生态型透水混凝土的试验研究.pdf

2 0 1 2年 第 6 期 (总 第 2 7 2 期 ) N u mb e r 6i n 2 0 1 2 ( T o t a l No ． 2 7 2 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THE0RETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 2 - 3 5 5 0 ．2 0 t 2 ．0 6 ． 0 0 5 生态型透水混凝土的试验研究 付放华 。朱祥 2 刘小兵 ，钱海燕 ’ ，陆小军 ( 1 ．江苏镇 江城科新 型建材有限公司 ，江苏 镇江 2 1 2 0 0 4 ；2 ． 江苏镇江建筑科学研究院集团有限公 司 ，江苏 镇江 2 1 2 0 0 4 ) 摘要： 研究了成型工艺、 设计孔隙率、 石子粒径和硅灰掺量对透水混凝土孔隙率、 透水系数和抗压强度等性能的影响。 结果表明： 振动 成型和压制成型试样孑 L 隙率满足设计孔隙率要求 ， 透水系数大于 0 ． 5 m m ] s ， 抗压强度较高； 设计孔隙率 1 5 ％时各项性能较好； 石子粒径对 试样性能影响较大， 石子粒径越大， 透水系数越大， 抗压强度越小； 硅灰掺量在 5 ％ 时可明显提高试样的抗压强度， 较未掺硅灰试样其 2 8 d 抗压强度提高了 2 7 ％。 关键词 ： 透水混凝土 ；成 型工艺 ；透水系数 中图分类号 ： T U5 2 8 ． 2 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 6 — 0 0 1 3 — 0 4 Ec ol ogi c a l s t u dy On p er v i o us co nc r e t e F UF a n g - h u a ’ ， Z HUXi a n g ： , L 1 UXi a o — b i n g ， Q I A NHa i - y a n ， LUXi a o -j u n ( 1 ． J i a n g s uZ h e n j i a n gC i t yB r a n c ho f Ne wB u i l d i n gMa t e r i a l s C o ． ， L t d ． ， Z h e n j i ang 2 1 2 0 0 4 ， C h i n a ； 2 ． J i ang s u Z h e n j i ang R e s e a r c h I n s t i t u t e o f B u i l d i n g S c i e n c e Gr o u p C o ． ， L t d ． ， Z h e n j i ang 2 1 2 0 0 4 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e e ff e c t o f c o mp a c t i o np r o c e s s ， d e s i g np o r o s i t y ， g r a v e l s i z e a n dd o s a g e o f s i l i c af u n l eo n p o r o s i ty， p e r me a b i l i ty c o e ffic i e n t and c o m— p r e s s i v e s t r e n g t h an d o t h e r p r o p e r ti e s o f p e r v i o u s c o n c r e t e we r e s t u d i e d ． T h e r e s u l t s a r e a s f o l l o ws ： Th e p o r o s i ty o f the s a mp l e c o u ld me e t the d e s i gn r e q u i r e me n t s of p o r o s i ty wi t h v i b r a t i o n moldi n g o r p r e s s i n g， pe rm e a b i l it y c o e ffic i e nt we r e mo r e t h an 0．