康新懷 馬 飛 李喜勤 楊 鑫

(1慶陽(yáng)市興慶混凝土有限公司，甘肅 慶陽(yáng) 745000；2慶陽(yáng)市元隴工程檢測(cè)有限公司，甘肅 慶陽(yáng) 745000；3陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

1 引 言

讓洪澇不復(fù)存在，讓城市呼吸起來(lái)[1]，透水混凝土路面鋪張作為一種標(biāo)志環(huán)保型材料受到了研究人員的廣泛關(guān)注。能增加地表雨水的滲入，有效補(bǔ)充地下水，減緩城市地下水位下降等。還對(duì)緩解城市熱島效應(yīng)，維持生態(tài)平衡和地下水位有重要作用。1979年，在美國(guó)佛羅里達(dá)州sarasota地區(qū)附近一教堂，首次應(yīng)用透水多孔混凝土建造了停車(chē)場(chǎng)，并取得了相關(guān)專(zhuān)利[2]。國(guó)內(nèi)關(guān)于透水混凝土的研究起步較晚，一些科研機(jī)構(gòu)和高校對(duì)透水混凝土的制備過(guò)程、性能及影響因素作了大量的試驗(yàn)與綜述[3-5]，為研究不同摻和料透水混凝土的性能提供了理論基礎(chǔ)。粉煤灰、工業(yè)廢渣等摻和料對(duì)于透水混凝土的影響研究已取得顯著成果[6-7]，但大多數(shù)集中于集料性能與級(jí)配、成型方式、制備工藝等，對(duì)透水混凝土的透水性能與孔隙率的關(guān)系還鮮有研究。本文在鋼渣透水混凝土中摻入不同摻量粉煤灰、礦粉、鋼渣粉摻和料，對(duì)其透水系數(shù)與孔隙率的變化關(guān)系進(jìn)行研究。

2 研究方法

2.1 原材料

水泥選用祁連山牌P.0.42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥。粗骨料選用慶陽(yáng)興慶商業(yè)混凝土公司提供的當(dāng)?shù)厮槭?，表觀密度2786kg/m3，堆積密度1632 kg/m3，含泥量0.8%。摻和料為甘肅平?jīng)鰺犭姀S生產(chǎn)華茂Ⅱ級(jí)粉煤灰。礦粉選用甘肅省永昌縣S95礦粉。鋼渣粉選用甘肅酒鋼集團(tuán)宏達(dá)建材磨細(xì)鋼渣粉。細(xì)砂為河砂，粒徑為0-5.0mm，細(xì)度模數(shù)為2.1，表觀密度為2634kg/m3，堆積密度為1503kg/m3。具體物理性能分別見(jiàn)表1～表4。

表1 粉煤灰主要技術(shù)性能指標(biāo)

表2 礦粉主要技術(shù)性能指標(biāo)

表3 鋼渣粉主要技術(shù)性能指標(biāo)

2.2 配合比設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)采用體積法設(shè)計(jì)透水混凝土的配合比。為了對(duì)比不同摻量下透水系數(shù)與孔隙率的關(guān)系，在（S+G）/B=0.42條件下，W/B=（0.2-0.32），試驗(yàn)以0、10%、20%、30%、40%粉煤灰，0、10%、20%、30%礦粉，0、5%、10%、15%鋼渣粉等量替代水泥作為膠凝材料去進(jìn)行對(duì)比探討。配合比見(jiàn)表5。

表4 水泥主要技術(shù)性能指標(biāo)

表5 不同摻和料透水混凝土配合比

其中：A:粉煤灰 B：礦粉 C：鋼渣粉 （A B C表示三種不同摻和料都是以同一種摻量等量替代水泥作為膠凝材料）

2.3 試驗(yàn)方法

采用重量法測(cè)定透水混凝土的孔隙率，原理為測(cè)量試件烘干質(zhì)量與飽水質(zhì)量的差值。該數(shù)值反映了孔隙飽水后結(jié)構(gòu)所受的浮力大小，此狀態(tài)下，孔隙率可用實(shí)際與理論浮力的差值得到[8]。采用不變水龍頭法測(cè)定透水混凝土的透水系數(shù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

圖1 摻和料摻量與透水系數(shù)的關(guān)系

3.1 摻量及摻和料對(duì)透水混凝土透水系數(shù)的影響

在(S+G)/B=0.42,W/B=0.3情況下，研究了粉煤灰、礦粉、鋼渣粉不同摻量時(shí)透水混凝土透水系數(shù)和孔隙率的關(guān)系，減水劑含量為0.75。圖1為不同摻量粉煤灰、礦粉、鋼渣粉的透水系數(shù)變化規(guī)律。

圖2 摻和料與孔隙率的關(guān)系

由圖2可以看出，透水混凝土摻和料摻量與透水系數(shù)的變化關(guān)系不呈線性關(guān)系，與基準(zhǔn)混凝土相比，透水系數(shù)均有不同程度的降低。對(duì)于摻入了粉煤灰與礦粉的透水混凝土，透水系數(shù)隨摻和量的增大而減小，粉煤灰摻量在0-15%、礦粉摻量在0-20%范圍 時(shí)，透水系數(shù)下降趨勢(shì)較大。其原因?yàn)榉勖夯遗c礦物較水泥有更小的堆積密度，等量替代水泥時(shí)相對(duì)體積含量較大，尤其在剛摻入時(shí)，更多漿體填充集料間的較大孔隙，致使其透水性降低，透水系數(shù)減小。加入鋼渣粉后，混凝土拌合物流動(dòng)性增強(qiáng)，漿體能更充分包裹集料顆粒，填充孔隙，使其透水系數(shù)減小。當(dāng)鋼渣粉摻量為10%-15%范圍變化時(shí)，透水系數(shù)略有提高，可能原因?yàn)榱鲃?dòng)性增強(qiáng)，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)了部分連通孔隙，致使透水性有所提升。

