透水性混凝土路面资料强度的研讨

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  杨 静 蒋国梁
(清华大学土木匠程系,北京 100084)
 [摘 要]本文论述了透水性混凝土途径资料开辟操纵的背景与意思,接纳小粒径骨料、矿物细掺料和无机加强剂等方式,进步透水性混凝土途径资料的强度,研制着力学机能适合国度建材行业规范请求、同时具备杰出透水性的混凝土途径资料。
[关头词]透水性混凝土; 矿物细掺料; 无机加强剂
[中图分类号] TU528-37 [文献标识码] A [文章编号]1002-3550(2000)10-0027-04
1 研讨背景与目标
  随首我国经济的成长和都会扶植步调的加速,古代都会的地表慢慢被修建物和混凝土路面笼盖。便利的交通举措办法,平坦铺设的途径给人们的出行带来了极大的便利,但这些不透水的路面也给都会的生态情况带来诸多负面的影响。因为混凝土铺筑的路面缺少透水性和透气性,雨水不能渗透公开,导致地表动物因为严峻缺水而难以通俗成长;不透气的路面很难与氛围停止热量、水份的互换,缺少对都会地表温度、湿度的调理能力,发生所谓的“热岛景象”。另外,不透水的途径外表轻易积水,降落途径的温馨性和宁静性。当短时候内集合降雨时,雨水只能经由过程下水举措办法排入河道,大大减轻了排水举措办法的承担。
  与不透水的路面比拟,透水性路面具备诸多生态方面的长处,详细表此刻以下几方面。
  (1)雨水能够或许或许或许敏捷地渗透地表,复原成公开水,使公开水资本获得实时补充;
  (2)进步地表的透气、透水性,坚持泥土湿度,改良都会地表生态均衡;
  (3)接收车辆行驶时发生的噪声,缔造宁静温馨的交通情况。雨天能避免路面积水和夜间反光,改良车辆行驶、和行人行走的温馨性与宁静性;
  (4)透水性路面资料具备较大的孔隙率,能积蓄较多的热量,有益于调理都会地表的温度和湿度,消弭热岛景象。
  因为透水混凝土路面资料具备以上诸多生态方面的杰出长处,在人类追求与天然调和、保护生态均衡和可延续成长的思惟指点下,西欧、日本等一些发财国度从80年月起头研讨开辟透水性路面资料,并将其操纵于广场、步辇儿街、途径两侧和中心断绝带、公园内途径和泊车场等,增添都会的透水、透气空间,对换理都会微天气、坚持生态均衡起到了杰出的成果[1]。90年月以来,国际对透水性混凝土路面资料起头停止了研讨,可是到今朝为止仍不到达现实操纵的程度。除人们的熟悉、地基处置、施工方式等缘由以外,产物自身的机能也不到达非常完美的程度。与密实的混凝土途径资料比拟,透水性混凝土的强度较低,为了使其具备透水性,在混凝土外部必须坚持必然的孔隙率,如许就必然降落资料的强度。现有的研讨通俗接纳与通俗混凝土不异的原资料,所配制的透水性混凝土其抗压强度通俗只能到达20MPa摆布[2,3]。而现行的国度规范对人行途径砖的强度请求劣等品为30MPa[4]。本研讨接纳优化骨料、调剂配比、掺入矿物细掺料、无机加强剂等方式,使透水性混凝土的强度获得了进步,为该类生态型途径资料走向适用化奠基根本。
2 透水性混凝土的布局模子与粉碎特色
  透水混凝土的配比特色是接纳单粒级粗骨料作为骨架,水泥净浆或插手少许细骨料的沙浆薄层包裹在粗骨料颗粒的外表,作为骨料颗粒之间的胶结层,构成骨架——空地布局的多孔混凝土资料,其布局模子如图1所示。由图1能够或许或许看出,透水性混凝土是粗骨料颗粒间经由过程软化的水泥浆薄层胶结而成的多孔堆聚布局,外部含有较多的孔隙,且多为直径跨越1mm的大孔,是以具备杰出的透水性,如图2所示,但同时强度比通俗混凝土低良多。
  按照布局模子可知,透水性混凝土受力时经由过程骨料之间的胶结点通报力的感化,因为骨料自身的强度较高,水泥凝胶层很薄,水泥凝胶体与粗骨料界面之间的胶结面积小,是以其粉碎特色是骨料颗粒之间的毗连点处粉碎。是以在保障必然孔隙率的前提下,增添胶结点的数目和面积,进步胶结层的强度是进步透水性混凝土强度的关头。

