程火焰,李 偉

(湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院,湘潭411201)

0 引 言

20世紀(jì)80年代以來,透水性混凝土在歐美和日本有了較多的研究并得到了廣泛應(yīng)用,1979年,美國(guó)研制出了28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到26.2 MPa的無砂多孔混凝土,其透水系數(shù)為1.6 mm/s.自20世紀(jì)80年代開始,美國(guó)出現(xiàn)了專門的透水性混凝土攪拌站,對(duì)這種混凝土實(shí)行商業(yè)供應(yīng).1987年,日本的研究人員申請(qǐng)了透水性混凝土路面材料的專利,該專利主要用于公園道路、人行道和停車場(chǎng)等.1991年,佛羅里達(dá)州成立了“透水性波特蘭水泥混凝土協(xié)會(huì)”,對(duì)此種透水性混凝土的使用提供技術(shù)指導(dǎo)[1-3].

國(guó)內(nèi)對(duì)其強(qiáng)度研究方面也有了較大的突破,中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院水泥新材所的王武祥對(duì)透水磚的透水機(jī)理、種類、強(qiáng)度和透水性及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了研究和分析,王武祥獲得的透水混凝土的抗壓強(qiáng)度為5～20 MPa,孔隙率 5%～30%,透水系數(shù)為 1～15 mm/s[4].影響透水性混凝土強(qiáng)度和透水性的因素很多,筆者旨在通過試驗(yàn)來分析振搗時(shí)間對(duì)透水性混凝土試塊成型后強(qiáng)度和透水性的影響,并找出一個(gè)最佳的振搗時(shí)間.

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)材料

水泥:普通硅酸鹽水泥,強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí);粗骨料:5～10 mm單粒徑碎石;

減水劑:萘系高效減水劑,其摻量為水泥質(zhì)量的0.5%～1.0%[5];水:生活飲用水;

粗骨料、水泥性能如表1、表2所示.

表1 粗骨料性能參數(shù)

表2 水泥性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 配合比設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)采用體積法[6][7]進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),各原材料用量如表3所示.

表3 單位體積材料用量

1.2.2 試塊成型

透水性混凝土成型密實(shí)方法有機(jī)械振搗(試驗(yàn)室振動(dòng)臺(tái))、土工輕型擊實(shí)兩類如圖1所示,由于透水性混凝土水泥漿較少,不含或含少量細(xì)集料,本試驗(yàn)采用振動(dòng)臺(tái)振搗,振搗時(shí)間分別為:0 s、3 s、6 s、9 s、12 s、15 s、18 s.

圖1 試塊成型

1.2.3 養(yǎng)護(hù)

透水性混凝土由于存在大量的孔隙,易失水,干燥很快,所以在養(yǎng)護(hù)過程中保濕養(yǎng)護(hù)很重要,尤其是早期養(yǎng)護(hù),本試驗(yàn)采用的養(yǎng)護(hù)為常溫浸泡養(yǎng)護(hù).

1.2.4 孔隙率測(cè)定

文獻(xiàn)[8]中孔隙率的測(cè)定方法如下:首先將試件完全浸泡在清水中,24 h后,稱量水中試件的質(zhì)量(m0);然后把試件取出,在空氣中干燥24 h,再稱量試件質(zhì)量(m1).透水性混凝土孔隙率P(此處測(cè)試值為開口總孔隙率)計(jì)算公式如下:

式中:V為試件的體積,mm3;

ρ為水的密度,g/mm3.

本實(shí)驗(yàn)采用簡(jiǎn)易的方法測(cè)定透水性混凝土試塊的實(shí)際開口孔隙率,具體試驗(yàn)步驟如下:

①將養(yǎng)護(hù)好的試塊取出并晾干(以試塊無明顯水滴滴出為準(zhǔn)),目的降低材料本身的吸水率對(duì)數(shù)據(jù)的影響.