5 mm／ s ， c o mp r e s s i v e s t r eng t h we r e hig h e r t h a n o t h e r c o mp a c t i o n pr o c e s s e s ； De s i gn p o r o s i ty o f 1 5 ％ h a d t h e be t t e r p e r f o rm an c e； Gr a v e l s i z e ha d a g r e a t e r i mp a c t o n t h e p e r f o rm a n c e， wh e n t h e s i z e o ft h e s t o n e b i g g e r t h e p e rm e a b i l i t y c o e ffi c i e n t inc re a s e d。 b u t t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h b e c a me s ma l l e r ； W i t h 5 ％ s i l i c a f u m e c an s i g n i fi— c a n t l y i mp r o v e t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h o f t h e s a mp l e ， the 2 8 d c o mp r e s s i v e s tr e n gth i n c r e a s e d b y 2 7 ％ O V er the n o n - d o p e d s i l i c a f B me s p e c i me n ． K e y wo r d s ： p e r v i o u s c o n c r e t e ； c o mp a c t i o n p r o c e s s ； p e rm e a b i l i ty c o e ffic i e n t 0 引 言 在我国城市建设的人行道 、 自行车道、 公园、 庭院及公共 广场的路面仍以不透水的石板材和混凝土为首选[ 1 ] 。 虽然这种 路面铺装简单 ， 成本低廉， 但给城市的生态环境带来了一些负 面的影响。 随着城市化和工业化进程的加快， 高楼大厦林立， 人 口高度 集中 ， 污染急剧增加 ， 生态破坏严重 。 面对生态脆 弱 ， 人 们意识到对于路面， 应该有意识地多普及蜂窝状的结构和可渗 透路面， 因为蜂窝状的地面可以有效地改变地表的热量平衡， 自然打通地面上下的水分和热量的流通 ， 在地面水分蒸发 中， 使地表温度降低 3 - 4℃[ 2 1 。 透水混凝土有 以下几个优点[4 卅： 保 土壤生态环境的改善作用 ； 在水体净化及缓解地表径流方面 的作用。 因此开展了透水混凝土的研究， 为其在工程中的应用做准 备 ， 本试验研究了不同成型工艺 、 硅灰的掺量、 石子类别 、 设计 孔隙率等对透水混凝土孔隙率、 透水系数和抗压强度等性能的 影 响。 1 原材料及试验 方法 1 ． 1 试验原材料 水泥： 按照 G B 1 7 5 —2 o 0 7 《 通用硅酸盐》 测试水泥物理力 学性能， 结果见表 1 。 护地下水资源； 吸声降噪作用； 热环境的改善作用； 城市地表 矿物掺合料： 粉煤灰为 I 级灰， 其性能见表 2 。 表 1 水泥物理力学性 能 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 2 — 1 5 基金项 目：江苏省镇 江市社会发展科技支撑项 目( S S H2 0 0 9 0 0 0 6 ) 1 3 A——试样的上表面积， m m ； —— 水位差， mm； ￡ —— 时间， s 。 试验结果以3 块试样的平均值表示， 计算精确至1 ． 0 x l 0 mm／ s 。 本试样以 1 5℃水位为标准温度， 标准温度下的透水系数 ： k r = k 。 堕 ( 3 ) 1 5 式中： 。 ——标准温度时试样的透水系数， mm／ s ； T —— ℃时水的动力黏滞系数， k P a - s ； 。 5 ——1 5℃时水的动力黏滞系数， k P a S ； 旦——水的动力黏滞系数比。 卵1 5 2 结果与讨论 2 ． 1 成 型 工艺 的研 究 选择 5 ～ 1 0 mm的石子， 硅灰内掺 1 0 ％， 设计孔隙率为1 5 ％， 水灰比取 0 ． 