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。
【來 源】 《硅酸鹽通報》 2017年第1期P223-228頁
【分 類 號】 TU528.37
【關 鍵 字】 透水混凝土 強度 增強料 透水系數
【摘 要】 增強料主要用于提高透水混凝土的抗壓強度、抗折強度和抗滲性能。本文研究了增強料中的減水組分、早強組分以及增粘組分對透水混凝土性能的影響。通過改變各種組分的種類及摻量,研究了對透水混凝土的抗壓強度、抗折強度以及透水系數和透水率的影響。試驗結果表明,增強料中采用0.3%的聚羧酸減水劑,1.0%的早強劑和0.1%的增粘劑可明顯提高透水混凝的各項性能。
1 引 言
透水混凝土作為一種生態友好型混凝土，正逐步應用于人們的生活中。其特殊的孔隙結構，具有透水、透氣、吸聲降噪、調節生態平衡等作用。20世紀七八十年代，歐美國家就開始了對透水混凝土的研究，并逐漸應用于公園道路、停車場等，取得了良好的效果。Abertay Dundee大學的Chris Jefferies和Wolfram Schluter對蘇格蘭中心廣場的透水混凝土道路的透水性進行了研究，結果表明，透水混凝土在雨天的排水效果很好[1]；1987年，日本研究者申請了透水性混凝土路面材料專利并在國內多個城市進行推廣應用[2]，取得了很好地生態效果。
透水混凝土的強度和透水性能是其基本性能。本文通過試驗，研究了增強料中各組分對透水混凝土的強度和透水性能的影響，確定了各個組分的種類及摻量。通過SEM掃描電鏡觀察水泥漿體內部以及漿體-骨料界面過渡區的微觀結構特征，分析了增強料提高透水混凝土強度的作用機理。該研究為高性能透水混凝土的配制及應用提供理論依據。
2 試 驗
2.1 原材料及其性能
水泥：蒙西P·O 42.5級水泥。標準稠度用水量為27%，3 d、28 d抗壓強度分別為27.3 MPa、46.7 MPa；粗骨料：碎石，粒徑分別為2～5 mm、5～10 mm、10～15 mm，壓碎指標合格；水：普通自來水，符合JGJ63-2006要求；增強料：由減水組分(萘系高效減水劑，減水率20%；聚羧酸高性能減水劑，減水率36%)、早強組分(主要成分為元明粉和氯化鈉)、增粘組分(HX型，粘度為74440 mPa·s；FTN型，粘度為56400 mPa·s；JJX型三種增粘劑，粘度為39100 mPa·s)組成。
2.2 試驗設備及方法
圖1 透水系數測定裝置
Fig.1 Water permeability coefficient device
透水混凝土的強度試驗按GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行;透水混凝土的配合比設計參照CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技術規程》；掃描電鏡：日本產S-3400N掃描電子顯微鏡。
透水系數的測定:采用圖1所示的裝置進行測試，將φ100 mm×50 mm的圓柱體試件裝入圓柱形套筒底部，試件上下邊緣采用緊箍件將其與套筒緊貼，防止水從側面流出。向套筒內快速加滿水，記錄水面下降100 mm所用的時間。透水系數的計算公式為：V=H/T；V-透水系數(mm/s)；H-水位下降高度(mm)；T-水位下降至試件表面所用時間(s)。(本方法與CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技術規程》中的實驗方法得到的結果基本相同)。
透水率的測定：在圖1裝置中，加入一定質量的水，稱量90 s內透過試件流出的水的質量，計算得到透水率。計算公式為β=m2/m1。m1-加入水的質量(g)，m2-90 s流出水的質量(g)。
3 結果與討論
3.1 減水組分對透水混凝土強度及透水性能的影響
減水劑加入混凝土拌合物后對水泥顆粒具有分散作用，能改善混凝土工作性能，減少單位用水量，在膠凝材料用量一定的情況下，可以顯著提高混凝土的強度。因此，本試驗選用萘系(減水劑A)和聚羧酸系(減水劑B)兩種減水劑，試驗用配合比及結果見表1、圖2和圖3。
表1 摻入減水組分的透水混凝土配合比及試驗結果