②將晾干后的試塊放入模具中,此模具為試塊成型時(shí)的模具.

③取一量筒加入滿刻度的水,對(duì)準(zhǔn)試塊表面某個(gè)孔隙緩慢倒入,速度以5～10 ml/s為宜,避免水濺出影響數(shù)據(jù)真實(shí)性.

④待水從透水性混凝土試塊的孔隙中緩慢上漲到與試塊表面平齊時(shí),停止倒水,記錄加入水量.

⑤可以認(rèn)為加入水的體積既為試塊的孔隙體積,利用下式可以得試塊的孔隙率:

(式中VW為水的體積,VS為試塊體積)

1.2.5 透水系數(shù)測(cè)定

本試驗(yàn)采用簡(jiǎn)易透水性測(cè)定裝置,該裝置如圖2,上下兩端均為開口的透明方框,斷面形狀與試件的斷面形狀相同,正面有刻度.測(cè)量前先將試件四周用蠟封好,然后將透水儀方框置于試件上,方框和試件之間的接縫用蠟密封好,接著向方框中加水超過200 mm,水通過試件滲漏,當(dāng)水平面下降至刻度為160 mm時(shí)起開始計(jì)時(shí)為t0,水平面下降至140 mm時(shí)的時(shí)間為t1,方框中的水全部滲漏完畢時(shí)的時(shí)間為t2.透水系數(shù)分為變水位系數(shù)和定水位透水系數(shù)兩種,分別計(jì)算如下:

圖2 簡(jiǎn)易透水儀

其中T1為平均在150 mm時(shí)的定水位透水系數(shù),T2為水位從160 mm變化到零過程中的平均透水系數(shù)[9],本試驗(yàn)采用平均透水系數(shù).

1.2.6 抗壓強(qiáng)度測(cè)定

透水性混凝土試塊抗壓強(qiáng)度依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)如圖3所示.采用液壓式混凝土壓力機(jī)進(jìn)行加壓,受壓面積為150 mm×150 mm,加荷速度為0.3～0.5 MPa/s.

圖3 抗壓強(qiáng)度測(cè)定

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

水灰比為 0.28、0.30、0.32,目標(biāo)孔隙率分別15%、20%、25%三種情況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4和圖4～圖13所示.

表4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

E2 3 12.8 4.9 18.9 E3 6 13.7 4.6 18 E4 0.3 20% 9 16.4 4.1 17.2 E5 12 19.2 3.8 16.4 E6 15 19 3.3 15.6 E7 18 18.6 3.2 15.5 F1 0.3 25% 0 11.6 5.9 24 F2 3 12.3 5.5 23.5 F3 6 13 5.1 22.9 F4 9 14.2 4.8 21 F5 12 16.4 4.4 20 F6 15 16.1 4 18.4 F7 18 15.1 3.7 17.8 G1 0 12.1 5 14.6 G2 3 13.4 4.8 14.2 G3 6 14.1 4.7 13.8 G4 0.32 15% 9 16.2 4.1 13.7 G5 12 17.8 3.6 13.5 G6 15 17 3 13.3 G7 18 16.8 2.5 13.3 H1 0 11.4 5.2 19.7 H2 3 11.9 5 19.2 H3 6 12.5 4.7 18.3 H4 0.32 20% 9 15.1 4.2 17.7 H5 12 16.4 3.8 16.7 H6 15 16 3.3 15.9 H7 18 15.7 3 15.8 I1 0 10.8 5.8 24.2 I2 3 11.5 5.5 23.7 I3 6 12.8 5.2 23.2 I4 0.32 25% 9 13.4 4.9 22.1 I5 12 15.8 4.5 21 I6 15 15.4 4.2 19 I7 18 14.8 3.9 18.9

