李時(shí)媛

(朝陽(yáng)市凌河治理保護(hù)工程質(zhì)量監(jiān)督站，遼寧 朝陽(yáng) 122000)

1 研究背景

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，城區(qū)河道整治領(lǐng)域的生態(tài)化要求日漸突出，傳統(tǒng)的硬化鋪裝與砌護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿(mǎn)足工程建設(shè)的需求。因此，在城市河道整治工程建設(shè)中，新型透水材料的研制和應(yīng)用已經(jīng)成為重要的發(fā)展趨向[1]。透水混凝土是一種由水泥、粗骨料、各種外加劑以及摻合料制成的一種多孔混凝土，是一種極具生態(tài)兼職的綠色環(huán)保建筑材料，在河道整治工程中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值[2]。樹(shù)脂基透水混凝土是近年來(lái)提出的一種新型材料透水混凝土，是以環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑、稀釋劑和各種填料為膠結(jié)材料，與粗骨料混合攪拌以后形成的透水材料[3]。與傳統(tǒng)的水泥基透水混凝土相比，其具有良好的滲透性、抗凍性和穩(wěn)定性，具有廣闊的應(yīng)用前景[4]。目前，樹(shù)脂基透水混凝土的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，聚合物摻量、增強(qiáng)韌性體系以及制備工藝方面均沒(méi)有系統(tǒng)化的研究。在這一背景下，此次研究通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方式，探討樹(shù)脂種類(lèi)、摻量對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)兩大主要參數(shù)的影響，以便為其工程應(yīng)用提供有益的借鑒和思考。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用膠凝材料包括樹(shù)脂、固化劑和稀釋劑[5]。為了研究不同樹(shù)脂材料的效果，本研究選擇市面上常見(jiàn)的聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂以及甲基丙烯酸甲酯等3種樹(shù)脂進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。其中，聚氨酯選擇的是江蘇靖江特種材料有限公司出品的PU- 50型無(wú)溶劑型聚氨酯膠黏劑，其黏度為40～90，固化時(shí)間為8h；環(huán)氧樹(shù)脂作采用的是唐山市豐潤(rùn)建材有限公司出品的EPCYD- 128非溶劑型環(huán)氧樹(shù)脂，其外觀為無(wú)機(jī)械雜質(zhì)且透明的黏稠液體，其環(huán)氧當(dāng)量為189g/mol，軟化點(diǎn)約為15℃；試驗(yàn)中的甲基丙烯酸甲酯為天津大茂試劑廠生產(chǎn)，固化時(shí)間為3～4h。由于樹(shù)脂不能實(shí)現(xiàn)自我聚合固化，因此需要固化劑的催化作用。此次試驗(yàn)中采用的是江蘇常州潤(rùn)祥化工有限公司出品的酚醛胺環(huán)氧固化劑，其密度為1.08g/cm3，胺值為480KOH/g。由于環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑混合之后的粘度變大，造成混合困難，因此需要稀釋劑改善其流動(dòng)性。此次試驗(yàn)中選擇的是天津渤?；び邢薰境銎返囊叶级s水甘油醚活性稀釋劑。

骨料是透水混凝土的主要受力單元，其性質(zhì)會(huì)對(duì)混凝土的最終強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。本研究選擇的是粒徑均勻的玄武巖碎石，其粒徑范圍為2～10mm，表觀密度為2800kg/m3，孔隙率為44.5%。鑒于良好的骨料級(jí)配可以充分發(fā)揮骨料的強(qiáng)度效應(yīng)，此次試驗(yàn)中以2～5和5～10mm骨料按照1∶1(級(jí)配A)和2∶1(級(jí)配B)比例進(jìn)行搭配試驗(yàn)。試驗(yàn)中的填料為電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰，其燒失量為4.6%，需水比為104%，比表面積為3490cm2/g。

2.2 試件制作

樹(shù)脂基透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)的試驗(yàn)均采用100mm×100mm×100mm的立方體試件。在制作過(guò)程中，為了保證玄武巖碎石能夠被膠凝材料均勻包裹，選擇二次投料法的拌合方法進(jìn)行制作[6]。將按照配合比稱(chēng)量的粉煤灰加入環(huán)氧樹(shù)脂和稀釋劑的混合物中攪拌60s，在攪拌均勻之后將骨料和固化劑加入其中，繼續(xù)攪拌3min，在樹(shù)脂漿體均勻包裹在碎石表面之后將其裝入試模。試件的成型采用分層鋪裝，手工插搗和振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)相結(jié)合的方式進(jìn)行。其中，手工插搗的次數(shù)應(yīng)該在25次以上，振動(dòng)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以10s為宜，這不僅可以保證混凝土的密實(shí)度，同時(shí)還可以防止膠凝材料在試件底部堆積[7]。

2.3 試驗(yàn)方法

由于樹(shù)脂基透水混凝土屬于一種新型透水鋪裝材料，目前尚無(wú)試驗(yàn)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[8]。因此，在試驗(yàn)研究中參照普通混凝土的試驗(yàn)方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。其中，抗壓試驗(yàn)采用YAW- 3000電液壓力一體試驗(yàn)機(jī)，加載速率為0.3MPa/s，每組試驗(yàn)測(cè)試3個(gè)試件，以試驗(yàn)結(jié)果的均值作為最終試驗(yàn)結(jié)果。