Tab.1 Incorporation of reducing the water component of permeable concrete mix ratio test results
由圖2和圖3可以看出，減水劑的加入，使透水混凝土的抗壓、抗折強度有了非常明顯的提高，且隨著摻量的增加而增加。這是由于減水劑的加入降低了透水混凝土的水膠比，骨料間膠結層的強度得到提高，從而提高了透水混凝土的強度[3]。
圖2 減水劑A摻量對強度的影響
Fig.2 Effect of A water reducer volume on strength
圖3 減水劑B對抗折強度的影響
Fig.3 Effect of B water reducer volume on strength
減水劑的種類及摻量與透水混凝土透水系數、透水率的關系如表1所示。由表1可以看出，減水劑的加入，使得透水混凝土的透水系數略微得到提高。由表1還可以看出，摻減水劑的透水混凝土的透水率相比基準組有一定程度的提高，但是提高效果不是很明顯。這是由于減水劑的加入使水泥漿體包裹骨料更為嚴緊，從而增大了透水混凝土內部的孔隙率，提高了透水系數。
綜上，增強料中應選用0.3%的聚羧酸減水劑。
3.2 早強組分對透水混凝土強度及透水性能的影響
由于透水混凝土的骨料是靠點接觸的方式粘結在一起，因此，適當提高水泥漿體的早期強度對透水混凝土強度的發展具有有利的影響。本試驗早強劑的摻量及試驗配合比及試驗結果見表2、圖4。
表2 摻入早強組分的透水混凝土配合比及試驗結果
Tab.2 Incorporation of permeable concrete early strength component of the mix ratio test results
圖4 早強組分摻量對強度的影響
Fig.4 Effect of early strength agent volume on strength
早強劑的摻量與透水混凝土的抗壓、抗折強度的關系如圖4。由圖4可以看出，早強劑的摻入對透水混凝土的早期強度提高非常明顯，且隨著摻量的提高，其提高幅度越大。當摻量為1.2%時，其7 d抗壓強度提高了47.1%。使用早強劑的透水混凝土28 d強度相比基準組也有一定的提高，且提高幅度隨著摻量的增大而增大。當摻量為1.0%時，其抗壓強度提高了29.1%，抗折強度也有一定程度的提高。故加入早強劑的作用在于促進水泥早期水化速度，提高混凝土的早期強度，并且對后期強度無明顯影響[4]。 對于透水混凝土而言，早期抗壓強度的提高對其后期的抗壓強度具有一定的促進作用。這是因為，早強劑對水泥早期水化的促進，使得在漿體-骨料的界面上，生成大量水化產物，呈不規則狀覆蓋在骨料表面，從而增強了粘結強度，促進了透水混凝土強度的發展。
早強劑的摻量與透水混凝土的透水系數、透水率的關系如表2所示，可以看出，早期強度對摻早強劑的透水混凝土的透水系數并無影響。這是因為，透水混凝土的透水性能主要是由內部孔隙率決定的，早強劑的加入只是促進早期強度的提高，對孔隙率并沒有影響，因此，早強劑對透水性能沒有影響。
綜上所述，增強料中應選用1.0%的早強劑。
3.3 增粘組分對透水混凝土強度及透水性能的影響
增粘劑的作用在于增加水泥漿體的粘度[5]，使透水混凝土成型時骨料與骨料之間的粘結更為牢靠，對透水混凝土強度的增長有著促進作用。本試驗選用三種增粘劑，試驗所用配合比及結果見表3，圖5。
表3 摻入增粘組分的透水混凝土配合比及試驗結果
Tab.3 Incorporation of increasing viscosity component of the permeable concrete mix ratio test results
圖5 增粘組分摻量對強度的影響
Fig.5 Effect of tackifier volume on strength
增粘劑的種類及摻量與透水混凝土的28 d抗壓、抗折強度的關系如圖5所示。由圖可以看出，摻0.1%的增粘劑對透水混凝土的抗壓、抗折強度有著非常顯著的提高，這是由于增粘劑增強了水泥漿體與骨料之間的粘結力，從而提高透水混凝土的強度。而當摻量超過0.1%時，抗壓和抗折強度呈下降趨勢，這是因為部分水泥顆粒被增粘劑乳液包裹，阻礙了水泥顆粒的充分水化，使其強度降低[5]。對比三種增粘劑，當摻量同為0.1%時，摻HX型增粘劑的透水混凝土強度要高于摻FTN型和JJX型的強度，其對抗壓強度和抗折強度分別提高了10.3%和22.7%。
