陳曉霞，張健康，張玲

（安陽工學(xué)院 土木與建筑工程學(xué)院，河南 安陽 455000）

0 引 言

鋼渣是一種在煉鋼過程中為了去除鋼中的雜質(zhì)而產(chǎn)生的副產(chǎn)物，是煉鋼過程排出的熔渣。其主要礦物為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鐵鋁酸四鈣等。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市建設(shè)的進(jìn)程，現(xiàn)代城市的地表被鋼筋混凝土等建筑和不透水路面所覆蓋。據(jù)資料介紹，我國城市道路覆蓋率已達(dá)到7%~15%，不透水的道路會(huì)給城市帶來很多負(fù)面影響。此時(shí)礦渣再利用的意義變得更為重要，不僅有利于解放大量礦渣棄置堆積的土地，而且對(duì)減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展有重大作用。礦渣透水磚是一種新型的環(huán)保生態(tài)型建筑材料，有透水性和透氣性好的特點(diǎn)，能有效降低地表溫度，從而進(jìn)一步緩解城市的熱島現(xiàn)象，并對(duì)城市空氣環(huán)境的美化起到重要的積極影響[1-2]。目前在世界各國，關(guān)于礦渣透水磚的理論和可行性應(yīng)用技術(shù)的試驗(yàn)探究進(jìn)程都仍處于起步階段。近幾年來，我國的一些高校、科研機(jī)構(gòu)對(duì)礦渣透水磚的制備方法、性能及其影響因素進(jìn)行了大量研究，在探究礦渣的再利用發(fā)面起到了重要作用。根據(jù)以往的研究成果，我國目前的理論研究和技術(shù)成果來說具有很大的參考性。本試驗(yàn)以礦渣為粗骨料，研究配合比對(duì)礦渣透水磚的力學(xué)性能和透水系數(shù)的影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：P·O42.5水泥，符合 GB 175—2007《通用硅鹽水泥》的要求。

礦渣：取自安陽本地鋼鐵公司，粉化率1.99%，經(jīng)過烘干和破碎工藝，生產(chǎn)出的礦渣顆粒級(jí)配良好，礦渣粒徑2.36~9.5 mm，屬連續(xù)級(jí)配，可以最大程度上保障礦渣透水磚的抗壓強(qiáng)度。所用礦渣的主要化學(xué)成分見表1，物理性能見表2。

表1 礦渣的主要化學(xué)成分 %

表2 礦渣的物理性能

水：自來水。

1.2 制備方法

礦渣透水磚制備流程見圖1。

圖1 礦渣透水磚制備流程

礦渣透水磚模型采用150 mm×150 mm×150 mm的抗壓試模和半徑R=100 mm、高度h=50 mm的圓柱透水試模，抗壓試模和透水試模成型方法均為人工振搗和機(jī)械振搗相結(jié)合，在試模填料過程達(dá)到1/2時(shí)先進(jìn)行人工振搗10 s，后進(jìn)行機(jī)械振搗30 s。成型后，置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。用于抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的試驗(yàn)?zāi)K見圖2。

圖2 抗壓強(qiáng)度及透水系數(shù)試驗(yàn)?zāi)K

1.3 試驗(yàn)方法

（1）抗壓強(qiáng)度：按照GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，采用NYL-30型壓力試驗(yàn)機(jī)測試試件的7 d、28 d抗壓強(qiáng)度。

（2）透水系數(shù)：取圓柱體試樣進(jìn)行透水性試驗(yàn)[3]，按式（1）計(jì)算透水混凝土的透水系數(shù)Kt，試驗(yàn)裝置見圖3。

式中：Kt——水溫T℃時(shí)的透水系數(shù)，cm/s；

Q——從時(shí)間t1到t2，透過混凝土的水量，cm3；

D——混凝土試件的厚度，cm；

A——混凝土試件的面積，cm2；

H——水頭，cm；

t2-t1——測試時(shí)間，s。

圖3 透水系數(shù)測試裝置示意

2 透水磚所用礦渣透水混凝土配合比設(shè)計(jì)

在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，參考相關(guān)文獻(xiàn)[4-6]，將骨膠比分別取為3.3、3.5、3.7和3.9；由于礦渣吸水性較強(qiáng)、孔隙率較大，將水灰比分別取為 0.32、0.34、0.36、0.38、0.40、0.42。其配合比見表 3。