3 进步透水性混凝土强度的实验计划
  按照上述阐发,本研讨订定从优化原资料、调剂配比、掺入矿物细掺料和无机加强等几方面的办法来进步透水性混凝土的强度。
3.1 减小粗骨料粒径
  骨料粒径越小,比外表积越大,所构成的布局骨架单元体积内骨料颗粒之间的打仗点数目多,胶结面积越大,从而进步透水混凝土的全体强度。
3.2 掺入矿物细掺料和高效减水剂
  因为包裹骨料的水泥浆层较薄,水泥凝胶体与骨料之间的过渡区所占比重较大,而水泥软化体外部含有较多的毛细孔和微裂痕,是以水泥凝胶体的强度及胶结能力较低。鉴戒高机能混凝土中掺入均匀粒径只要0.1~1.2微米矿物细掺料,进步混凝土密实度、减小过渡区的经历,本研讨在水泥浆中掺入少许的矿物细掺料,同时操纵高效减水剂使其分离,添补于水泥凝胶体的毛细孔和微裂痕中,到达进步胶结强度的目标。
3.3 接纳无机加强剂改良表层强度
  作为路面资料,凡是请求表层具备杰出的耐磨性和平坦度。按惯例方式配制的透水性混凝土,水泥凝胶体与骨粒颗粒之间的胶结强度较低,处于表层的骨料颗粒很轻易零落,而使途径外表高低不平。为进步透水性混凝土表层的耐磨性和凝胶体对骨料颗粒的握裹力,本研讨接纳无机加强剂,操纵其微添补、阻裂和进步粘结力的感化,大大改良骨料与水泥凝胶体之间界面的性子,从而进步透水性混凝土表层的力学机能。
4 实验方式与成果阐发
4.1 原资料
  本研讨接纳以下原资料。
  (1)水泥 冀东525R型通俗硅酸盐水泥。
  (2)骨料 接纳表1所示的四种粒径的骨料。此中骨料Ⅰ是用于下层的粗骨料,骨料Ⅳ是用于下层的细骨料;骨料Ⅱ、Ⅲ用于透水混凝土路面面层。
表1实验用骨料的粒径规模
编号
粒度散布 5~10mm 2.5~5mm 1.25~2.5mm 0.6~1.25mm
种别 碎石 河砂 河砂 河砂
 
  (3)硅灰 贵州遵义铁合金厂产山鹰牌微硅粉,比外表积18000m2/kg摆布,均匀粒径0.1μm。
  (4)高效减水剂 北都城建团体构件厂产DFS-2高效减水剂
  (5)无机改性剂 A剂(乙酸乙烯酯—乙烯共聚乳液)、B剂(聚乙烯醇缩甲醛)。
4.2 试件制备及养护
  试件的建造接纳加压成型工艺,成型压力为1.5MPa。对由下层和面层复合而成的试件,接纳两次布料,一次加压的工艺。成型后外表笼盖塑料薄膜以避免水份流失,24小时后拆模放入养护室,在规范前提下养护至28天龄期。试件的尺寸规格为:10cm×20cm×6cm(用于抗压实验),10cm×30cm×6cm(用于抗折实验),10cm×10cm×6cm(用于测透水系数)。
4.3 机能测试方式
  (1)抗压强度
  参照建材行业规范JC446-91测定试件的抗压强度。接纳液压式全能压力机加压,受压面积为120cm×60cm,加载速率为0.3~0.5MPa/s,抗折强度取5个试件成果的均匀值。
  (2)抗折强度
  参照规范JC446-91测定试件的抗折强度。在液压式全能压力机上停止,接纳“三点法”破型,跨距为24cm,加载速率约为0.1~0.2MPa/s,抗折强度取5个试件成果的均匀值。
  (3)透水系数
  接纳自行设想的透水仪,见图3。该装备为两头启齿的无机玻璃方框,尺寸为10cm×10cm×30cm。透水仪正面刻有刻度(单元:cm),可用于计量。丈量前,先将试件周围用蜡封好,而后将透水仪置于试件上方,透水仪和试件之间用半热的蜡条封好,待蜡条冷却后,向透水仪中加水至跨越20cm刻度。待水面降落至16cm刻度时起头计时,降落至14cm再计时一次。透水系数按下式计较:
    V=H/Δt
式中 H——水位降落高度,20mm;
   Δt——水从160mm高度降至140mm的时候(s)。

