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高強(qiáng)度透水混凝土實(shí)驗研究

透水地坪罩面劑,雙丙聚氨酯密封劑首選邦偉建材BW303,耐黃變性能好,使用進(jìn)口固化劑。


作者機(jī)構(gòu)】 綿陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院;四川省非金屬復(fù)合與功能材料重點(diǎn)實(shí)驗室-省部共建國家重點(diǎn)實(shí)驗室培育基地
【來    源】 《新型建筑材料》 2017年第3期P16-19頁
【分 類 號】 TU528.2;|TU528.37
【分類導(dǎo)航】 工業(yè)技術(shù)->建筑科學(xué)->建筑材料->非金屬材料->混凝土及混凝土制品->輕質(zhì)混凝土
【關(guān) 鍵 字】 透水混凝土  抗壓強(qiáng)度  骨料粒徑  硅灰
【摘    要】 研究了硅灰摻量、骨料粒徑、骨膠比等參數(shù)對透水混凝土的抗壓強(qiáng)度、孔隙率和透水系數(shù)的影響,確定了高強(qiáng)度透水混凝土的最佳配比。結(jié)果表明:骨料粒徑為5~10 mm的透水混凝土強(qiáng)度最高;當(dāng)硅灰摻量達(dá)到15%時,透水混凝土的強(qiáng)度最高,相比于對照組的7 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別提高了32.3%和27.7%,而孔隙率隨著硅灰摻量的增加持續(xù)降低;隨著骨膠比從2.6增大到3.8,透水混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低,孔隙率和透水系數(shù)逐漸升高。

0 引言

透水混凝土具有多孔、輕質(zhì)、透水、透氣的特點(diǎn),在緩解城市“熱島效應(yīng)”、吸聲降噪、減少雨水引起的地表徑流等方面發(fā)揮著重要作用,被認(rèn)為是一種環(huán)境友好型材料[1-2]。近年來,國家大力提倡“海綿城市”的建設(shè),為透水混凝土的應(yīng)用起到了積極的推動作用。根據(jù)CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定,透水混凝土路面的透水系數(shù)不能低于0.5 mm/s。為了滿足透水要求,必須在混凝土內(nèi)部預(yù)留大量孔隙,這使得強(qiáng)度難以提高,制約了透水混凝土的推廣應(yīng)用[3-4]。目前,工程上使用的透水混凝土抗壓強(qiáng)度普遍低于30 MPa。本文采用硅灰和復(fù)合硅酸鹽水泥作為復(fù)合膠凝材料,并從骨料粒徑、硅灰摻量、骨膠比等方面進(jìn)行了實(shí)驗研究,探討了各因素對透水混凝土性能的影響,確定了高強(qiáng)度透水混凝土的最佳配比。

1 實(shí)驗

1.1 原材料

(1)硅灰:成都中亞特科技發(fā)展有限公司提供,密度2.2 g/cm3,比表面積(BET法)20.3 m2/g,化學(xué)成分見表1,SEM照片見圖1。

表1 硅灰的化學(xué)成分 %

圖1 硅灰的SEM照片

(2)水泥:P·C42.5R級,四川雙馬水泥股份有限公司提供,密度2.96 g/cm3,比表面積361 m2/kg,基本性能指標(biāo)見表2。

表2 水泥的基本物理力學(xué)性能

(3)花崗巖碎石:綿陽市涪城全興砂石建材廠提供,粒徑分別為2.5~5 mm、5~10 mm、10~15 mm,15~20 mm。

(4)聚羧酸減水劑:四川三三科技有限責(zé)任公司提供,固含量46%,減水率25%。

(5)膠粉:醋酸乙烯-乙烯共聚物類可再分散乳膠粉,廣東龍湖科技股份有限公司提供。

(6)拌合水:自來水。

1.2 實(shí)驗方法

1.2.1 配合比設(shè)計

采用體積法進(jìn)行配合比設(shè)計,并進(jìn)行試拌,對配合比進(jìn)行微調(diào),得到如表3所示的基礎(chǔ)配比。水灰比按0.23計,減水劑的使用能保證在較低的水灰比下,新拌混凝土具有較好的工作性,而膠粉能改善漿體與骨料的粘結(jié),減水劑和膠粉的摻量均按占膠凝材料的質(zhì)量計算。采用固定摻量法,在表3的基礎(chǔ)上分別改變骨料粒徑、硅灰摻量和骨膠比,研究各因素對透水混凝土性能的影響,從而確定高強(qiáng)度透水混凝土的最佳配比。

