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。
【來(lái) 源】 《硅酸鹽通報(bào)》 2017年第1期P223-228頁(yè)
【分 類(lèi) 號(hào)】 TU528.37
【關(guān) 鍵 字】 透水混凝土 強(qiáng)度 增強(qiáng)料 透水系數(shù)
【摘 要】 增強(qiáng)料主要用于提高透水混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和抗?jié)B性能。本文研究了增強(qiáng)料中的減水組分、早強(qiáng)組分以及增粘組分對(duì)透水混凝土性能的影響。通過(guò)改變各種組分的種類(lèi)及摻量,研究了對(duì)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度以及透水系數(shù)和透水率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明,增強(qiáng)料中采用0.3%的聚羧酸減水劑,1.0%的早強(qiáng)劑和0.1%的增粘劑可明顯提高透水混凝的各項(xiàng)性能。
1 引 言
透水混凝土作為一種生態(tài)友好型混凝土，正逐步應(yīng)用于人們的生活中。其特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，具有透水、透氣、吸聲降噪、調(diào)節(jié)生態(tài)平衡等作用。20世紀(jì)七八十年代，歐美國(guó)家就開(kāi)始了對(duì)透水混凝土的研究，并逐漸應(yīng)用于公園道路、停車(chē)場(chǎng)等，取得了良好的效果。Abertay Dundee大學(xué)的Chris Jefferies和Wolfram Schluter對(duì)蘇格蘭中心廣場(chǎng)的透水混凝土道路的透水性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，透水混凝土在雨天的排水效果很好[1]；1987年，日本研究者申請(qǐng)了透水性混凝土路面材料專(zhuān)利并在國(guó)內(nèi)多個(gè)城市進(jìn)行推廣應(yīng)用[2]，取得了很好地生態(tài)效果。
透水混凝土的強(qiáng)度和透水性能是其基本性能。本文通過(guò)試驗(yàn)，研究了增強(qiáng)料中各組分對(duì)透水混凝土的強(qiáng)度和透水性能的影響，確定了各個(gè)組分的種類(lèi)及摻量。通過(guò)SEM掃描電鏡觀(guān)察水泥漿體內(nèi)部以及漿體-骨料界面過(guò)渡區(qū)的微觀(guān)結(jié)構(gòu)特征，分析了增強(qiáng)料提高透水混凝土強(qiáng)度的作用機(jī)理。該研究為高性能透水混凝土的配制及應(yīng)用提供理論依據(jù)。
2 試 驗(yàn)
2.1 原材料及其性能
水泥：蒙西P·O 42.5級(jí)水泥。標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為27%，3 d、28 d抗壓強(qiáng)度分別為27.3 MPa、46.7 MPa；粗骨料：碎石，粒徑分別為2～5 mm、5～10 mm、10～15 mm，壓碎指標(biāo)合格；水：普通自來(lái)水，符合JGJ63-2006要求；增強(qiáng)料：由減水組分(萘系高效減水劑，減水率20%；聚羧酸高性能減水劑，減水率36%)、早強(qiáng)組分(主要成分為元明粉和氯化鈉)、增粘組分(HX型，粘度為74440 mPa·s；FTN型，粘度為56400 mPa·s；JJX型三種增粘劑，粘度為39100 mPa·s)組成。
2.2 試驗(yàn)設(shè)備及方法
圖1 透水系數(shù)測(cè)定裝置
Fig.1 Water permeability coefficient device
透水混凝土的強(qiáng)度試驗(yàn)按GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行;透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)參照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》；掃描電鏡：日本產(chǎn)S-3400N掃描電子顯微鏡。
透水系數(shù)的測(cè)定:采用圖1所示的裝置進(jìn)行測(cè)試，將φ100 mm×50 mm的圓柱體試件裝入圓柱形套筒底部，試件上下邊緣采用緊箍件將其與套筒緊貼，防止水從側(cè)面流出。向套筒內(nèi)快速加滿(mǎn)水，記錄水面下降100 mm所用的時(shí)間。透水系數(shù)的計(jì)算公式為：V=H/T；V-透水系數(shù)(mm/s)；H-水位下降高度(mm)；T-水位下降至試件表面所用時(shí)間(s)。(本方法與CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》中的實(shí)驗(yàn)方法得到的結(jié)果基本相同)。
透水率的測(cè)定：在圖1裝置中，加入一定質(zhì)量的水，稱(chēng)量90 s內(nèi)透過(guò)試件流出的水的質(zhì)量，計(jì)算得到透水率。計(jì)算公式為β=m2/m1。m1-加入水的質(zhì)量(g)，m2-90 s流出水的質(zhì)量(g)。