3 ， 减水剂掺量为 1 ． 2 ％， 进行插捣 、 振动、 上置 0 ．5 k g 重物振动及压制成型 4种成型工艺的研究 。 图 5 - 8为不 同成 型工艺下试样 的性能 。 由各 图可 以看 出 ， 插捣成型随着插捣次数的增加 ， 孑 L 隙率越来越低 ， 强度越来越 高， 透水系数越来越低 ， 插捣 3 0次时孔隙率达设计要求， 插捣 2 5 、 3 0 次 时 7 d强度 达 2 0 MP a ， 2 8 d抗压强度 可达 3 0 MP a ， 透 水系数分别为 1 ．5 、 O ． 9 5 ram ／ s ； 振动成型当 1 0 s ≤振动时间≤3 0 S 时， 孔隙率达设计要求， 7 d强度在抗压强度 2 2 MP a左右， 2 8 d 抗压强度达 3 3 MP a 左右 ， 振动时间 ≤1 5 S 时透水 系数 均达标准 0 ．5 mm ／ s ， 但是振动 4 0 S 时强度反而降低 ， 可能是因为振动时间 太长， 产生分层； 加重物振动成型， 孔隙率均未达设计要求 ， 强 度低于振动成型， 可能是因为加重物在振动过程中料浆更加容 易分层 ， 透水系数较大 ； 压制成型随着压力的提高孔隙率越来 越低， 强度越来越高， 压力 2 0k N时孑 L 隙率达 1 7 ． 7 ％， 7 d强度达 2 1 ． 5 MP a ， 2 8 d 抗压强度达 3 0 ． 2 4 MP a ， 透水系数远高于标准 ， 而压力 3 0 k N时孔隙率达 1 6 ％， 仍高于 1 5 ％， 7 d抗压强度达 2 3 ． 3 M P a ， 2 8 d 抗压强度达 3 4 ．0 8 MP a ， 透水系数略低于标准。 综上所述， 振动成型和压制成型工艺制备的透水混凝土抗压 强度较高， 并且透水系数均能满足标准 > O ． 5 mm] s ， 可以达到轻 型车道的要求， 所以试验可通过振动成型或压制成型工艺研究。 2 ． 2 设计孔隙率对试样性能的影响 选择 5 ～ 1 0 i n i n的石子， 硅灰内掺 5 ％， 粉煤灰掺量 1 0 ％， 水 灰比取 0 ． 3 ， 减水剂掺量为 1 ．2 ％， 振动 1 0 S 成型， 研究设计孔隙 率分别为 1 0 ％、 1 5 ％、 2 0 ％对试样性能的影响( 见表 5 ) 。 由表 5可知 ， 随着设计孔隙率的提高透水系数增加 ， 而抗 压强度明显降低， 设计孔隙率 1 0 ％时， 2 8 d抗压强度较高 ， 但是 26 2 4 薹 2 2 婪 2 0 1 8 1 6 1 4 5 图 5 l O 1 5 2 0 2 5 3 O 4 0 成 型工艺 成型工艺对 7 d孔隙率的影响 28 2 6 24 2 2 2 0 替 1 8 l 6 r , - l 4 1 2 l O 成 型工艺 图 6 成型工艺对 7 d抗压强度的影响 3 4 3 2 3 0 28 2 6 出 2 4 2 2 篙 2 O 1 8 16 5 l O 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 成型 工艺 图 7 成型工艺对 2 8 d抗压强度的影响 骞 窖 饕 喇 成 型工艺 图 8 成型工艺对透水 系数 的影响 表 5设计孔隙率对试样 性能 的影响 透水系数远低于标准 ， 而且在使用的时候， 一些杂质会堵塞孔 隙， 影响透水效果； 设计孔隙率 2 0 ％时， 透水系数较大， 而 2 8 d 抗压强度低于 3 0 MP a ， 不能满足轻型车道的要求； 设计孔隙率 1 5 ％时， 2 8 d 抗压强度大于 3 0 MP a ， 同时透水系数大于 0 ． 5 mm f s ， 高于标准要求， 所以设计透水混凝土孔隙率宜选择 1 5 ％。 2 ． 3 石 子 的粒径 对试样 性 能的影 响 设计孔隙率选择 1 5 ％， 硅灰内掺 5 ％， 粉煤灰掺量 1 0 ％， 水灰比 取 0 ． 3 ， 减水剂掺量为 1 ．2 ％， 振动 1 0 S 成型， 研究石子粒径分别为 2 ．3 6 - - 5 1 T i m、 5 ～ 1 0 mi l l 、 5 ～ 1 6 ml n对 试 样 性 能 的 影 响 ( 见 表 6 ) 。 表 6 石子粒径对透水混凝土性能的影响 - 1 5 由表 6 可知， 设计孔隙率 1 5 ％时， 随着石子粒径的增大， 透 水系数增大 ， 2 8 d抗压强度降低 ； 2 ． 