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,使用進口固化劑。
作者機構】 綿陽職業(yè)技術學院;四川省非金屬復合與功能材料重點實驗室-省部共建國家重點實驗室培育基地
【來 源】 《新型建筑材料》 2017年第3期P16-19頁
【分 類 號】 TU528.2;|TU528.37
【分類導航】 工業(yè)技術->建筑科學->建筑材料->非金屬材料->混凝土及混凝土制品->輕質混凝土
【關 鍵 字】 透水混凝土 抗壓強度 骨料粒徑 硅灰
【摘 要】 研究了硅灰摻量、骨料粒徑、骨膠比等參數對透水混凝土的抗壓強度、孔隙率和透水系數的影響,確定了高強度透水混凝土的最佳配比。結果表明:骨料粒徑為5~10 mm的透水混凝土強度最高;當硅灰摻量達到15%時,透水混凝土的強度最高,相比于對照組的7 d和28 d抗壓強度分別提高了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度逐漸降低,孔隙率和透水系數逐漸升高。
0 引言
透水混凝土具有多孔、輕質、透水、透氣的特點,在緩解城市“熱島效應”、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,為透水混凝土的應用起到了積極的推動作用。根據CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術規(guī)程》的規(guī)定,透水混凝土路面的透水系數不能低于0.5 mm/s。為了滿足透水要求,必須在混凝土內部預留大量孔隙,這使得強度難以提高,制約了透水混凝土的推廣應用[3-4]。目前,工程上使用的透水混凝土抗壓強度普遍低于30 MPa。本文采用硅灰和復合硅酸鹽水泥作為復合膠凝材料,并從骨料粒徑、硅灰摻量、骨膠比等方面進行了實驗研究,探討了各因素對透水混凝土性能的影響,確定了高強度透水混凝土的最佳配比。
1 實驗
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,化學成分見表1,SEM照片見圖1。
表1 硅灰的化學成分 %
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,基本性能指標見表2。
表2 水泥的基本物理力學性能
(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 實驗方法
1.2.1 配合比設計
采用體積法進行配合比設計,并進行試拌,對配合比進行微調,得到如表3所示的基礎配比。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,減水劑和膠粉的摻量均按占膠凝材料的質量計算。采用固定摻量法,在表3的基礎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,從而確定高強度透水混凝土的最佳配比。
表3 透水混凝土的基礎配比
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“封底”現象;其強度主要由骨料強度、骨料與膠凝材料的粘結強度和膠凝材料的強度三者共同提供,而骨料與膠凝材料的粘結強度是薄弱環(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%水攪拌20 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、找平表面,在標準條件下養(yǎng)護24 h后脫模,然后在標準條件下養(yǎng)護至測試齡期進行性能測試。
1.2.3 測試方法
參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》對透水混凝土進行養(yǎng)護和7 d和28 d抗壓強度測試,試塊尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。
透水系數測試方法參照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機理,按表4所示的配比制備凈漿,標準養(yǎng)護7 d后進行XRD和SEM測試。
表4 凈漿試件的配比
2 結果與分析
2.1 骨料粒徑對強度和孔隙率的影響
在基礎配比中改變骨料的粒徑,測試透水混凝土的抗壓強度和孔隙率,結果如表5所示。
表5 骨料粒徑對透水混凝土強度和孔隙率的影響
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抗壓強度均呈現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度最高。這是因為,相比于粒徑大的骨料,較細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,骨料之間的粘結力弱,所以強度較低。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的骨料進行后續(xù)實驗。
2.2 硅灰摻量對強度和孔隙率的影響