3 結(jié)果與討論
3.1 減水組分對(duì)透水混凝土強(qiáng)度及透水性能的影響
減水劑加入混凝土拌合物后對(duì)水泥顆粒具有分散作用，能改善混凝土工作性能，減少單位用水量，在膠凝材料用量一定的情況下，可以顯著提高混凝土的強(qiáng)度。因此，本試驗(yàn)選用萘系(減水劑A)和聚羧酸系(減水劑B)兩種減水劑，試驗(yàn)用配合比及結(jié)果見(jiàn)表1、圖2和圖3。
表1 摻入減水組分的透水混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果
Tab.1 Incorporation of reducing the water component of permeable concrete mix ratio test results
由圖2和圖3可以看出，減水劑的加入，使透水混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度有了非常明顯的提高，且隨著摻量的增加而增加。這是由于減水劑的加入降低了透水混凝土的水膠比，骨料間膠結(jié)層的強(qiáng)度得到提高，從而提高了透水混凝土的強(qiáng)度[3]。
圖2 減水劑A摻量對(duì)強(qiáng)度的影響
Fig.2 Effect of A water reducer volume on strength
圖3 減水劑B對(duì)抗折強(qiáng)度的影響
Fig.3 Effect of B water reducer volume on strength
減水劑的種類(lèi)及摻量與透水混凝土透水系數(shù)、透水率的關(guān)系如表1所示。由表1可以看出，減水劑的加入，使得透水混凝土的透水系數(shù)略微得到提高。由表1還可以看出，摻減水劑的透水混凝土的透水率相比基準(zhǔn)組有一定程度的提高，但是提高效果不是很明顯。這是由于減水劑的加入使水泥漿體包裹骨料更為嚴(yán)緊，從而增大了透水混凝土內(nèi)部的孔隙率，提高了透水系數(shù)。
綜上，增強(qiáng)料中應(yīng)選用0.3%的聚羧酸減水劑。
3.2 早強(qiáng)組分對(duì)透水混凝土強(qiáng)度及透水性能的影響
由于透水混凝土的骨料是靠點(diǎn)接觸的方式粘結(jié)在一起，因此，適當(dāng)提高水泥漿體的早期強(qiáng)度對(duì)透水混凝土強(qiáng)度的發(fā)展具有有利的影響。本試驗(yàn)早強(qiáng)劑的摻量及試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、圖4。
表2 摻入早強(qiáng)組分的透水混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果
Tab.2 Incorporation of permeable concrete early strength component of the mix ratio test results
圖4 早強(qiáng)組分摻量對(duì)強(qiáng)度的影響
Fig.4 Effect of early strength agent volume on strength
早強(qiáng)劑的摻量與透水混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度的關(guān)系如圖4。由圖4可以看出，早強(qiáng)劑的摻入對(duì)透水混凝土的早期強(qiáng)度提高非常明顯，且隨著摻量的提高，其提高幅度越大。當(dāng)摻量為1.2%時(shí)，其7 d抗壓強(qiáng)度提高了47.1%。使用早強(qiáng)劑的透水混凝土28 d強(qiáng)度相比基準(zhǔn)組也有一定的提高，且提高幅度隨著摻量的增大而增大。當(dāng)摻量為1.0%時(shí)，其抗壓強(qiáng)度提高了29.1%，抗折強(qiáng)度也有一定程度的提高。故加入早強(qiáng)劑的作用在于促進(jìn)水泥早期水化速度，提高混凝土的早期強(qiáng)度，并且對(duì)后期強(qiáng)度無(wú)明顯影響[4]。 對(duì)于透水混凝土而言，早期抗壓強(qiáng)度的提高對(duì)其后期的抗壓強(qiáng)度具有一定的促進(jìn)作用。這是因?yàn)?，早?qiáng)劑對(duì)水泥早期水化的促進(jìn)，使得在漿體-骨料的界面上，生成大量水化產(chǎn)物，呈不規(guī)則狀覆蓋在骨料表面，從而增強(qiáng)了粘結(jié)強(qiáng)度，促進(jìn)了透水混凝土強(qiáng)度的發(fā)展。
早強(qiáng)劑的摻量與透水混凝土的透水系數(shù)、透水率的關(guān)系如表2所示，可以看出，早期強(qiáng)度對(duì)摻早強(qiáng)劑的透水混凝土的透水系數(shù)并無(wú)影響。這是因?yàn)?，透水混凝土的透水性能主要是由?nèi)部孔隙率決定的，早強(qiáng)劑的加入只是促進(jìn)早期強(qiáng)度的提高，對(duì)孔隙率并沒(méi)有影響，因此，早強(qiáng)劑對(duì)透水性能沒(méi)有影響。
綜上所述，增強(qiáng)料中應(yīng)選用1.0%的早強(qiáng)劑。
3.3 增粘組分對(duì)透水混凝土強(qiáng)度及透水性能的影響