3 6 ～ 5 mm石子和 5 — 1 0 mm 的石子透水系数和抗压强度都比较接近， 而 5 — 1 6 m m的石子透 水系数明显增大， 抗压强度明显下降 ， 因为石子粒径增大后， 贯 通孔隙率增大， 使得透水系数增大， 透水性混凝土受力时通过 集料之间的胶结点传递力的作用 ， 当集料承受较小的荷载时， 其接触点的应力可达到非常大的值， 因此其破坏特征是集料颗 粒之间的连接点处破坏， 粒径较大的石子胶结点减少 ， 所以更 容易破坏， 抗压强度降低。 2 ． 4 硅灰的掺量的研 究 设计孔隙率 1 5 ％， 石子粒径 5 ～ 1 0 r n r f l ， 硅灰内掺 5 ％， 粉煤 灰掺量 1 0 ％， 水灰比取 0 , 3 ， 减水剂掺量为 1 ． 2 ％， 振动 1 0 s 成 型， 研究硅灰掺量对试样性能的影响( 见表 7 ) 。 表 7 硅灰掺量对透水混凝土性能的影响 由表 7可知 ， 硅灰的掺人具有很好的增强作用 ， 但硅灰的 掺入量并不是越大越好， 因为硅灰的掺入使得本来干硬性的多 孔透水混凝土拌合物浆体变得黏稠， 拌合物剩余浆体减少， 直至 搅拌发生困难， 这使多孔透水混凝土的孔隙率与透水系数下降， 同时影响混凝土的成型， 使其抗压强度下降， 对本次试验来讲 ， 硅灰添加量为 5 ％时 ， 增强效果最佳。 3结 论 比较了插捣、 振动、 加重物振动和加压成型制备试样， 其中 上接第 9页 [ 4 】赵志方罚老混凝土黏结机理和测试方法[ D I ． 大连： 大连理工大学， 1 9 9 8 ． 【 5 ]高剑平， 潘景龙， 王雨光． 不同界面剂对新旧混凝土黏结强度影响的 试验研 J 1 ．哈尔滨建筑大学学报， 2 0 0 1 ， 3 4 ( 5 ) ： 2 5 — 2 9 ． 【 6 ] 廖卫东， 水中和， 秦明强， 等． 桥涵结构补强中新旧混凝土结合状态 研究【 J 1 _ 武汉理工大学学报， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 1 2 ) ： 9 2 — 9 4 ． 【 7 ]B RU C E S ． B o n d i n g n e w c o n c r e t e t o o l d [ J ] ． C o n c r e t e C o n s t r u c t i o n ， 1 9 8 8 ( 7 ) ： 6 7 6 — 6 8 0 ． 【 8 ]G i u r g i u t i u ， L y o n s ， J ．P e t r o u ， e t a 1 ．F r a c t u r e me c h a n i c s t e s t i n g o f t h e b o n d b e t we e n c o mp o s i t e o v e r l a y s a n d a c o n c r e t e s u b s t r a t e [ J ] ．J o u r n a l o f A d — h e s i b n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 1 ， 1 5 ( 1 1 ) ： 1 3 5 — 1 3 7 1 ． [ 9 】L I G e n g - y i n g ． A n e w w a y t o i n c r e a s e t h e l o n g — t e r m b o n d s t r e n g t h of 上接第 1 2页 研究『 J ] ． 水利学报， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 8 ) ： 9 6 9 — 9 7 5 ． 【 8 ]王振红 ， 朱岳明， 李飞， 等．墩墙混凝土结构施工期温控防裂f J 1 _辽宁 工程技术大学学报： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 2 ) ： 2 2 7 — 2 2 9 ． 【 9 】 曹为民。 吴健。 闪黎． 水闸闸墩温度场及应力场仿真分析【 J 1 ． 河海大学 学报， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 5 ) ： 4 8 2 5 2 ． [ 1 0 】 陈守开， 吉顺 页 文． 泵送混凝土结构施工期温控防裂研究[ J 】 ． 水力发电， 2 0 1 1 ， 3 7 ( 2 ) ： 2 9 — 3 3 ． 