表3 透水混凝土的基礎(chǔ)配比

1.2.2 成型工藝

透水混凝土屬于干硬型混凝土,要控制漿體的流動性,以免出現(xiàn)“封底”現(xiàn)象;其強(qiáng)度主要由骨料強(qiáng)度、骨料與膠凝材料的粘結(jié)強(qiáng)度和膠凝材料的強(qiáng)度三者共同提供,而骨料與膠凝材料的粘結(jié)強(qiáng)度是薄弱環(huán)節(jié)。因此,在成型的時候要求骨料表面能形成一層均勻的膠凝材料包裹層,并且膠凝材料不宜過于粘稠。

透水混凝土成型工藝為:首先將骨料加30%水?dāng)嚢?0 s,然后加入水泥、硅灰和膠粉攪拌40 s,最后加入余下的70%水和減水劑再攪拌120 s,裝模、振實(shí)、找平表面,在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)24 h后脫模,然后在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至測試齡期進(jìn)行性能測試。

1.2.3 測試方法

參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》對透水混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和7 d和28 d抗壓強(qiáng)度測試,試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。

透水系數(shù)測試方法參照GB/T 25993—2010《透水路面磚和透水路面板》。采用排水法測試孔隙率。

為了研究硅灰的增強(qiáng)機(jī)理,按表4所示的配比制備凈漿,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7 d后進(jìn)行XRD和SEM測試。

表4 凈漿試件的配比

2 結(jié)果與分析

2.1 骨料粒徑對強(qiáng)度和孔隙率的影響

在基礎(chǔ)配比中改變骨料的粒徑,測試透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和孔隙率,結(jié)果如表5所示。

表5 骨料粒徑對透水混凝土強(qiáng)度和孔隙率的影響

由表5可見,隨著粗骨料粒徑的增大,透水混凝土的7 d、28 d抗壓強(qiáng)度均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢,骨料粒徑為5~10 mm時透水混凝土的抗壓強(qiáng)度最高。這是因為,相比于粒徑大的骨料,較細(xì)的骨料比表面積較大,而膠凝材料的量有限,所以使得骨料表面的包裹層相對較薄,骨料之間的粘結(jié)力弱,所以強(qiáng)度較低。而在大粒徑骨料的透水混凝土中,雖然骨料表面的包裹層較厚,但骨料之間的接觸面積偏小,孔隙率高,難以承受較大的破壞力。隨著粗骨料粒徑的增大,透水混凝土的孔隙率逐漸升高。綜合考慮,優(yōu)選粒徑為5~10 mm的骨料進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗。

2.2 硅灰摻量對強(qiáng)度和孔隙率的影響

硅灰等量取代水泥后,對透水混凝土強(qiáng)度和孔隙率的影響如表6所示。

表6 硅灰摻量對透水混凝土強(qiáng)度和孔隙率的影響

由表6可見,隨著硅灰摻量增大,透水混凝土的7 d、28 d抗壓強(qiáng)度先提高后降低,當(dāng)硅灰摻量為15%時抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高,7 d、28 d抗壓強(qiáng)度較未摻硅灰的分別提高了32.3%和27.7%。當(dāng)硅灰摻量超過15%時,強(qiáng)度出現(xiàn)下降趨勢。說明內(nèi)摻硅灰能有效提高透水混凝土的強(qiáng)度,但存在最佳摻量。孔隙率隨著硅灰摻量的增加逐漸降低,因為硅灰密度比水泥小,等質(zhì)量取代水泥后,膠凝材料的體積增大,填充了大量孔隙。

對照組和實(shí)驗組凈漿的XRD圖譜如圖2所示,SEM照片如圖3、圖4所示。

圖2 對照組和實(shí)驗組凈漿的XRD圖譜

從圖2可以看出,凈漿水化7 d后,對照組中的Ca(OH)2峰明顯比實(shí)驗組高,說明摻入硅灰消耗了體系中的Ca(OH)2。硅灰中含有大量的非晶態(tài)活性SiO2,能與水泥水化生成的Ca(OH)2反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠,即二次水化,從而加強(qiáng)骨料與漿體的粘結(jié)力[5-7]。

圖3 對照組和實(shí)驗組凈漿的SEM照片(×5000)

圖4 對照組和實(shí)驗組凈漿的SEM照片(×20 000)

