徐韻淳

摘要 闡述多孔混凝土作為道路基層材料的性能特征，分析實(shí)驗(yàn)原料及其性能，進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，包括抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度、抗凍性能、沖擊韌性、透水系數(shù)、耐磨性，得到項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求的結(jié)論。以期為多孔混凝土在道路基層中的應(yīng)用提供參考，使道路基層能夠滿足荷載要求，強(qiáng)化路面結(jié)構(gòu)排水能力。

關(guān)鍵詞 多孔混凝土;道路基層材料;性能特征;抗壓強(qiáng)度

中圖分類號(hào) U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0169-03

0 引言

在現(xiàn)代化城市中，透水性道路是六字建設(shè)方針“滲”的重要技術(shù)途徑，目前透水性道路研究多集中于表面層，這種單層排水性路面的雨水容納空間小，水分無法往下滲透。該文研究的多孔混凝土，作為透水性道路基層，強(qiáng)度高、透水性好，為現(xiàn)代化城市建設(shè)提供了推動(dòng)力。

1 多孔混凝土作為道路基層材料的性能特征

1.1 高強(qiáng)度要求

常規(guī)混凝土骨料種類決定了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高混凝土強(qiáng)度，需要增加水泥原材料和外加劑強(qiáng)度，實(shí)踐難度較大[1]。多孔混凝土在原材料選擇中優(yōu)先選擇壓碎指標(biāo)值較低的骨料，按照合理配合比混合水泥、外加劑等其他原材料，獲得高于常規(guī)混凝土的強(qiáng)度。多孔混凝土配合不需要砂子等細(xì)骨料，通過水泥、水、外加劑等原材料粘合粗骨料，形成具有強(qiáng)度和連通空隙的混凝土材料，為強(qiáng)度理想的道路基層材料。

1.2 透水性要求

多孔混凝土內(nèi)部空隙較多，空隙率達(dá)到15%以上，空隙之間屬于相互連通狀態(tài)，空隙能夠提高道路雨水和積水滲透率，為雨水和積水排出提供便利條件，多孔混凝土透水性較強(qiáng)。道路雨水和積水及時(shí)排出，抵御暴雨、洪水等自然災(zāi)害侵襲，降低洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率，充分保護(hù)地下淡水資源。多孔混凝土緩解了城市排水系統(tǒng)運(yùn)行壓力，配合地下排水設(shè)施共同應(yīng)用，形成良好的地下排水結(jié)構(gòu)。

2 原材料及性能

2.1 水泥

水泥在多孔混凝土配合中應(yīng)用，能夠膠結(jié)粗骨料，不同類型、不同強(qiáng)度等級(jí)水泥的化學(xué)成分及應(yīng)用性能有所差別，會(huì)對(duì)多孔混凝土性能產(chǎn)生不同影響，需要結(jié)合實(shí)際需求選擇和配合[2]。

水泥性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有密度、細(xì)度、比表面積、初凝時(shí)間等，下面以P·O 42.5級(jí)水泥為例，分析水泥性能。

2.2 粗骨料

粗骨料選擇需要結(jié)合多孔混凝土道路基層鋪設(shè)所需強(qiáng)度和薄厚程度，通常選擇偏圓形碎石，偏圓形碎石空隙率較大，表面粗糙適合掛漿。粗骨料粒徑不宜過大，需要控制在25 mm之內(nèi)，可以適當(dāng)摻加細(xì)骨料，不宜過多。

粗骨料粒級(jí)分布分為間斷級(jí)配、連續(xù)級(jí)配、單一級(jí)配3種，不同粒級(jí)分布粗骨料空隙堆積形態(tài)不同。間斷級(jí)配、單一級(jí)配粗骨料能夠提高多孔混凝土透水性。從力學(xué)角度來講，連續(xù)級(jí)配粗骨料能夠確保多孔混凝土強(qiáng)度，需要結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行選擇，為確保多孔混凝土的透水性，普遍選擇間斷級(jí)配、單一級(jí)配粗骨料，將粗骨料堆積的空隙率控制在35%～47%之間。

粗骨料性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有粒徑范圍、堆積密度、表觀密度、碎石壓碎率、孔隙率、含泥量等[3]。

2.3 粉煤灰

粉煤灰為活性混合材料，為煤炭燃燒的副產(chǎn)物，通過收塵裝置收集。粉煤灰在多孔混凝土配合中應(yīng)用，能夠發(fā)揮活性效應(yīng)，改善多孔混凝土性能，緩解粉煤灰導(dǎo)致的環(huán)境污染問題?？梢栽诙嗫谆炷僚浜犀F(xiàn)場(chǎng)就近進(jìn)行粉煤灰取材，不同工廠獲得的粉煤灰粒徑有所差別，基本在140～160 μm之間。