增粘劑的作用在于增加水泥漿體的粘度[5]，使透水混凝土成型時(shí)骨料與骨料之間的粘結(jié)更為牢靠，對(duì)透水混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)有著促進(jìn)作用。本試驗(yàn)選用三種增粘劑，試驗(yàn)所用配合比及結(jié)果見(jiàn)表3，圖5。
表3 摻入增粘組分的透水混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果
Tab.3 Incorporation of increasing viscosity component of the permeable concrete mix ratio test results
圖5 增粘組分摻量對(duì)強(qiáng)度的影響
Fig.5 Effect of tackifier volume on strength
增粘劑的種類(lèi)及摻量與透水混凝土的28 d抗壓、抗折強(qiáng)度的關(guān)系如圖5所示。由圖可以看出，摻0.1%的增粘劑對(duì)透水混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度有著非常顯著的提高，這是由于增粘劑增強(qiáng)了水泥漿體與骨料之間的粘結(jié)力，從而提高透水混凝土的強(qiáng)度。而當(dāng)摻量超過(guò)0.1%時(shí)，抗壓和抗折強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)椴糠炙囝w粒被增粘劑乳液包裹，阻礙了水泥顆粒的充分水化，使其強(qiáng)度降低[5]。對(duì)比三種增粘劑，當(dāng)摻量同為0.1%時(shí)，摻HX型增粘劑的透水混凝土強(qiáng)度要高于摻FTN型和JJX型的強(qiáng)度，其對(duì)抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別提高了10.3%和22.7%。
改變?cè)稣硠┑姆N類(lèi)及摻量時(shí)，透水混凝土的透水系數(shù)和透水率如表3所示。由表3可知，增粘劑的加入對(duì)透水系數(shù)和透水率都有一定程度的提高。原因是增粘劑增加了水泥漿的粘稠度，使得水泥漿體更加均勻的包裹骨料，骨料之間的膠結(jié)面積相對(duì)減小，增大了透水混凝土內(nèi)部的總孔隙率。
綜上所述，增強(qiáng)料中應(yīng)選用0.1%的HX型增粘劑。
3.4 增強(qiáng)料對(duì)透水混凝土的性能的影響
將本試驗(yàn)得到的增強(qiáng)料用于透水混凝土中，所用配合比及試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表4和表5，得到其主要性能指標(biāo)如下(其中，標(biāo)準(zhǔn)值參考CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》)。
表4 摻入增強(qiáng)料的透水混凝土配合比
Tab.4 Mix proportion of permeable concrete mixed with Reinforced Concrete /(kg/m3)
表5 摻入增強(qiáng)料的透水混凝土試驗(yàn)結(jié)果
Tab.5 Experimental results of permeable concrete mixed with Reinforced Concrete
由表4和表5可以看出，與基準(zhǔn)組相比，摻入增強(qiáng)料的透水混凝土容重得到增加，在強(qiáng)度和透水系數(shù)上都有很大提升。這是因?yàn)?，在增?qiáng)料的作用下，水泥漿體更加密實(shí)，骨料與漿體、骨料與骨料之間的粘結(jié)都變得更加緊密。而且，摻入增強(qiáng)料以后，透水混凝土的拌合用水量減少，水泥漿體的粘稠度增加，早期強(qiáng)度得到提高。在各組分的協(xié)同作用下，透水混凝土的強(qiáng)度和透水系數(shù)都得到了提高。
4 增強(qiáng)料對(duì)透水混凝土性能提高的機(jī)理
由透水混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，其受力時(shí)通過(guò)骨料間的膠結(jié)點(diǎn)傳遞力的作用，由于骨料本身的強(qiáng)度較高，水泥膠凝層較薄，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間的連接點(diǎn)處被破壞，因此在保證一定孔隙率的前提下，增加膠結(jié)點(diǎn)的面積，提高膠結(jié)層的強(qiáng)度是提高透水性混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵[6-7]。
圖6 未摻增強(qiáng)料的試塊受壓破壞圖
Fig.6 Specimen damage with no reinforcing material
圖7 摻入增強(qiáng)料的試塊受壓破壞圖
Fig.7 Specimen damage with no reinforcing material
摻入增強(qiáng)料的透水混凝土抗壓強(qiáng)度得到明顯提高，圖6、圖7分別是兩種試件受壓破壞時(shí)的斷面圖。由圖6可以看出，未摻入增強(qiáng)料的透水混凝土，在受壓時(shí)，骨料并沒(méi)有被破壞，而是水泥-骨料界面受壓開(kāi)裂導(dǎo)致試件的最終破壞，試件破壞后呈現(xiàn)松散的狀態(tài)。圖7中加入增強(qiáng)料的透水混凝土，在受壓時(shí)，界面的破壞裂縫明顯減少，部分骨料在壓力的作用下被破壞，導(dǎo)致試件的最終破壞，試件破壞后呈現(xiàn)錐形。從試件的破壞形態(tài)可以看出，摻加增強(qiáng)料的透水混凝土內(nèi)部，水泥漿體和膠結(jié)層的強(qiáng)度都得到了提高。
