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揮著重要作用，被認為是一種環境友好型材料[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程》的規定，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節。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，在標準條件下養護24 h后脫模，然后在標準條件下養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，優選粒徑為5～10 mm的骨料進行后續實驗。
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。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薄；骨膠比過小，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，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%；而孔隙率持續降低。微觀分析發現，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，并且孔隙率基本滿足設計要求。
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