曾浩宇 （合肥工業(yè)大學(xué)宣城校區(qū)城市建設(shè)工程系，安徽 宣城 242000）

近年來，我國眾多城市遭受暴雨襲擊，排水系統(tǒng)癱瘓道路積水嚴(yán)重，人民生命和財產(chǎn)安全受到嚴(yán)重威脅。2013年來國家大力推行建立“海綿城市”，試圖通過優(yōu)先利用自然排水減輕城市排水系統(tǒng)壓力。隨著政策的貫徹推行，生態(tài)混凝土逐漸被運用在城市道路、停車場、公園等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中。但由于其本身膠凝物質(zhì)用量少、強(qiáng)度低、坍落度低、工作性能不佳等缺點在工程中凸顯，生態(tài)混凝土的大規(guī)模推廣與應(yīng)用阻力重重。本文從生態(tài)混凝土養(yǎng)護(hù)齡期、目標(biāo)孔隙率、水灰比入手，測量在不同條件下混凝土試件的抗壓抗折強(qiáng)度實驗值大小，并對每組數(shù)據(jù)的變化情況進(jìn)行分組分析，得到生態(tài)混凝土工作性能隨齡期、水灰比、目標(biāo)孔隙率變化的趨勢。并在此基礎(chǔ)上通過正交分析各情況下最佳性能試件對應(yīng)的配比條件，得到生態(tài)混凝土在一定范圍內(nèi)的最佳配比。

1 試驗材料

生態(tài)混凝土是由粗集料和水泥基膠結(jié)料經(jīng)拌和形成的具有連續(xù)孔隙結(jié)構(gòu)的混凝土。生態(tài)混凝土的基本骨架是粗骨料，且在其堆積下的形成較大的連續(xù)孔隙極大地提高了混凝土的透水性能。骨料顆粒表面包裹著膠凝材料構(gòu)成了膠結(jié)層，由此形成具有一定強(qiáng)度的骨架-孔隙結(jié)構(gòu)。

本實驗采用P.O 42.5普通硅酸鹽水泥。骨料使用的是粒徑為5～10 mm碎石。此外，在拌和時加入了羧酸型高效減水劑用以減少水分流失和提高混凝土強(qiáng)度。

2 養(yǎng)護(hù)齡期對抗壓抗折強(qiáng)度影響

實驗思路：相同工作性能的生態(tài)混凝土，在不同水灰比、不同目標(biāo)孔隙率的條件下，對比抗壓抗折強(qiáng)度隨齡期的變化情況，從而得到養(yǎng)護(hù)齡期與抗壓抗折強(qiáng)度的關(guān)系。如圖1～3，不難看出生態(tài)混凝土養(yǎng)護(hù)齡期與抗壓強(qiáng)度成正相關(guān)關(guān)系。除此之外，生態(tài)混凝土與普通混凝土的不同點在于：生態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度在早期發(fā)展較快，3d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到28d抗壓強(qiáng)度的50%以上，7d抗壓強(qiáng)度已達(dá)到28d抗壓強(qiáng)度75%以上，而7d后其抗壓強(qiáng)度增長速度逐漸趨緩。究其原因，筆者認(rèn)為生態(tài)混凝土屬于骨架—空隙結(jié)構(gòu)，由粗骨料堆積形成的連通孔隙，是一個相對開放的體系，使得養(yǎng)護(hù)期間外部水分極易進(jìn)入其內(nèi)部，從而加速了水泥的水化反應(yīng)促進(jìn)了混凝土的凝結(jié)固化。因而，生態(tài)混凝土抗壓強(qiáng)度早期發(fā)展速度相較于普通混凝土發(fā)展得更快。根據(jù)圖4～6，不難看出，生態(tài)混凝土抗折強(qiáng)度的發(fā)展趨勢與其抗壓強(qiáng)度發(fā)展趨勢類似，在此不過多贅述。

3 目標(biāo)孔隙率對抗壓抗折強(qiáng)度的影響

生態(tài)混凝土由于具有大量連續(xù)孔隙，因此孔隙的多少直接影響到其力學(xué)性能與各方面的應(yīng)用。本文實驗中通過設(shè)置目標(biāo)孔隙率大致反映實測孔隙率。實驗思路：在保證控制條件一致的條件下，通過改變目標(biāo)孔隙率測試其變化對生態(tài)混凝土力學(xué)性能的影響，進(jìn)而得到結(jié)論。如圖7和圖8，在目標(biāo)孔隙率增加的過程中，生態(tài)混凝土的力學(xué)性能均出現(xiàn)明顯的下降。具體而言，當(dāng)孔隙率從15%增加到20%的過程中，生態(tài)混凝土試件的抗壓、抗折強(qiáng)度下降明顯，從20%增加到25%的過程中，下降則相對平緩。在目標(biāo)孔隙率增加的過程中，28d水灰比0.25實驗組試件的性能變化最大，降幅達(dá)68.6%。另一方面，其抗折強(qiáng)度下降相對其他組也更為明顯，降幅達(dá)到64.4%。28d水灰比0.3實驗組試件與水灰比0.35試件在抗折強(qiáng)度上降幅十分接近，但在抗壓強(qiáng)度上，水灰比后者的降幅則大于前者。由此可知，生態(tài)混凝土的力學(xué)強(qiáng)度與目標(biāo)孔隙率整體呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且在局部范圍內(nèi)變化顯著。因此，在實際施工過程中，應(yīng)結(jié)合生態(tài)混凝土的性質(zhì)謹(jǐn)慎設(shè)定和配比目標(biāo)孔隙率，從而制備出既滿足安全性又實現(xiàn)功能性的高品質(zhì)生態(tài)混凝土。