【 1 l 】 张子明， 郭兴文， 杜荣强． 水化热引起的大体积混凝土墙应力与开裂 1 6 振动成型和压制成型试样孔隙率满足设计孔隙率要求， 透水系 数大于 0 ． 5 mm／ s ， 抗压强度较高， 其 2 8 d强度大于 3 0 MP a ， 可 满足轻型车道要求。 设计孔隙率对试样性能影响较大， 当设计孔隙率 1 5 ％时 ， 其透水系数和抗压强度均符合标准要求， 低于 1 5 ％时其透水系 数较低， 而高于 1 5 ％时， 其抗压强度无法达到要求。 石子粒径对试 样性能影响较 大 ， 石 子粒径越大 ， 透水 系数 越大 ， 抗压强度越小 ， 当石子粒径增大到 5 ～ 1 6 ra i n时， 其抗压强 度大幅度降低。 硅灰的掺入可明显提高透水混凝土的强度 ， 掺量 5 ％时较 未掺硅灰试样其 2 8 d抗压强度提高了2 7 ％， 继续增加掺量强度 反而下降。 参考文献 ： ⋯ 1杨善顺．环境友好I性混凝土一透水混凝土【 J 】 _广东建材， 2004( 1 O ) ． 【 2 ]2 陈娟． 透水混凝土配合比设计及其性能的试验研究[ D 】 ．杭州 ： 浙江工 业大学， 2 0 0 6 ． 【 3 ]3 金伟良， 赵羽习． 混凝土结构耐久性【 M ] ． 北京： 科学出版社， 2 0 0 2 ． [ 4 ] 陈志山． 用于水污染治理的生态t 昆 凝土技术f J 1 _建筑材料学报， 2 0 0 1 ( 3 ) ： 6 0 - 6 4 ． 【 5 】 向东．城市地面硬化的危害与防治【 J J _ 山西建筑， 2 0 0 3 ， 2 9 ( 1 3 ) ： 1 2 4 — 1 2 5 ． [ 6 】6 王波， 霍亮， 高建明．透水性地砖蒸发降温试验研究[ J 1 ．四J l I 建筑科学 研究 ， 2 0 0 4 ( 1 ) ． 作者简介 ： 联 系地址 ： 联 系电话 ： 付放华 ( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 主要从事建筑材 料研究 。 江苏省镇江市檀山路 8 号 江苏镇江建科学研究院集团有 限公司( 2 1 2 0 0 4 ) 1 5 8 5 O 4 5 4 5 40 n e w — t o — o l d c o n c r e t e b y t h e u s e o f fl y a s h [ j] ． C e me n t a n d C o n c r e t e R e - s e a r c h， 2 0 0 3 ， 3 3 ( 6 ) ： 7 9 9 — 8 0 6 ． 【 1 0 ] V AY S B U R D A M， S A B NI S G M．E mm o n s ， e t a 1 ．I n t e r f a e i a l b o n d a n d s lt l r — f a c e p r e p a r a t i o n i n c o n c r e t e r e p a i r [ J 】 ．I n d i a n C o n c r e t e J o u rna l ， 2 0 0 1 ， 7 5 ( 1 ) ： 2 7 — 3 4 ． 作者简介 ： 联 系地址 ： 联系电话 孙昊( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 博士， 讲师 ， 主要从事桥梁结构分析与加 固设计。 西安市南二环路中段 长安大学公路学院桥梁工程 系 ( 7 1 0 0 6 4 ) 1 3 5 7 2 9 8 8 6 8 2 分析【 J 】 ． 河海大学学报， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 5 ) ： 1 2 — 1 6 ． [ 1 2 1 ~有志， 朱岳明， 张国新．基于现场试验的墩墙混凝土真实温度应力 性态及开裂机理分析『 J ] ． 水力发电学报， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 5 ) ： 4 7 — 5 2 ． 作者简介 联系地址 联 系电话 陈守开( 1 9 8 o _ ) ， 男， 讲师， 博士， 主要从事水工结掏仿真研究。 河南省郑州市北环路 3 6 号 华北水利水电学院水利学院 ( 4 5 0 0 1 1 ) 1 5 0 3 81 0 6 0 51