由圖3、圖4可以看出,將水泥石放大5000倍后,對照組中出現(xiàn)了少量的絮狀水化產(chǎn)物,但分布不均勻;而實(shí)驗組中的絮狀產(chǎn)物較多,分布較均勻。進(jìn)一步放大到20 000倍后可以觀察到,對照組中以團(tuán)狀和粒狀產(chǎn)物為主,并且還有少量的纖維狀產(chǎn)物;實(shí)驗組中也存在團(tuán)狀和粒狀的水化產(chǎn)物,并且大量的纖維狀物質(zhì)從團(tuán)狀物質(zhì)中延伸出來,相互搭接,為水泥石提供了足夠的強(qiáng)度。從圖1的硅灰SEM照片可以看出,硅灰顆粒呈規(guī)則的球形,且顆粒尺寸都處于納米級別,在膠凝材料的水化過程中,硅灰微粒能起到良好的物理填充作用,從而使體系更致密[8],也對提高強(qiáng)度起到了積極的作用。

2.3 骨膠比對強(qiáng)度、孔隙率和透水系數(shù)的影響

骨膠比即骨料與膠凝材料的質(zhì)量比,骨膠比越大膠凝材料越少,漿體對骨料的包裹層越?。还悄z比過小,說明膠凝材料的量多,骨料表面的包裹層越厚。骨膠比過大或者過小,都會影響新拌混凝土的均勻性,并且會對孔隙率造成影響,因此選擇合適的骨膠比極其重要。固定硅灰摻量15%,研究骨膠比對透水混凝土強(qiáng)度、孔隙率和透水系數(shù)的影響,結(jié)果如表7所示。

表7 骨膠比對透水混凝土強(qiáng)度、孔隙率和透水系數(shù)的影響

由表7可見,隨著骨膠比的增大,透水混凝土的7 d、28 d抗壓強(qiáng)度逐漸降低、孔隙率升高、透水系數(shù)也逐漸增大。當(dāng)骨膠比較小時,骨料填充在膠凝材料中,透水混凝土的強(qiáng)度主要由膠凝材料提供,所以強(qiáng)度較高,但膠凝材料填充了大量的孔隙,使得孔隙率偏低,透水效果差。而骨膠比太大時,相當(dāng)于膠凝材料填充在骨料之間,漿體對骨料的包裹差,體系存在較多的孔隙,但同時強(qiáng)度下降也非常明顯。綜合考慮,確定骨膠比為2.9時,強(qiáng)度較優(yōu),并且孔隙率基本滿足設(shè)計要求,透水系數(shù)達(dá)到1.3 mm/s。

通過對骨料粒徑、硅灰摻量和骨膠比的實(shí)驗研究,得到了高強(qiáng)度透水混凝土優(yōu)化配合比見表8,按此配合比制備的透水混凝土28 d抗壓強(qiáng)度為37.3 MPa,孔隙率為15.2%,透水系數(shù)為1.3 mm/s。

表8 高強(qiáng)度透水混凝土的優(yōu)化配合比

3 結(jié)論

本文研究了骨料粒徑、硅灰摻量和骨膠比對透水混凝土強(qiáng)度、孔隙率和透水系數(shù)的影響,制備得到了28 d抗壓強(qiáng)度為37.3MPa,孔隙率為15.2%,透水系數(shù)為1.3 mm/s的高強(qiáng)度透水混凝土。

(1)隨著骨料粒徑的增大,透水混凝土的孔隙率逐漸增大,強(qiáng)度先提高后降低,骨料粒徑為5~10 mm的透水混凝土強(qiáng)度最高。

(2)隨著硅灰摻量增大,透水混凝土的7 d、28 d抗壓強(qiáng)度先提高后降低,當(dāng)硅灰摻量為15%時抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高,7 d、28 d抗壓強(qiáng)度較未摻硅灰的分別提高了32.3%和27.7%;而孔隙率持續(xù)降低。微觀分析發(fā)現(xiàn),采用適量硅灰取代水泥后,促進(jìn)了膠凝材料的二次水化,使水化產(chǎn)物增多,從而提高了透水混凝土的強(qiáng)度。

(3)隨著骨膠比從2.6增大到3.8,透水混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸降低,孔隙率和透水系數(shù)逐漸升高。綜合考慮,確定骨膠比為2.9時,強(qiáng)度較優(yōu),并且孔隙率基本滿足設(shè)計要求。

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