改變增粘劑的種類及摻量時，透水混凝土的透水系數和透水率如表3所示。由表3可知，增粘劑的加入對透水系數和透水率都有一定程度的提高。原因是增粘劑增加了水泥漿的粘稠度，使得水泥漿體更加均勻的包裹骨料，骨料之間的膠結面積相對減小，增大了透水混凝土內部的總孔隙率。
綜上所述，增強料中應選用0.1%的HX型增粘劑。
3.4 增強料對透水混凝土的性能的影響
將本試驗得到的增強料用于透水混凝土中，所用配合比及試驗結果分別見表4和表5，得到其主要性能指標如下(其中，標準值參考CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技術規程》)。
表4 摻入增強料的透水混凝土配合比
Tab.4 Mix proportion of permeable concrete mixed with Reinforced Concrete /(kg/m3)
表5 摻入增強料的透水混凝土試驗結果
Tab.5 Experimental results of permeable concrete mixed with Reinforced Concrete
由表4和表5可以看出，與基準組相比，摻入增強料的透水混凝土容重得到增加，在強度和透水系數上都有很大提升。這是因為，在增強料的作用下，水泥漿體更加密實，骨料與漿體、骨料與骨料之間的粘結都變得更加緊密。而且，摻入增強料以后，透水混凝土的拌合用水量減少，水泥漿體的粘稠度增加，早期強度得到提高。在各組分的協同作用下，透水混凝土的強度和透水系數都得到了提高。
4 增強料對透水混凝土性能提高的機理
由透水混凝土的結構特點可知，其受力時通過骨料間的膠結點傳遞力的作用，由于骨料本身的強度較高，水泥膠凝層較薄，水泥凝膠體與粗骨料界面之間的膠結面積小，其破壞特征是骨料顆粒間的連接點處被破壞，因此在保證一定孔隙率的前提下，增加膠結點的面積，提高膠結層的強度是提高透水性混凝土強度的關鍵[6-7]。
圖6 未摻增強料的試塊受壓破壞圖
Fig.6 Specimen damage with no reinforcing material
圖7 摻入增強料的試塊受壓破壞圖
Fig.7 Specimen damage with no reinforcing material
摻入增強料的透水混凝土抗壓強度得到明顯提高，圖6、圖7分別是兩種試件受壓破壞時的斷面圖。由圖6可以看出，未摻入增強料的透水混凝土，在受壓時，骨料并沒有被破壞，而是水泥-骨料界面受壓開裂導致試件的最終破壞，試件破壞后呈現松散的狀態。圖7中加入增強料的透水混凝土，在受壓時，界面的破壞裂縫明顯減少，部分骨料在壓力的作用下被破壞，導致試件的最終破壞，試件破壞后呈現錐形。從試件的破壞形態可以看出，摻加增強料的透水混凝土內部，水泥漿體和膠結層的強度都得到了提高。
圖8、圖9是用SEM掃描電鏡觀察未摻增強料和摻加增強料之后的漿體-骨料界面過渡區的形態。由圖8和圖9可以看出，相比不摻增強料的水泥漿體，摻加增強料的水泥漿體內部水化程度較高，生成的水化產物較多，從而增加了漿體內部的密實度，提高了膠結層的強度。
水泥漿體與骨料之間的粘結力主要來源于漿體-骨料界面過渡區的機械嚙合力(水泥漿體和骨料內部晶體互相交錯抱合而形成)。增大晶體間的接觸面積，可以顯著增加漿體-骨料間的機械嚙合力，粘結強度就會提高[8]。由圖8和圖9中的漿體-骨料界面圖可以看出，相比不摻加增強料的漿體-骨料界面區，摻入增強料的界面過渡區內部的C-S-H凝膠的毛刺以及小的針狀鈣礬石均勻的覆蓋在骨料表面，使水泥漿體與骨料連成一個整體(其界面邊界模糊)；晶體接觸面積增大，晶體間的機械嚙合力也會增大，從而顯著提高了漿體-骨料之間的粘結強度。
圖8 未摻加增強料的內部漿體-骨料界面
Fig.8 Interface diagram with no reinforcing material
圖9 摻加增強料的內部漿體-骨料界面