3.2 摻量及摻和料對(duì)鋼渣透水混凝土孔隙率的影響

圖3為鋼渣透水混凝土隨摻和料摻量變化的關(guān)系圖。由圖3分析可得，隨著粉煤灰、礦粉、鋼渣粉摻量的增加，混凝土的孔隙率均呈降低的趨勢(shì)。摻入鋼渣粉后混凝土的孔隙率基本呈線性降低，且下降趨勢(shì)最大。原因?yàn)閾饺脘撛酆?，透水混凝土的流?dòng)性增強(qiáng)，在攪拌時(shí)漿體能夠更容易的包裹集料顆粒并填充集料間的孔隙，致使混凝土密實(shí)度提高，孔隙率快速減小。摻入粉煤灰與礦粉后，孔隙率下降趨勢(shì)較緩，原因?yàn)榈攘繐胶土咸娲啵涠逊e密度較小，將會(huì)有相對(duì)體積較大的漿體去填充孔隙，顆粒間交接點(diǎn)增多，膠結(jié)面積增大，密實(shí)度相應(yīng)提高，致使孔隙率減小。

3.3 不同摻和料鋼渣透水混凝土透水系數(shù)與孔隙率的關(guān)系

圖3 齡期7d鋼渣透水混凝土透水系數(shù)與孔隙率的關(guān)系

圖4 齡期28d鋼渣透水混凝土透水系數(shù)與孔隙率的關(guān)系

圖3、圖4分別為試驗(yàn)測(cè)得7d、28d鋼渣透水混凝土透水系數(shù)與孔隙率的關(guān)系。分析可知，透水系數(shù)與孔隙率的變化不呈線性關(guān)系，經(jīng)過(guò)曲線擬合，其變化規(guī)律呈冪函數(shù)y=y0+A·exp(R0·x)發(fā)展趨勢(shì)，R2≥0.90，相關(guān)性良好。透水混凝土的透水系數(shù)隨著孔隙率的增大而增大，對(duì)于透水混凝土來(lái)講，內(nèi)部連通孔隙的分布與數(shù)量是決定透水性的關(guān)鍵因素，孔隙率增大，連通孔隙將相對(duì)增多，透水過(guò)水面積增大，孔壁對(duì)水的阻力相應(yīng)減小，導(dǎo)致透水系數(shù)增大。

3.4 透水混凝土7d、28d透水系數(shù)的關(guān)系

圖5 為鋼渣透水混凝土7d和28d透水系數(shù)對(duì)比

由圖5分析可知，透水混凝土7d、28d透水系數(shù)基本接近，28d透水系數(shù)稍有減小的趨勢(shì)，相差在5%以?xún)?nèi)?；炷猎?d時(shí)，水化已達(dá)到70%-80%，內(nèi)部孔隙構(gòu)造已趨于穩(wěn)定，致使透水性大致接近。隨著齡期的增加，部分水泥繼續(xù)水化，漿體將填充多的孔隙，細(xì)微改變內(nèi)部孔的構(gòu)造和分布，致使透水性變差，透水系減小，但總體來(lái)說(shuō)，與7d透水系數(shù)比較，降低幅度不大。另外我們可看出，摻入摻和料后，孔隙率大致分布在16%-20%，透水系數(shù)在17-23mm/s之間，加入適量的摻和料減弱透水性，但同時(shí)減少了水泥的用量，降低了其水化反應(yīng)，提高了透水混凝土的耐久性。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）水膠比W/B=（0.2-0.32）區(qū)間研究發(fā)現(xiàn)，摻入不同摻和料后透水混凝土透水系數(shù)與孔隙率均有不同程度的降低，透水性減弱，相反耐久性提升。

2）透水混凝土透水系數(shù)與孔隙率一一對(duì)應(yīng)，二者不呈線性關(guān)系，大致依冪函數(shù)y=y0+A·exp(R0·x)規(guī)律發(fā)展，且擬合表明，二者之間有很好的相關(guān)性。

3）通過(guò)對(duì)比7d、28d透水混凝土不同孔隙率下的透水系數(shù)發(fā)現(xiàn)，透水系數(shù)十分接近，28d透水系數(shù)稍有降低，但降低程度不大，差值幅度在5%左右。

[1]新華網(wǎng).透水混凝土 海綿城市“主力軍”[J].商品混凝土，2016（4）：20-21.

[2]張朝輝，王沁芳，楊娟.透水混凝土強(qiáng)度和透水性影響因素研究[J].混凝土，2008（3）：7-8.

[3]張雪麗，鄭蓮瓊.透水混凝土研究綜述[J].福建建材，2014（11）：13-16.

[4]李秋實(shí)，何東坡.天然與再生集料透水混凝土對(duì)比[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015,41（1）：89-94.

[5]姜福田.碾壓混凝土[M].北京，中國(guó)鐵道出版社，1991:98-99.

[6]鄭雯，王仕威，楊錢(qián)榮.摻和料對(duì)鋼渣透水混凝土的影響[J].粉煤灰綜合利用，2014（6）：3-6.

[7]滿(mǎn)都拉 .聚丙烯纖維對(duì)再生粗集料透水混凝土的影響[J].硅酸鹽通報(bào)，2015（3）：694-696.

[8]劉新雨.透水混凝土抗凍性的影響因素研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2012:20-25.