粉煤灰性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有細(xì)度、燒失量等。堿性環(huán)境有利于激發(fā)粉煤灰發(fā)揮活性效應(yīng);粉煤灰中的二氧化硅能夠推動(dòng)水泥在水化反應(yīng)中生成硅酸鹽凝膠相，提高粉煤灰化學(xué)活性。

2.4 綠泥石粉

綠泥石屬于礦山開采之后的固體廢棄物，以塊狀、粉狀、粒狀等形式存在[4]。綠泥石粉被填充到間斷級(jí)配粗骨料中，確保顆粒級(jí)配及化學(xué)成分合理程度，改善多孔混凝土應(yīng)用性能。技術(shù)團(tuán)隊(duì)將各種形式的綠泥石碾碎成粉末狀，形成一定細(xì)度的綠泥石粉，將其填充到粗骨料中，提高多孔混凝土強(qiáng)度，降低道路基層施工成本。

綠泥石粉性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有細(xì)度和化學(xué)成分，選擇不同尺寸篩孔進(jìn)行篩分析，通過分析結(jié)果確定細(xì)度。

2.5 膠結(jié)劑

膠結(jié)劑在多孔混凝土配合中的應(yīng)用，能夠粘合粗骨料等其他原材料，提高多孔混凝土強(qiáng)度，需要結(jié)合實(shí)際需求選擇。多孔混凝土性能實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的膠結(jié)劑為實(shí)驗(yàn)室自制，為聚合物，主要成分為SiO2，由特殊工藝制作而成，可緩解水泥水化反應(yīng)，增強(qiáng)水泥水化后漿體的粘結(jié)強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，提高多孔混凝土耐久性。

膠結(jié)劑性能評(píng)價(jià)指標(biāo)有活性SiO2含量、延伸率等。

3 性能實(shí)驗(yàn)及分析

3.1 配合比設(shè)計(jì)結(jié)果

進(jìn)行多孔混凝土配合比設(shè)計(jì)，需要考慮孔隙率需求，確保多孔混凝土能夠形成具備一定強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)較為密實(shí)的整體[5]。應(yīng)用體積法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，即通過計(jì)算孔隙體積與各個(gè)原材料體積的比例來進(jìn)行配合比。

確定多孔混凝土性能實(shí)驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如下：322.60 kg/m水泥，1 653.26 kg/m粗骨料，165.30 kg/m

綠泥石粉，35.84 kg/m粉煤灰，11.37 kg/m膠結(jié)劑，106.11 kg/m水。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及步驟

多孔混凝土性能實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括電子天平、砂漿攪拌器、模具、振動(dòng)壓實(shí)成型機(jī)、上置式振動(dòng)器、萬能試驗(yàn)機(jī)、抗彎拉試驗(yàn)裝置、凍融試驗(yàn)機(jī)、透水系數(shù)試驗(yàn)裝置。需要結(jié)合實(shí)際需求選擇相應(yīng)型號(hào)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備[6]。

多孔混凝土性能實(shí)驗(yàn)應(yīng)用砂漿裹石配合工藝，即在粗骨料表面增加水泥漿體，增加粘結(jié)強(qiáng)度，確保多孔混凝土空隙分布均勻程度。

多孔混凝土性能實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）按照既往道路基層施工多孔混凝土配合比添加粗骨料，將配合粗骨料的粒徑控制在3～10 mm之間，加入綠泥石粉作為填充。

（2）將粉煤灰、外加劑、水泥加入砂漿攪拌器中，進(jìn)行60 s的混合攪拌，攪拌時(shí)間不能少于30 s。

（3）混合攪拌結(jié)束后，在所得材料中添加適量的水，令材料形成干硬性混凝土。

（4）將所得材料倒入模具中，通過上置式振動(dòng)器、振動(dòng)壓實(shí)成型機(jī)實(shí)現(xiàn)插搗振動(dòng)成型。

（5）成型多孔混凝土需要在24～48 h內(nèi)脫模，進(jìn)行室溫環(huán)境下養(yǎng)護(hù)，為了檢測(cè)不同養(yǎng)護(hù)因素對(duì)多孔混凝土性能的影響，選擇不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間，所選養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能少于24 h。

（6）對(duì)成型多孔混凝土進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度、抗凍性能、透水系數(shù)測(cè)試，分析其作為道路基層材料的性能，對(duì)實(shí)驗(yàn)多孔混凝土配合比進(jìn)行調(diào)整，獲得最佳配合比方案。

3.3 性能指標(biāo)

3.3.1 抗壓強(qiáng)度

將實(shí)驗(yàn)多孔混凝土制成（100×100×100）mm立方體試塊，轉(zhuǎn)換系數(shù)按尺寸使用0.95。在室溫環(huán)境下，對(duì)立方體試塊進(jìn)行為期7 d、28 d的養(yǎng)護(hù)，測(cè)量不同養(yǎng)護(hù)周期下的多孔混凝土抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)方法符合規(guī)程[7]規(guī)定。