圖8、圖9是用SEM掃描電鏡觀(guān)察未摻增強(qiáng)料和摻加增強(qiáng)料之后的漿體-骨料界面過(guò)渡區(qū)的形態(tài)。由圖8和圖9可以看出，相比不摻增強(qiáng)料的水泥漿體，摻加增強(qiáng)料的水泥漿體內(nèi)部水化程度較高，生成的水化產(chǎn)物較多，從而增加了漿體內(nèi)部的密實(shí)度，提高了膠結(jié)層的強(qiáng)度。
水泥漿體與骨料之間的粘結(jié)力主要來(lái)源于漿體-骨料界面過(guò)渡區(qū)的機(jī)械嚙合力(水泥漿體和骨料內(nèi)部晶體互相交錯(cuò)抱合而形成)。增大晶體間的接觸面積，可以顯著增加漿體-骨料間的機(jī)械嚙合力，粘結(jié)強(qiáng)度就會(huì)提高[8]。由圖8和圖9中的漿體-骨料界面圖可以看出，相比不摻加增強(qiáng)料的漿體-骨料界面區(qū)，摻入增強(qiáng)料的界面過(guò)渡區(qū)內(nèi)部的C-S-H凝膠的毛刺以及小的針狀鈣礬石均勻的覆蓋在骨料表面，使水泥漿體與骨料連成一個(gè)整體(其界面邊界模糊)；晶體接觸面積增大，晶體間的機(jī)械嚙合力也會(huì)增大，從而顯著提高了漿體-骨料之間的粘結(jié)強(qiáng)度。
圖8 未摻加增強(qiáng)料的內(nèi)部漿體-骨料界面
Fig.8 Interface diagram with no reinforcing material
圖9 摻加增強(qiáng)料的內(nèi)部漿體-骨料界面
Fig.9 Interface diagram with reinforcing material
5 結(jié) 論
(1)聚羧酸減水劑對(duì)透水混凝土的透水系數(shù)和透水率有一定的提高作用，而其對(duì)抗壓、抗折強(qiáng)度則有大幅度的提高，摻量在0.3%時(shí)對(duì)抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別提高了35.7%和50%;
(2)早強(qiáng)劑對(duì)透水混凝土的早期強(qiáng)度有著顯著的提高效果，摻量宜為1.2%，對(duì)7 d抗壓和抗折強(qiáng)度的提高達(dá)到了30%和36%，效果最好；而早強(qiáng)劑對(duì)透水系數(shù)和透水率影響較小;
(3)增粘劑有利于骨料之間的粘結(jié)，適宜的摻量對(duì)透水混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度有提高作用。摻量為0.1%的HX型增粘劑對(duì)抗壓和抗折強(qiáng)度提高效果最好，分別達(dá)到了10.3%和22.7%；對(duì)透水性能也有一定程度的改進(jìn);
(4)增強(qiáng)料的加入，使得透水混凝土內(nèi)部骨料之間的粘結(jié)力增強(qiáng)，顯著提高透水混凝土的強(qiáng)度；同時(shí)也在一定程度上增加了孔隙率，提升透水性能。
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Effect of Reinforcing Agent Composition on Performance of Permeable Concrete
Abstract：The reinforcing agent is used for improving compressive strength, flextural strength and penetration of permeable concrete. The effects of water reducing composition, early strength compositiont and viscosity modifying compositon on the performance of permeable concrete were studied.The compressive strength, flexural strength, and the permeability coefficient and the water permeability of the permeable concrete were measured by changing types and content of the various components in the reinforcing agent. The experimental results show that the preformence of concrete with the reinforced agent by 0.3% of polycarboxylic superplasticizer, 1.0% of early strength increasing agent and 0.1% viscosity is more better.
Key words：permeable concrete;strength;reinforcing agent;water permeability coefficient
