先提高后降低，骨料粒徑為5～10 mm的透水混凝土強度最高。

（2）隨著硅灰摻量增大，透水混凝土的7 d、28 d抗壓強度先提高后降低，當(dāng)硅灰摻量為15%時抗壓強度達(dá)到最高，7 d、28 d抗壓強度較未摻硅灰的分別提高了32.3%和27.7%；而孔隙率持續(xù)降低。微觀分析發(fā)現(xiàn)，采用適量硅灰取代水泥后，促進(jìn)了膠凝材料的二次水化，使水化產(chǎn)物增多，從而提高了透水混凝土的強度。

（3）隨著骨膠比從2.6增大到3.8，透水混凝土的抗壓強度逐漸降低，孔隙率和透水系數(shù)逐漸升高。綜合考慮，確定骨膠比為2.9時，強度較優(yōu)，并且孔隙率基本滿足設(shè)計要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]高潤東，李向民，許清風(fēng)，等.聚丙烯仿鋼纖維（PPTF）透水混凝土試驗研究[J].新型建筑材料，2015（3）：1-3，42.

[2]宋中南，石云興.透水混凝土及其應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] Lian C，Zhuge Y，Beecham S.The relationship between porosity and strength for porous concrete[J].Construction and Building Materials，2011，25（6）：4294-4298.

[4] Lim E，KH Tan，TF Fwa.High-strength high-porosity pervious concrete pavement[J].Advanced Materials Research，2013，723（8）：361-367.

[5] 楊坪，彭振斌.硅粉在混凝土中的應(yīng)用探討[J].混凝土，2002（1）：11-14.

[6] Ksenija Jankovic'a，Srboljub Stankovic'，Dragan Bojovic'，et al. The influence of nano-silica and barite aggregate on properties of ultra high performance concrete[J].Construction and Building Materials，2016，126：147-156.

[7] Mo Alkaysi，Sherif El-Tawil，Zhichao Liu，et al.Effects of silica powder and cement type on durability of ultra high performance concrete（UHPC）[J].Cement and Concrete Composites，2016，66：47-56.

[8] 閻培渝，張波.以不同形態(tài)硅灰配制的高強度混凝土的力學(xué)性能[J].硅酸鹽學(xué)報，2016，44（2）：196-201.