3.3.2 抗彎拉強(qiáng)度

將多孔混凝土立方體試塊制成（100×100×400）mm立方體試塊，抗彎拉強(qiáng)度轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.85。試驗(yàn)方法符合規(guī)程[7]規(guī)定。

3.3.3 抗凍性能

將多孔混凝土立方體試塊制成（100×100×100）mm立方體試塊，轉(zhuǎn)換系數(shù)為0.95。抗凍性能試驗(yàn)方法符合規(guī)范[9]要求。具體步驟為：制備（100×100×400）mm多孔混凝土小梁試件并養(yǎng)護(hù)28 d。試驗(yàn)4 d將試件浸泡在溫度為15～20℃的水中，測(cè)試飽水重量。當(dāng)凍融機(jī)內(nèi)凍融液達(dá)到?2 ℃時(shí)，將試塊放入，進(jìn)行凍融循環(huán)，以溫度降至?15 ℃時(shí)開始計(jì)算凍結(jié)時(shí)間。每次循環(huán)時(shí)間為4 h，試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)為25次。遇到以下幾種情況之一即可停止試驗(yàn)：

（1）已達(dá)到規(guī)定循環(huán)次數(shù)。

（2）相對(duì)動(dòng)彈性模量下降到60%以下。

（3）重量損失率達(dá)5%。

3.3.4 沖擊韌性

沖擊韌性指在沖擊載荷作用下材料吸收塑性變形功和斷裂功的能力，是評(píng)價(jià)材料疲勞特性的重要指標(biāo)，在瀝青混合料和普通混凝土研究中已有諸多應(yīng)用，在透水混凝土領(lǐng)域應(yīng)用較少。測(cè)試材料沖擊韌性的試驗(yàn)方法有落錘法與小梁沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)采用落錘法評(píng)價(jià)透水混凝土沖擊韌性。制備直徑100 mm、高64 mm圓柱體水泥混凝土試件。沖擊錘質(zhì)量2 kg，下落高度為900 mm，沖擊錘中線與試件中心線對(duì)齊。測(cè)試時(shí)，沖擊錘連續(xù)自由落下，當(dāng)試件出現(xiàn)裂縫時(shí)，記錄沖擊次數(shù)。其沖擊能量按下式計(jì)算：

W=N×mgh （1）

式中，W——試件破壞前吸收的沖擊能量（N·m）;N——試件破壞式的沖擊次數(shù);m——落錘質(zhì)量（kg）;h——落錘下落高度（m）。

3.3.5 透水系數(shù)

將多孔混凝土立方體試塊制成φ100 mm×50 mm圓柱體試塊。透水系數(shù)試驗(yàn)裝置是檢測(cè)實(shí)驗(yàn)多孔混凝土透水系數(shù)的主要設(shè)備。透水系數(shù)測(cè)試方法符合規(guī)程[8]要求。

透水系數(shù)與多孔混凝土空隙率及連通空隙率具有明顯相關(guān)性。

3.3.6 耐磨性

肯塔堡飛散試驗(yàn)一般用于評(píng)價(jià)瀝青混合料集料脫落散失的程度，以馬歇爾試件在洛杉磯試驗(yàn)機(jī)中旋轉(zhuǎn)撞擊規(guī)定次數(shù)、試件的質(zhì)量損失表示。有學(xué)者將這種試驗(yàn)方法用于評(píng)價(jià)透水混凝土的耐磨性，該文研究的多孔混凝土作為道路基層材料使用，規(guī)程[8]中的耐磨性要求不做檢測(cè)。

3.3.7 檢驗(yàn)結(jié)果分析

上述性能指標(biāo)檢驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知：多孔混凝土其性能指標(biāo)符合規(guī)范[9]的要求，其強(qiáng)度超過C30道路面層要求，應(yīng)用于道路基層具備足夠承載力。透水系數(shù)超過1 mm/s說明透水性良好。

4 結(jié)束語

多孔混凝土作為道路基層材料具有強(qiáng)度較高、透水性強(qiáng)等性能特征，原材料主要包括水泥、粗骨料、粉煤灰、綠泥石粉、膠結(jié)劑，通過上述性能指標(biāo)檢驗(yàn)，得到了多孔混凝土抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度、抗凍性能、沖擊韌性、透水系數(shù)、耐磨性符合規(guī)范要求的結(jié)論。多孔混凝土作為道路基層材料應(yīng)用，能夠應(yīng)用于透水性道路基層，有效緩解熱島效應(yīng)，對(duì)改善城市環(huán)境有積極作用。

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