2.2 數(shù)據(jù)分析

2.2.1 振搗時(shí)間對(duì)強(qiáng)度的影響

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表4和圖5～圖7可知:采用振動(dòng)臺(tái)振搗,振搗時(shí)間對(duì)試塊的抗壓強(qiáng)度影響很有規(guī)律,即存在一個(gè)最佳振搗時(shí)間,在最佳振搗時(shí)間之前,強(qiáng)度隨振搗時(shí)間增加而提高,在最佳振搗時(shí)間之后,強(qiáng)度隨振搗時(shí)間增加反而下降.不振搗的試塊抗壓強(qiáng)度比較低,隨振搗時(shí)間的增加,試塊強(qiáng)度逐漸提高,當(dāng)振搗時(shí)間為0～6 s時(shí),從圖5～圖7曲線變化圖上可以看出:強(qiáng)度隨振搗時(shí)間變化趨勢(shì)比較平緩;當(dāng)振搗時(shí)間為6～12 s時(shí),從圖5～圖7曲線變化圖上可以看出:此時(shí)試塊強(qiáng)度提高幅度很快,試塊的強(qiáng)度和密實(shí)度趨于最佳,當(dāng)振搗時(shí)間超過12 s時(shí),隨振搗時(shí)間增加,強(qiáng)度反而下降.這是因?yàn)橥杆曰炷恋膹?qiáng)度主要受水泥漿體黏結(jié)強(qiáng)度和黏結(jié)面積的影響,在水泥黏結(jié)強(qiáng)度一定的情況下,振搗時(shí)間的增加,加大了試塊的密實(shí)度,骨料和水泥膠體充分接觸,強(qiáng)度提高,振搗時(shí)間過長(zhǎng),水泥漿體在混凝土底部密實(shí),黏結(jié)面積減小,使得試塊上部水泥漿體不足,從而使強(qiáng)度降低.

2.2.2 振搗時(shí)間對(duì)孔隙率及透水系數(shù)的影響

本試驗(yàn)的透水性混凝土試塊不含細(xì)集料,從結(jié)構(gòu)上來講,試塊是一個(gè)由水泥膠體包裹的粗集料的堆集體,堆集體之間的空隙即為試塊的孔隙,由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表4和圖8～圖13可知:隨振搗時(shí)間的增加,試塊孔隙率和透水系數(shù)均減小.同一水灰比情況下,目標(biāo)孔隙率越大,實(shí)測(cè)孔隙率隨振搗時(shí)間的增加而減小的越快;透水系數(shù)的變化卻趨勢(shì)平緩.振搗提高了試塊的密實(shí)度,但振搗時(shí)間過長(zhǎng),水泥沿內(nèi)部孔隙流向試塊底部,在試塊底部密實(shí),堵塞了連通孔隙,反而達(dá)不到透水的效果.筆者結(jié)合強(qiáng)度因素,認(rèn)為振搗時(shí)間在12 s時(shí)強(qiáng)度最大,且透水性良好,達(dá)到3 mm/s以上.

3 結(jié) 論

透水性混凝土試塊的強(qiáng)度和透水系數(shù)雖成反比關(guān)系,但可以通過一定時(shí)間的振搗達(dá)到改善,通過試驗(yàn),筆者確定了一個(gè)比較合理的振搗時(shí)間,本試驗(yàn)的結(jié)論如下:

(1)在同一水灰比,不同的目標(biāo)孔隙率條件下,抗壓強(qiáng)度、透水系數(shù)、孔隙率的變化隨振搗時(shí)間長(zhǎng)短的變化規(guī)律一致:即強(qiáng)度隨振搗時(shí)間增加而提高,且存在峰值,孔隙率和透水系數(shù)隨振搗時(shí)間的增加而降低.

(2)本試驗(yàn)(主要考慮強(qiáng)度因素)獲得的試塊最佳振搗時(shí)間為12 s,文獻(xiàn)[9]試驗(yàn)采用振動(dòng)成型得出數(shù)據(jù)為10 s;此時(shí)強(qiáng)度最大,透水性良好.

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