4.4 实验成果及阐发
  (1)硅灰的加强感化
  由表2数据可见,与第1组未掺硅灰的混凝土比拟,第2组单掺6%的硅灰后,强度并未进步反而略有降落,透水系数则降落了50%;第3组同时掺入硅灰和高效减水剂,混凝土的强度进步60%以上,而透水系数仍坚持在2.9mm/s较高的程度。从实验成果能够或许或许看出,硅灰与高效减水剂同时掺入具备很好的加强感化。硅灰粒径微细,在水泥凝胶体中具备微添补感化,使骨料与水泥浆体的界面强度获得改良,微观上则表现出全体强度大幅度增添。可是硅灰必须和高效减水剂同时操纵,能力阐扬其加强成果。其缘由是,在不减水剂掺入的前提下,水泥浆体轻易构成絮凝布局,将一局部水包裹在絮团当中,硅灰的颗粒加倍微细,外表能更大,掺入以后只能使絮凝布局加重,不只起不到微添补感化,反而使凝胶体外部含有更多的孔隙。而高效减水剂份子具备很强的外表活性感化,能够或许或许或许突破浆体的絮凝感化,使微细的粉体颗粒充实分离在浆体中,使硅灰的藐小颗粒添补到水泥凝胶体的毛细孔中,完成加强成果。
 
 
表2 硅灰对透水性混凝土的加强
试件编号 集灰比 水灰比 S/G
(%)
SF/(C+SF)
(%)
Aj
(%)
抗压强度
(MPa)
抗折强度
(MPa)
透水系数
(mm/s)
1-1 3.75 0.28 18 0 0 21.5 3.9 4.0
1-2 4.0 0.28 18 6 0 20.1 3.0 1.9
1-3 4.0 0.22 18 6 0.8 35.5 6.8 2.9
 
  注:G:粗骨料Ⅰ; S:细骨料Ⅳ; C:水泥; W:水; SF:硅灰; Aj:高效减水剂。
  (2)无机加强剂的加强感化
  表3、表4别离表现无机加强剂A、B的掺质变更对透水性混凝土强度的影响。能够或许或许看出,跟着无机加强剂掺量的增添,透水性混凝土的强度也增添。表3中加强剂A的掺量在5~10%之间,强度增添成果不太较着,当掺量增添至15%后,强度蓦地增添并趋于稳定,以是A剂的最大掺量节制在10~15%之间比拟适合。表4中加强剂B的掺量在15%~40%之间变更,加强成果都比拟较着,可是变更幅度比拟小。是以B剂的最大掺量应节制在15%以下,一方面是从透水性请求斟酌,一方面也是为了降落资料的本钱。
表3  无机加强剂A的掺量对透水性混凝土加强感化的影响
编号 骨料
品种
集灰比 A的掺量
(%)*
水灰比 透水系数
(mm/s)
7d抗折强度
(MPa)
7d抗压强度
(MPa)
28d抗压强度
(MPa)
2-0 3 0 0.30 4.15 15.5 23.3
2-1A 3 5 0.28 0.43 3.70 22.7 40.8
2-2A 3 10 0.28 0.34 4.57 25.1 43.8
2-3A 3 15 0.28 0.27 6.16 26.7 44.4
2-4A 3 20 0.28 0.20 6.30 28.1 46.0
 
  * 加强剂掺量指占水泥用量的百分比,以下不异。
表4 无机加强剂B的掺量对透水性混凝土加强感化的影响
编号 骨料
品种
集灰比 B的掺量
(%)*
水灰比 透水系数
(mm/s)
7d抗折强度
(MPa)
7d抗压强度
(MPa)
28d抗压强度
(MPa)
2-0 3 0 0.30 4.15 15.5 23.3
2-1B 3 15 0.35 0.47 5.12 22.7 40.8
2-2B 3 20 0.35 0.36 5.51 25.1 43.8
2-3B 3 30 0.35 0.27 5.76 26.7 44.4
2-4B 3 40 0.35 0.20 5.92 28.1 46.0
 
