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【來 源】 《科技展望》 2017年第7期P27-28頁
【關 鍵 字】 透水混凝土 透水系數 孔隙率 再生骨料
【摘 要】 本文介紹了一種新型材料透水混凝土,研究了在水灰比為0.28的條件下,其各材料用量以及混凝土的強度,通過對其孔隙率,透水系數的測定來確定一種最優配合比,另外在節約環保的方面考慮,選出粒徑最優的一組透水混凝土,加入再生骨料進行一系列的實驗測定,發現當替代率為50%,制備材料的抗壓性,透水性達到最優。
隨著科技的不斷進步，人生活水平的不斷提高，社會對于透水混凝土的透水性能的要求也日益提高[1]，因此，人們開始探究不同的水灰比、骨料的粗細、再生骨料的運用對于透水系數的影響來進一步確定一個最佳的配合比[2]。以此制作一種強度最好、透水性最優的透水混凝土，應用于道路，有利排除雨天道路排水，使這種材料更綠色，性能更好的建筑材料逐步融入讓人們的現代生活，為人類的可持續發展做出更大的貢獻[3]。
1實驗參數的設計與選取
透水混凝土的組成和設計應同時滿足透水性能和強度要求，其配合比也應滿足此兩點要求。到目前為止，還沒有成熟的透水混凝土配合比計算方法，依據透水混凝土所要求的透水性能和結構特征，可以認為1m3耐混凝土的表觀體積由骨料堆積而成。因此，配合比設計原則是將骨料顆粒表面用水泥漿包裹，并將骨料互相赫結起來，形成一個整體,具有一定的強度和透水性能。不需要將骨料之間的空隙填充密實[4]。1m3耐混凝土的重量應為骨料的緊密堆積密度和單方水泥用量及用水量之和，在1600～2100kg/m3的范圍之內，由此初步確定透水混凝土的配合比。根據臨沂市的降雨情況和路面情況，選取合適的透水率。
根據已確定好的水灰比，利用以下公式計算水泥用量：
(1)
(2)
WW=WJ-WC
(3)
2實驗方法
2.1抗壓強度
試件模型尺寸:10mm×10mm×10mm
(1)將準備好的石子骨料和30%的水預攪拌10秒，使石子表面充分潤濕增強其與水泥的粘合性，增強其抗壓性能。
(2)然后加入P.O42.5水泥和剩下的水繼續攪拌2分鐘，攪拌完成后倒出，清潔模具，刷油裝填透水混凝土。
(3)24小時脫模處理，恒溫養護室養護，分別測其3d、7d、28d抗壓強度。
2.2透水系數
測試透水系數步驟如下：
(1)在空心矩形柱(10cm×10cm×20cm)內裝入混凝土塊，用橡皮泥(凡士林)密封試塊與透水裝置之間的接縫。
(2)向透水儀中加水至一定高度(10cm)保持不變一段時間(10S)后停止加水，從距試件上表面10cm起計時，直至0mm為止。
透水系數的計算公式如下：
(4)
2.3孔隙率
首先取出干燥的混凝土塊測量其總體積為V，在使用大小不同的兩個盛水器具(小桶與塑料箱，二者體積差較大)，將大塑料箱去皮稱重為m1并將小桶盛滿水置于干燥的大塑料箱中，將混凝土塊用鐵絲綁定慢慢置于小桶中，等到試塊完全浸沒于水中并且水不再從小桶中溢出，將小桶與試塊取出，測得塑料箱與溢出水的質量為m2，則溢出水質量為m2-m1，其體積為空隙體積。
孔隙率的計算公式如下：
(5)
2.4實驗結果的統計與分析
(1) 不同石子粒徑混合組合混凝土的性能結果參見表1。
表1 不同石子粒徑混合組合混凝土的各性能結果
(2) 結果分析
①石子顆粒的級配對混凝土的透水率和強度影響較大，連續級配的石子配制的混凝土孔隙率較小，透水系數較低,強度較高。
②透水率隨混凝土孔隙率降低而減小，而強度隨透水率的降低而提高。可見透水混凝土的強度和透水率互相制約，配制混凝土時應充分考慮這兩項指標，孔隙率高，則混凝土強度低。通常使用透水混凝土必然要求其具有一定的透水性，所以透水混凝土配合比設計時應首先保證其孔隙率，然后通過改變膠結材強度和集料性能等方法來滿足強度的要求。
③從水泥用量方面分析：在保證最佳用水量的前提下，適當增加水泥用量能夠使集料周圍水泥漿膜層的稠度和厚度變大，可有效提高透水混凝土的強度。但水泥會使漿體增多，孔隙率減少，降低透水性。水泥用量隨著所用集料粒徑的增大而減少，一般控制在2.5kg～4kg。
3再生骨料的應用
3.1再生骨料的加入
(1)根據上述實驗結果，選擇石子粒徑組合最優組(10mm+20mm)加入再生骨料替代10mm粒徑石子，根據《普通混凝土力學性能實驗方法標準》(GB/T50081—2011)逐步加大取代量分別測其再生混凝土強度、透水性能進行試驗[5]，統計結果參見表2。
表2 再生骨料不同取代10mm粒徑石子混凝土的各性能結果
(2)結果分析
由表2可以看出，由再生骨料的替代，試塊強度，透水系數均有所提升，但其替代不可過多，試塊還是需要基礎的石子與水泥來增強其強度。0.01m3混凝土所用的再生骨料總量通常取骨料的緊密堆積密度數值,該值大致為1200～1700kg/m3。骨料主要采用粗骨料,在必要時可以摻加部分細骨料,但細骨料不宜太多,應控制在骨料總量的50%以內。
再生骨料的加入對混凝土的透水性有重要關系，再生骨料透水混凝土的透水系數隨著實測孔隙率的增大而增大。同天然骨料相比,再生骨料表面還包裹著相當數量的硬化水泥砂漿,這些硬化水泥漿使得再生骨料的表面更加粗糙,棱角較多,并且硬化水泥漿自身孔隙率大,又存在大量微裂紋,這使得再生骨料吸水率和吸水速度都比天然骨料大得多，使得其透水系數有了極大的提高。
4結論
通過改變混凝土的骨料級配以及再生骨料的摻量，研究了再生骨料對透水混凝土性能的影響，研究表明：
(1)再生混凝土的透水率仍然和空隙率成正比，同時由于再生骨料自身存有微裂紋，其透水性能更好。
(2)再生混凝的強度與再生骨料的替代量相關，摻量小于50%時混凝土強度隨之增加，再生骨料摻量多于50%時制備的再生骨料透水混凝土強度隨之減小，確定再生骨料摻量為50%時可以制備性能較好的透水混凝土。
參考文獻：
[1] 董建綱，張吉順．預壓應力混凝土大管樁鋼絞線與水泥漿體粘結力試驗研究[J]．結構工程師，2013，29(6):157～161．
[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部．JGJ 55—2010普通混凝土配合比設計規程[S]．北京:中國建筑工業出版社，2011．
[3] 鄢朝勇.發展生態環境友好型混凝土材料[J].襄樊學院學報,2006(3):84～86
[4] 陸季平.國外預制混凝土隔聲屏障的應用現狀[J].混凝土與水泥制品,1998,(1):55～56
[5] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB/T 50081—2011普通混凝土力學性能試驗方法標準[S]．北京:中國建筑工業出版社，2011．
基金項目：本文系國家大學生創新創業項目(201510452047)。