圖1 15%目標(biāo)孔隙率不同齡期抗壓強(qiáng)度

圖2 20%目標(biāo)孔隙率不同齡期抗壓強(qiáng)度

圖3 25%目標(biāo)孔隙率不同齡期抗壓強(qiáng)度

圖4 15%目標(biāo)孔隙率不同齡期抗折強(qiáng)度

圖5 20%目標(biāo)孔隙率不同齡期抗折強(qiáng)度

圖6 25%目標(biāo)孔隙率不同齡期抗折強(qiáng)度

以下為筆者對生態(tài)混凝土強(qiáng)度隨目標(biāo)孔隙率增大而下降原因的分析：

①由于孔隙率的增大，生態(tài)混凝土內(nèi)部的密實度下降，內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于中空，骨料間的摩阻力不足，整體傳遞和承受力的能力下降，抵抗外力破壞的能力也隨之下降。

②單位體積中，在粗骨料用量一定的情況下，目標(biāo)孔隙率越大，水泥漿體所占的體積越小，水泥漿體的量則越少，導(dǎo)致其難以包裹住粗骨料，導(dǎo)致骨料間的粘結(jié)面積減小，骨料難以被充分包裹，粘結(jié)力不足，混凝土結(jié)構(gòu)的整體性能差，進(jìn)而大大降低了生態(tài)混凝土的強(qiáng)度。

4 水灰比對抗壓抗折強(qiáng)度的影響

實驗思路：保證控制條件一致的情況下，測量0.25/0.3/0.35水灰比的28d生態(tài)混凝土抗壓抗折強(qiáng)度實驗值，并對實驗值進(jìn)行正交分析得到結(jié)論。

《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》規(guī)定,水灰比一般取0.25～0.35,為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，本實驗分別取0.25、0.3、0.35這三種水灰比的試件作為研究對象。

對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分組處理后得到如下變化趨勢圖。從圖中不難看出，生態(tài)混凝土的強(qiáng)度與水灰比呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，總體上與普通混凝土兩者之間的變化規(guī)律相一致。只有當(dāng)目標(biāo)孔隙率為25%時，其變化不符合上述規(guī)律，而是呈現(xiàn)先提高后下降的規(guī)律。此外，當(dāng)目標(biāo)孔隙率變化時，各組水灰比對混凝土強(qiáng)度的影響規(guī)律不具有統(tǒng)一性。分析下圖20%和25%目標(biāo)孔隙率的實驗組0.3水灰比其強(qiáng)度上升的原因，筆者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)目標(biāo)孔隙率超過某一值后，在粗骨料用量不變的情況下，水灰比太小會導(dǎo)致水泥漿體量減少進(jìn)而使得水泥漿體過于干稠而難以充分包裹粗骨料，拌合料的粘聚力不足，粘結(jié)界面強(qiáng)度不足，直接影響其強(qiáng)度的發(fā)展。隨著水灰比的增大，水泥漿體量逐漸增大漿體變稀，易于包裹骨料，拌合物粘聚力提高，粘結(jié)界面強(qiáng)度充足，因而生態(tài)混凝土的強(qiáng)度也相應(yīng)提升。

圖7 28d齡期不同目標(biāo)孔隙率抗壓強(qiáng)度

圖8 28d齡期不同目標(biāo)孔隙率抗折強(qiáng)度

圖9 28d齡期不同水灰比抗壓強(qiáng)度

圖10 28d齡期不同水灰比抗折強(qiáng)度

5 結(jié)論

本文通過對比不同齡期、目標(biāo)孔隙率、水灰比條件下，生態(tài)混凝土不同的力學(xué)性能的實驗值，得到生態(tài)混凝土性能變化趨勢。結(jié)論如下：

①按照本文試驗中的配比得到的生態(tài)混凝土的抗壓強(qiáng)度幾乎都大于10MPa，滿足工程使用要求；

②通過分析可得，生態(tài)混凝土的抗壓抗折強(qiáng)度隨著齡期的延長而增長，且前期發(fā)展速度快后期緩慢，最終趨穩(wěn)。生態(tài)混凝土的抗壓抗折強(qiáng)度與目標(biāo)孔隙率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且在一定范圍內(nèi)變化明顯。生態(tài)混凝土的抗壓抗折強(qiáng)度隨著水灰比的變化情況與目標(biāo)孔隙率有關(guān)，在目標(biāo)孔隙率為15%～20%時符合普通混凝土的變化規(guī)律，即隨著水灰比的增大而減??；而當(dāng)目標(biāo)孔隙率為25%，試件的抗壓抗折強(qiáng)度隨著水灰比的增大，呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢。

③通過實驗可得，在滿足安全且經(jīng)濟(jì)的前提下，目標(biāo)孔隙率為15%，水灰比為25%的生態(tài)混凝土的力學(xué)性能最好，符合工程使用要求，配合比最佳。