在滲透系數(shù)試驗(yàn)方面，目前有常水頭法和變水頭法2種試驗(yàn)方法。鑒于透水混凝土的孔隙率較大，因此選擇常水頭法測(cè)試較為科學(xué)。透水試驗(yàn)選擇北京耐爾得公司生產(chǎn)的NELD-PC370透水系數(shù)儀，每3塊試件作為一組進(jìn)行試驗(yàn)，以其均試驗(yàn)結(jié)果均值作為該組試驗(yàn)的最終結(jié)果。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 樹(shù)脂種類(lèi)的影響

為了研究不同樹(shù)脂種類(lèi)對(duì)透水混凝土性能的影響。試驗(yàn)中保持樹(shù)脂摻量為4%不變，只改變樹(shù)脂的種類(lèi)，對(duì)不同樹(shù)脂種類(lèi)試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同樹(shù)脂種類(lèi)試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 單位：MPa

由表1中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，2種不同的級(jí)配方案環(huán)氧樹(shù)脂作為透水混凝土膠凝材料時(shí)的抗壓強(qiáng)度均最高。以級(jí)配A方案為例，以環(huán)氧樹(shù)脂作為透水混凝土膠凝材料時(shí)，其抗壓強(qiáng)度為19.56MPa，與聚氨酯方案的16.41MPa相比提高了約19.2%；與甲基丙烯酸甲酯方案的13.73MPa相比提高了約42.5%。由此可見(jiàn)，在試驗(yàn)的3種樹(shù)脂中，環(huán)氧樹(shù)脂的黏結(jié)效果最佳。

對(duì)3種不同樹(shù)脂制備的透水混凝土試件的透水系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同樹(shù)脂種類(lèi)試件透水系數(shù)度試驗(yàn)結(jié)果

由表2中的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對(duì)于2種不同粗骨料級(jí)配方案，透水系數(shù)最大的是聚氨酯類(lèi)試件，其次是環(huán)氧樹(shù)脂試件，透水系數(shù)最小的為甲基丙烯酸甲酯試件。但是，3種方案的試驗(yàn)結(jié)果比較接近。以級(jí)配A方案為例，聚氨酯試件的透水系數(shù)最大，相對(duì)于甲基丙烯酸甲酯方案相比增大了約2.1%；與環(huán)氧樹(shù)脂方案相比，增大了約1.3%。由此可見(jiàn)，3種樹(shù)脂種類(lèi)制作的透水混凝土的透水系數(shù)比較接近，均沒(méi)有比較顯著的優(yōu)勢(shì)。綜合抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果，環(huán)氧樹(shù)脂透水混凝土的抗壓強(qiáng)度顯著偏大，而透水系數(shù)和聚氨酯試件較為接近。因此，推薦在工程應(yīng)用中選擇環(huán)氧樹(shù)脂作為樹(shù)脂基透水混凝土制備中的樹(shù)脂材料。

3.2 樹(shù)脂摻量的影響

根據(jù)前文的試驗(yàn)結(jié)果，環(huán)氧樹(shù)脂在透水混凝土制備中具有材料性能方面的優(yōu)勢(shì)。因此，本研究確定環(huán)氧樹(shù)脂為膠凝材料，確定3%、4%、5%、6%和7% 5種不同的環(huán)氧樹(shù)脂摻量，對(duì)不同級(jí)配方案下的透水混凝土試件的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，環(huán)氧樹(shù)脂的摻量會(huì)對(duì)透水混凝土試件的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生較為明顯的影響，是試件抗壓強(qiáng)度的主要影響因素。

為了進(jìn)一步明確環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，根據(jù)表3的試驗(yàn)結(jié)果繪制透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨環(huán)氧樹(shù)脂摻量的變化曲線(xiàn)，如圖1所示。

表3 不同樹(shù)脂摻量試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖1 抗壓強(qiáng)度隨環(huán)氧樹(shù)脂摻量變化曲線(xiàn)

由圖1可以看出，2種不同級(jí)配方案下的透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加呈現(xiàn)出先迅速增大后趨于穩(wěn)定的變化特點(diǎn)。當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂摻量小于5%時(shí)試件抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)比較迅速，當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂摻量大于5%時(shí)試件的抗壓強(qiáng)度變化不大。

對(duì)不同環(huán)氧樹(shù)脂摻量的透水混凝土試件的滲透系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同樹(shù)脂摻量試件滲透系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制透水混凝土試件滲透系數(shù)隨環(huán)氧樹(shù)脂摻量的變化曲線(xiàn)，如圖2所示。

圖2 透水系數(shù)隨環(huán)氧樹(shù)脂摻量變化曲線(xiàn)

由表4和圖2可以看出，環(huán)氧樹(shù)脂摻量對(duì)透水混凝土的透水系數(shù)存在顯著影響，隨著環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增加，試件的透水系數(shù)呈現(xiàn)出逐漸減小的變化趨勢(shì)，當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂摻量小于5%時(shí)減小的幅度有限，當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂摻量大于5%時(shí)減小幅度較大。結(jié)合抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果，環(huán)氧樹(shù)脂的摻量應(yīng)該以5%為宜。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)的方式，就樹(shù)脂種類(lèi)和摻量對(duì)樹(shù)脂基透水混凝土性能的影響進(jìn)行研究，獲得的主要結(jié)論如下。

(1)3種常用樹(shù)脂中，環(huán)氧樹(shù)脂基透水混凝土的抗壓強(qiáng)度值顯著偏大，而透水系數(shù)比較接近。

(2)隨著環(huán)氧樹(shù)脂摻量的增大，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度值呈現(xiàn)出不斷增大的變化特征，而透水系數(shù)則呈現(xiàn)出不斷減小的變化特征。

(3)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建議在樹(shù)脂基透水混凝土制備過(guò)程中，選擇環(huán)氧樹(shù)脂作為膠凝材料，摻量以5%為最佳。