Fig.9 Interface diagram with reinforcing material
5 結 論
(1)聚羧酸減水劑對透水混凝土的透水系數和透水率有一定的提高作用，而其對抗壓、抗折強度則有大幅度的提高，摻量在0.3%時對抗壓強度和抗折強度分別提高了35.7%和50%;
(2)早強劑對透水混凝土的早期強度有著顯著的提高效果，摻量宜為1.2%，對7 d抗壓和抗折強度的提高達到了30%和36%，效果最好；而早強劑對透水系數和透水率影響較小;
(3)增粘劑有利于骨料之間的粘結，適宜的摻量對透水混凝土的抗壓、抗折強度有提高作用。摻量為0.1%的HX型增粘劑對抗壓和抗折強度提高效果最好，分別達到了10.3%和22.7%；對透水性能也有一定程度的改進;
(4)增強料的加入，使得透水混凝土內部骨料之間的粘結力增強，顯著提高透水混凝土的強度；同時也在一定程度上增加了孔隙率，提升透水性能。
參考文獻：
[1] Wolffram S.Modelling the outflow from a porous pavement[J].Urban Water,2002,4(1):245-253.
[2] 玉井元治.コニクリートの高性能.高機能(透水性コニクリート)コニクリート工學，Vol.32,No.7:133-138.
[3] 霍 雷.減水劑對混凝土工作性和強度的影響[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學.2011:12.
[4] 吳 蓬，呂憲俊，梁志強，等.混凝土早強劑的作用機理及應用現狀[J].金屬礦山，2014,(12)：20-25.
[5] 宋作寶.混凝土增粘劑的研究[D].北京：北京工業大學,2003:06.
[6] 蔣正武，孫振平，王培銘.若干因素對多孔透水混凝土性能的影響[J].建筑材料學報，2015，10(5)：513-519.
[7] 孟宏睿，陳麗紅，薛麗皎.透水混凝土的配制[J].建筑技術，2005，36(1)：29-31.
[8] 謝慧才，李庚英，熊光晶.新老混凝土界面粘結力形成機理[J].硅酸鹽通報，2003,22(1)：7-10.
Effect of Reinforcing Agent Composition on Performance of Permeable Concrete
Abstract：The reinforcing agent is used for improving compressive strength, flextural strength and penetration of permeable concrete. The effects of water reducing composition, early strength compositiont and viscosity modifying compositon on the performance of permeable concrete were studied.The compressive strength, flexural strength, and the permeability coefficient and the water permeability of the permeable concrete were measured by changing types and content of the various components in the reinforcing agent. The experimental results show that the preformence of concrete with the reinforced agent by 0.3% of polycarboxylic superplasticizer, 1.0% of early strength increasing agent and 0.1% viscosity is more better.
Key words：permeable concrete;strength;reinforcing agent;water permeability coefficient
