多孔高强生态型透水性混凝土的配制

【摘要】本文采用石英石作为集料，通过改变成型压力、减水剂和矿物细掺料的掺量研究多孔高强透水性混凝土的配制条件。并从集料、水泥石和界面过渡区强度等方面初步探讨了透水性混凝土的结构与性能的关系。通过研究，可配得28天抗压强度为36.3MPa，透水系数为2.06mm/s的性能优良的多孔透水性混凝土。

【关键词】混凝土 透水性混凝土 石英石 硅灰 粉煤灰

0 前言

　　材料的宏观行为取决于材料的组成和内部结构。透水性混凝土所使用的主要原材料和普通混凝土的一样，也是水泥和集料。硬化的混凝土由水泥石、界面过渡区和集料三个重要环节组成^[1]。混凝土的性质取决于上述三个环节各自的性质及其相互间的关系和整体的均匀性。在普通混凝土中界面过渡区的性质对混凝土的性质起着决定性的作用，但是界面过渡区的性质又受水泥石和集料性质的支配，而其中水泥石又是起主导作用。混凝土的微观结构研究的主要对象是混凝土中的水泥石和界面过渡区。

　　透水性混凝土的特点是具有大量连通的孔隙，它的结构和性能与普通的混凝土有所不同。透水性混凝土的强度也同样受集料的强度、水泥石的强度和界面过渡区强度三个方面的强度的影响，至于哪一个因素影响较大，各自对强度的贡献有多大，目前为止还没有定论，本文采用石英石配制高强透水性混凝土，围绕石英石为集料从宏观和微观两方面探讨透水性混凝土的结构与性能的关系。

1 试验研究

　　1.1原材料

　　(1) 水泥 42.5MPa普通硅酸盐水泥；

　　(2) 集料 采用0.6mm～9.5mm的石英石, 其粒径见表1；

　　(3) 硅灰（SF：silica fume） 比表面积为2536m².kg^-1 ；

　　(4) 粉煤灰（FA：fly ash） 取自火力发电厂的二级灰，比表面积为591m².kg^-1；

　　(5) 外加剂蜜胺脂类高效减水剂。

　　1.2 试件制备及养护 先将原料按设计配比称量，先将称好的水泥和集料预先混合搅拌，然后加入一定量的水，搅拌均匀后再加入减水剂和余下的水（如果掺入矿物细掺料，则先将水泥和矿物细掺料混合均匀，其余的步骤相同），将混合好的料称量入钢模，加压成型，闭模养护24小时后拆模，在标准条件下养护至7天或28天龄期。

　　1.3 性能测试

　　（1）抗压强度

　　按照JC446-2000测定试件的抗压强度。结果以5个试件的护压强度的平均值表示。

　　（2）透水系数

　　透水速度是反映透水性混凝土透水效果的定量参数，用透水系数来表征，本文采用参照资料^[2]制作的简易透水仪（图略）。测量前，首先将溶化成泥状的蜡糊在试件的四周，将透水仪套在试件的上面，然后用蜡封住透水仪与试件之间的接缝。测量时，向透水仪中加水至一定的高度后，停止加水。测量时当水面降至刻度为160mm时开始计时，至刻度0mm为止。透水系数的计算方法为：

V=H÷△T

式中： V—透水系数，mm/s；

H—水位下降的高度，160mm；

T—水位从160mm下降至0mm的时间（单位为秒s）；

2 试验结果与分析

　　本实验采用的经破碎的石英石多呈正方形，表面干净无粉尘，吸水量极少。实验中发现，用石英石配制透水性混凝土，振动成型时，水泥浆体比用卵石作集料更易流淌到底部，工艺很难控制，因此采用压制成型更适宜。

　　2.1 集料粒径的影响

　　集料为石英石，以三个粒径范围进行试验，成型压力2.5MPa，外加剂为蜜胺脂高效减水剂，掺量为水泥的0.35%，结果见表2。

　　Ｃ1类透水性混凝土的28天抗压强度为24.3MPa,Ｃ2类透水性混凝土的28天抗压强度为18.7Mpa。说明单粒级集料配制透水性混凝土时，粒径越小强度越高。当然这个结论已经被很多研究者证明，但强度和透水系数的具体数据却各不相同^[3]。在本实验条件下，用2.36～4.75mm石英石配制的透水性混凝土的28天抗压强度为25.3MP，透水系数为3.12mm/s，取得了较好的效果。Ｃ3透水性混凝土的28天抗压强度为21.4MPa，透水系数为3.96mm/s , 可见在Ⅲ类石英石中掺入一定量的Ⅰ类石英石对提高强度能起到一定的作用，而且透水系数仍比较大。因此，配制高强透水性混凝土的集料粒径为2.36～4.75mm较为合适，如果强度要求稍低可以考虑用1.18～2.36mm集料与4.75～9.5mm的集料复配。