硅灰等量取代水泥后,對透水混凝土強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抗壓強度先提高后降低,當硅灰摻量為15%時抗壓強度達到最高,7 d、28 d抗壓強度較未摻硅灰的分別提高了32.3%和27.7%。當硅灰摻量超過15%時,強度出現下降趨勢。說明內摻硅灰能有效提高透水混凝土的強度,但存在最佳摻量??紫堵孰S著硅灰摻量的增加逐漸降低,因為硅灰密度比水泥小,等質量取代水泥后,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反應生成水化硅酸鈣凝膠,即二次水化,從而加強骨料與漿體的粘結力[5-7]。
圖3 對照組和實驗組凈漿的SEM照片(×5000)
圖4 對照組和實驗組凈漿的SEM照片(×20 000)
由圖3、圖4可以看出,將水泥石放大5000倍后,對照組中出現了少量的絮狀水化產物,但分布不均勻;而實驗組中的絮狀產物較多,分布較均勻。進一步放大到20 000倍后可以觀察到,對照組中以團狀和粒狀產物為主,并且還有少量的纖維狀產物;實驗組中也存在團狀和粒狀的水化產物,并且大量的纖維狀物質從團狀物質中延伸出來,相互搭接,為水泥石提供了足夠的強度。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],也對提高強度起到了積極的作用。
2.3 骨膠比對強度、孔隙率和透水系數的影響
骨膠比即骨料與膠凝材料的質量比,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度、孔隙率和透水系數的影響,結果如表7所示。
表7 骨膠比對透水混凝土強度、孔隙率和透水系數的影響
由表7可見,隨著骨膠比的增大,透水混凝土的7 d、28 d抗壓強度逐漸降低、孔隙率升高、透水系數也逐漸增大。當骨膠比較小時,骨料填充在膠凝材料中,透水混凝土的強度主要由膠凝材料提供,所以強度較高,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,但同時強度下降也非常明顯。綜合考慮,確定骨膠比為2.9時,強度較優(yōu),并且孔隙率基本滿足設計要求,透水系數達到1.3 mm/s。
通過對骨料粒徑、硅灰摻量和骨膠比的實驗研究,得到了高強度透水混凝土優(yōu)化配合比見表8,按此配合比制備的透水混凝土28 d抗壓強度為37.3 MPa,孔隙率為15.2%,透水系數為1.3 mm/s。
表8 高強度透水混凝土的優(yōu)化配合比
3 結論
本文研究了骨料粒徑、硅灰摻量和骨膠比對透水混凝土強度、孔隙率和透水系數的影響,制備得到了28 d抗壓強度為37.3MPa,孔隙率為15.2%,透水系數為1.3 mm/s的高強度透水混凝土。
(1)隨著骨料粒徑的增大,透水混凝土的孔隙率逐漸增大,強度先提高后降低,骨料粒徑為5~10 mm的透水混凝土強度最高。
(2)隨著硅灰摻量增大,透水混凝土的7 d、28 d抗壓強度先提高后降低,當硅灰摻量為15%時抗壓強度達到最高,7 d、28 d抗壓強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,采用適量硅灰取代水泥后,促進了膠凝材料的二次水化,使水化產物增多,從而提高了透水混凝土的強度。
(3)隨著骨膠比從2.6增大到3.8,透水混凝土的抗壓強度逐漸降低,孔隙率和透水系數逐漸升高。綜合考慮,確定骨膠比為2.9時,強度較優(yōu),并且孔隙率基本滿足設計要求。
參考文獻:
[1]高潤東,李向民,許清風,等.聚丙烯仿鋼纖維(PPTF)透水混凝土試驗研究[J].新型建筑材料,2015(3):1-3,42.
[2]宋中南,石云興.透水混凝土及其應用技術[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011.
[3] Lian C,Zhuge Y,Beecham S.The relationship between porosity and strength for porous concrete[J].Construction and Building Materials,2011,25(6):4294-4298.
[4] Lim E,KH Tan,TF Fwa.High-strength high-porosity pervious concrete pavement[J].Advanced Materials Research,2013,723(8):361-367.
[5] 楊坪,彭振斌.硅粉在混凝土中的應用探討[J].混凝土,2002(1):11-14.
[6] Ksenija Jankovic'a,Srboljub Stankovic',Dragan Bojovic',et al. The influence of nano-silica and barite aggregate on properties of ultra high performance concrete[J].Construction and Building Materials,2016,126:147-156.
[7] Mo Alkaysi,Sherif El-Tawil,Zhichao Liu,et al.Effects of silica powder and cement type on durability of ultra high performance concrete(UHPC)[J].Cement and Concrete Composites,2016,66:47-56.
[8] 閻培渝,張波.以不同形態(tài)硅灰配制的高強度混凝土的力學性能[J].硅酸鹽學報,2016,44(2):196-201.