表3 礦渣透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)

3 測試結(jié)果與分析

3.1 骨膠比和水灰比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響（見圖4）

圖4 水灰比對(duì)礦渣透水磚28 d抗壓強(qiáng)度的影響

由圖4可見，隨著水灰比增大，礦渣透水磚28 d強(qiáng)度呈先提高后降低的趨勢；當(dāng)水灰比為0.32~0.38時(shí)隨水灰比增大，抗壓強(qiáng)度逐漸提高，當(dāng)水灰比為0.38時(shí)抗壓強(qiáng)度最高，達(dá)到48 MPa。當(dāng)水灰比為0.38~0.42時(shí)，隨著水灰比增大，礦渣透水磚28 d強(qiáng)度呈降低趨勢。因?yàn)榈V渣透水磚所用的礦渣透水混凝土本身就是一種干硬性混凝土，與普通混凝土在本身性質(zhì)上有所不同，拌和水泥和水形成的水泥漿對(duì)礦渣均勻包裹的程度對(duì)礦渣透水混凝土的抗壓強(qiáng)度起了關(guān)鍵性作用。

根據(jù)本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析得出，降低水灰比時(shí)，礦渣透水磚所用的礦渣透水混凝土拌合用水量減少，所制備的水泥漿比較粘稠，水泥漿越粘稠，越不能均勻地包裹礦渣，引起礦渣和水泥漿之間粘結(jié)力的下降，從而使抗壓強(qiáng)度降低。水灰比在一定范圍內(nèi)增大時(shí)，水泥水化的程度也呈增大趨勢，這樣可以較為均勻的包裹礦渣形成透水磚，伴隨著水泥水化形成的產(chǎn)物增多，水泥石的強(qiáng)度也提高，使抗壓強(qiáng)度也呈提高趨勢。當(dāng)超出一定范圍繼續(xù)增大水灰比時(shí)，用水量的增大引起水泥漿粘稠程度下降，導(dǎo)致水泥漿與礦渣間的粘結(jié)力下降，因此，抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢。根據(jù)本次試驗(yàn)探究分析得出，當(dāng)保障強(qiáng)度最佳時(shí)，水灰比的最佳范圍為0.38~0.40。

3.2 骨膠比和水灰比對(duì)透水系數(shù)的影響（見圖5）

圖5 水灰比對(duì)礦渣透水磚透水系數(shù)的影響

由圖5可見，隨著水灰比的增大，礦渣透水磚的透水系數(shù)總體呈減小的趨勢。當(dāng)骨膠比為3.9、水灰比為0.34時(shí)，礦渣透水磚透水系數(shù)最大，可達(dá)0.25 cm/s。這是因?yàn)椋S著水灰比的增大，用水量增多，導(dǎo)致水泥漿增多，礦渣之間的孔隙被水泥漿很大程度上填充，透水磚孔隙率降低，導(dǎo)致礦渣透水磚的透水系數(shù)減小。

4 結(jié) 語

對(duì)于礦渣透水磚的性能需要透水性能與抗壓強(qiáng)度達(dá)到平衡點(diǎn)，且二者性能總是此消彼長的。礦渣透水磚最主要特點(diǎn)是孔隙率大、透水性好、吸附力強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高，但是由于礦渣透水磚的透水系數(shù)與抗壓強(qiáng)度成反比。因此，透水磚受其強(qiáng)度的限制，主要應(yīng)用于公園、人行道、輕量級(jí)車道、停車場以及各種體育場地。如何解決透水性能與抗壓強(qiáng)度之間的矛盾，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。

（1）隨著水灰比增大，礦渣透水磚的透水系數(shù)總體呈減小趨勢，抗壓強(qiáng)度先提高后降低；隨著骨膠比的增大，礦渣透水磚的透水系數(shù)總體呈增大趨勢，抗壓強(qiáng)度逐漸降低。

（2）當(dāng)骨膠比為3.5、水灰比為0.40時(shí)，所制備的礦渣透水磚綜合性能最佳，此時(shí)其抗壓強(qiáng)度可達(dá)40.36 MPa，透水系數(shù)為0.15 cm/s，符合CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》和CJJ/T 188—2012《透水磚路面技術(shù)規(guī)程》的要求。