　　2.2 减水剂掺入量的影响

　　在普通混凝土中掺入减水剂能降低水灰比，提高强度，在透水性混凝土中掺入减水剂也能起到减水和增强的效果。为了确定减水剂的最佳掺量，本实验设计了四个掺量的试验。试验配比及结果见表3：

　　注：G/C=3.5，成型压力为1.5MP

　　结果表明，减水剂掺量从0.35%增加到0.70%时，28天抗压强度增大，当减水剂的掺量再增大时，强度呈下降趋势。当减水剂的掺量增加时，28天透水系数稍有增大。说明了透水性混凝土中掺入减水剂能够提高混凝土的抗压强度和透水系数，不过如果掺量大于0.70%时，透水性混凝土的强度开始下降，所以减水剂的掺量为0.70%比较合适。

　　2.3 成型压力的影响

　　固定减水剂的掺量为0.70%，通过改变成型压力来研究其对透水性混凝土性能的影响。原料配比及结果见表４。实验结果表明，集料采用Ⅱ类石英石，成型压力为2.5MPa，减水剂掺入量为0.70%时配制出的透水性混凝土的抗压强度可达26.7MPa，透水系数达2.42mm/s。可见，成型压力为2.5MPa较适合。尽管成型压力为3.5MP时，混凝土的抗压强度达到28.4 MP，但孔隙率和透水性系数很低，透水性较差。

　　从以上实验结果可以看出，水灰比、减水剂掺量、集料粒径和成型压力共同作用会直接影响到透水性混凝土的堆积密度，从而影响其强度的发挥和透水性。如果水灰比合适，水泥浆体的稠度正好能使混凝土的新拌混合物的流动性较好而浆体又不会从间隙流淌，这样才能保证集料表面水泥浆体具有一定的厚度；集料的粒径小，透水性混凝土内部具有较多的接触点，在承受外部压力时，分摊到各点的压力就小，结构的整体强度就比较大。当然，当粒径过小时，用于透水的通道就非常小，透水系数就会大大降低。适宜的成型压力能使集料堆积紧密而透水通道不被破坏。

　　2.4 矿物细掺料的影响

　　为了提高透水性混凝土的使用性和使用寿命，在保证透水性混凝土具有一定透水性的前提下，混凝土应该具有较高的抗压强度。为了从微观上改善水泥石强度和过渡区的强度，下面通过在混凝土中掺入矿物细掺料（粉煤灰F、硅灰S）来研究它们对透水性混凝土性能的影响，成型压力为2.5ＭＰ。细粉料配比及结果见表５。

　　表中只列出了各矿物细掺料的最佳掺量，结果表明，掺入硅灰和粉煤灰均取得了较好的效果，其中掺入5%硅灰和混合粉（15%粉煤灰+5%硅灰）两个试样的透水性混凝土综合性能更好些，28天透水系数为2.38mm/s和2.06 ,抗压强度达到34.2Mpa和36.3MPa。由此可见，矿物细掺料的加入可明显改善水泥石的强度和过渡区的强度也大大提高了透水性混凝土的整体强度，并且能够使透水系数下降较小。

　　以上的研究结果表明，集料的粒径、减水剂掺入量、成型压力和矿物细掺料对高强多孔透水性混凝土的强度和透水性有很大的影响，尤其是成型压力和矿物细掺料，合适的压力改善了试样内部实体部分结构的致密度，矿物细掺料的加入生成较多对强度有较大贡献的水化Ｃ—Ｓ－Ｈ凝胶，在提高实体强度同时也提高了集料与水泥石界面的接触强度。

3 结论

　　1. 配制高强透水性混凝土采用石英石作为集料粒径为2.36～4.75mm较为合适。

　　2. 掺入适量的减水剂和矿物细掺料可明显改善水泥石的强度和界面的强度，并能大幅度提高透水性混凝土的整体强度，而且透水系数下降幅度较小。

　　3. 成型压力为2.5ＭＰa，减水剂的掺入量为水泥的0.70%时，掺入适宜的矿物细掺料可制备出28天抗压强度大于3４ＭＰa，透水系数高于1.５0mm/s的高强透水性混凝土。

参考文献：

　　1吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M]. 北京:中国铁道出版社.1999:41

　　2王武祥,谢尧生.透水性混凝土的透水性研究.中国建材科技,1996.8：17

　　3杨静,蒋国梁.透水性混凝土路面材料强度的研究[J].混凝土.2000(10):27