  无机加强剂对透水性混凝土的加强感化是经由过程在骨料与水泥凝胶体的界面区构成具备较高粘结力的膜,并梗塞沙浆内的孔隙来完成的。水泥水化与无机物的成膜同时停止,最初构成水泥浆与无机膜彼此交叉在一路的互穿收集布局,这类布局使得骨料颗粒与水泥凝胶体安稳地粘结在一路,从而使混凝土的强度大幅度增添。
  (3)骨料粒径对强度的影响
  由表5中的数据能够或许或许看出,操纵较小粒径的骨料Ⅲ,同时降落集灰比,即水泥用量响应进步,抗折、抗压强度能够或许或许获得必然进步,比方3-2A组试件的强度略高于3-1A,3-2B组的强度高于3-1B组;可是若是只纯真公开降骨料粒径,而集灰比稳定,则混凝土的强度反而降落,表5中3-3A组、3-3B组试件的强度测定值就说了然这一点。其缘由是接纳较小粒径的骨粒,骨料的比外表积增大,若是水泥用量稳定,则包裹骨料的水泥浆体减小,骨料与水泥石之间的粘结强度降落,以是混凝土全体强度降落。以是在接纳较小粒径骨料的同时,恰当增添水泥用量,使得水泥浆足以包裹骨料,构成杰出的界面粘结状况,则混凝土单元体积内骨料之间的粘结点增添,能够或许或许或许使全体强度有所增添。
表5 骨料粒径对透水性混凝土强度的影响
编号 骨料品种 无机增
强剂
集灰比 水灰比 抗折强度
(MPa)
7天抗压强度
(MPa)
3-1A A 3.5 0.28 5.41 22.5
3-2A A 3.0 0.28 5.69 22.9
3-3A A 3.5 0.28 4.32 18.2
3-1B B 3.5 0.35 4.44 22.0
3-2B B 3.0 0.35 5.12 28.1
3-3B B 3.5 0.35 4.09 18.0
 
5 结 论
  由以上实验成果及其阐发,可得出以下几点论断。
  (1)因为透水性混凝土外部含有较多的孔隙,接纳惯例的资料很难到达较高的强度;
  (2)接纳矿物细掺量,并共同操纵高效减水剂,能够或许或许或许使透水性混凝土的强度进步60%摆布,配制的路面砖抗压强度能够或许或许到达35MPa以上,能够或许或许作为人行路、轻车路资料操纵;
  (3)接纳无机加强资料,能够使透水性混凝土资料的抗压强度到达40MPa以上,从强度目标上可知足车行途径面资料的操纵请求;
  (4)接纳较小粒径的骨料能够或许或许进步透水性混凝土的强度,但必须同时调剂水泥用量。
[参考文献]
[1]杨静,蒋国梁.一种生态型途径资料——透水性混凝土.《水泥基复合资料迷信与手艺》.1999.10.
[2]王武祥等.透水性混凝土的机能与操纵.《中国建材科技》.Vol.3,No.4,1994.8.
[3]王武祥.透水性混凝土强度的研讨.《中国建材科技》.Vol.6,No.3,1997.6.
[4]国度修建资料产业局核准宣布.建材行业规范JC446-91.《混凝土路面砖》.1992.8.
[作者简介] 杨静(1957-),女,副传授,工学博士,建材专业。
[单元地点] 北京市海淀区(100084)
[接洽德律风] 010-62785835
A Study on Strength of Pervious Concrete as Pavement Material
Yang Jing, Jiang Guo-liang
(Department of Civil Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China)
 〔Abstract〕In this paper,the background and benefit of the exploitation and application of the pervious concrete as pavement material are discussed.Using the small size aggregate,fine mineral admixture or organic intensifier can increase the intensity of the pervious concrete.The mechanics performance of the pervious concrete is up to the standard of the building material trade,and the material has nice water penetrate performance.
 〔Key words〕pervious concrete; fine mineral admixture; organic intensifier
 
 
 
 
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