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透水混凝土的材料配比与试验结果解析

来源:南京绿邦景观工程有限公司 人气:发表时间:2019-08-23 10:47

1、简介





 

 
  在现代社会中,我们开始广泛地使用透水地坪材料。那么,什么样的材料配比,才能够达到一个好的效果呢?对此,试验的效果,又是多少呢?下面,就让我们一起来看看吧!
 

2、试验原材料与试验方法


  
  2.1试验原材料
 
  试验用水泥为P·O 42.5 级普通硅酸盐水泥,初凝时间为130min,终凝时间为270min,3d和28d抗压强度分别为30.5MPa和49.6MPa。骨料采用质地坚硬、棱角分明、未风化的玄武岩,压碎值控制在15%以内,含泥量小于1%。外加剂采用江苏某公司研制的透水混凝土增强剂。水采用自来水。
 
  2.2 正交试验设计
 
  试验采用正交设计法,考察孔隙率、骨料粒径、水灰比三个因素对抗压强度、渗透系数的影响,各因素取三个水平,具体因素及水平,L9(34)正交设计与配合比安排。
 
  2.3试块制备及性能测试
 
  根据试验配比,称量水泥、骨料、水等原材料,先将骨料与水泥放入搅拌机中干拌均匀,然后分两次缓慢加入水进行湿拌,拌和均匀后出料装模。在装模过程中采用插捣成型法,分三层由四周往中间依次插捣。试验制备边长150mm的立方体试块,参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)进行7d和28d抗压强度测试。制备直径100mm、高度100mm的圆柱体试块,养护28d后,参照《透水水泥混凝土路面技术规程》(CJJ/T 135—2009)采用定水头法,试块带模进行渗透系数测试。
 

3、试验结果及分析


  
  3.1正交试验结果及分析
 
  透水混凝土正交试验结果3,PC1~PC9的28d抗压强度均大于20MPa,渗透系数在3.27~10.68mm/s之间,均值为7.92mm/s。总体而言,试验用配合比基本能满足透水铺装的强度和透水要求。
 
  透水混凝土的28d抗压强度和渗透系数是评价其性能的两个重要指标,通过正交试验进行的直观分析计算结果,其中K1、K2、K3为各因素三水平下的平均抗压强度与平均渗透系数,R为同因素不同水平下抗压强度、渗透系数的极差。由表4可知,三项影响因素对抗压强度的极差分别为5.107、0.737、1.180,表明孔隙率对透水混凝土抗压强度的影响最大,骨料粒径的影响最小,三项因素对渗透系数的极差分别为5.950、1.074、0.387,表明孔隙率仍为主要影响因素,骨料粒径影响作用次之,水灰比最小。综上可得,孔隙率对透水混凝土性能的影响远远大于其他两项因素,因而在进行透水混凝土配合比设计时应优先考虑需满足的目标孔隙率。
 
  3.2孔隙率与抗压强度、渗透系数的关系
 
  孔隙率与抗压强度、渗透系数的关系如图1所示,随着孔隙率的增大透水混凝土的抗压强度逐渐提高而渗透系数逐渐下降,15%孔隙率下的抗压强度比25%孔隙率下的抗压强度提高了19%左右,而渗透系数则降低了近1/2。原因在于透水混凝土是含有连通孔隙的骨架间隙结构,随着孔隙率的增大连通孔隙增多,其渗透系数必然得到提高,相应的连通孔隙的增多导致骨料间的接触面积减少,从而使骨料间的粘聚力变弱强度降低[3~5]。
 
  当孔隙率达到20%时,进一步增大孔隙率,抗压强度的下降速率明显加快,但渗透系数的上升幅度基本保持不变,此时增大渗透系数对抗压强度的削弱作用增加。试验发现孔隙率在18%~22%左右时,透水混凝土能在保证一定抗压强度的前提下得到较优的渗透系数,其平均抗压强度能达到25MPa,渗透系数达到6~7mm/s,能够满足实际应用。
 
 


 
  3.3骨料粒径与抗压强度、渗透系数的关系
 
  骨料粒径与抗压强度、渗透系数的关系如图2所示,渗透系数因骨料粒径的增大而增大,抗压强度随粒径的增大而减小。这是由于骨料粒径越大,成型时越难密实,导致混合料内部孔隙增多,渗透效果得到提升。同时随着粒径的增大,骨料的比表面积变小降低了骨料间的胶结点,实际上等同于降低了有效承载面积,且骨料粒径过大时在一定程度上会限制混凝土的硬化收缩导致强度降低。
 
  当骨料最大粒径从16mm增大到26.5mm时,混合料的渗透系数提高了16.7%,抗压强度降低了2.9%,可见骨料粒径对透水性能的影响远大于对抗压强度的影响。
 
  3.4水灰比与抗压强度、渗透系数的关系
 
  由图3可知,透水混凝土的抗压强度与渗透系数都随着水灰比的增大先增加后减少,在水灰比为0.25时出现拐点。原因在于当水灰比较低时浆体过于干硬虽能将骨料颗粒包裹,硬化时却无法提供理想的粘结力,导致强度偏低。当水灰比较大时,浆体的流动性增大,从而导致浆体不能很好的包裹集料,易出现浆体沉底现象,使透水混凝土上部骨料颗粒粘结不牢强度降低,下部的空隙则被堵塞而降低透水性能。经分析当水灰比在0.26~0.29时,透水混凝土的干湿状态较好,性能较优。
 
 


 

4、透水混凝土路面基层的配比优化


  
  通过对正交实验结果分析发现当目标孔隙率在18%~22%,水灰比在0.26~0.29,骨料粒径在9.5~19mm时,透水混凝土性能较优。据此设计透水混凝土路面基层优化配比为水泥用量390kg/m3,10~20mm碎石用量1550kg/m3,外加剂用量7kg/m3,水灰比0.28左右根据混合料状态调控,按此配比制备的透水混凝土28d抗压强度为26.5MPa,渗透系数为6.12mm/s。
 
  参考相关文献,28d抗压强度达到25MPa的透水混凝土其渗透系数约为3~5mm/s,30MPa的其渗透系数约为0.5~2mm/s,若在牺牲一部分抗压强度的基础上提高渗透系数,其渗透系数可达到10mm/s,但28d抗压强度只有15~20MPa。此外在混合料中加入钢纤维、有机聚合物、硅灰等材料虽能提高混凝土的抗压强度但成本也相应增加,不宜大规模使用。本实验优化配比下的透水混凝土能在满足一定强度等级的前提下仍有较高的渗透系数,性能较优。
 

5、结论


   
  (1)孔隙率对透水混凝土性能的影响最大,随着孔隙率的增大透水混凝土的抗压强度逐渐提高而渗透系数逐渐下降,当孔隙率在18%~22%左右时透水混凝土的性能较优。
 
  (2)透水混凝土的渗透系数随着骨料粒径的增大而增大,抗压强度随着骨料粒径的增大而减小,且骨料粒径对透水性能的影响远大于对抗压强度的影响。
 
  (3)透水混凝土的抗压强度与渗透系数都随着水灰比的增大先增加后减少,当水灰比在0.26~0.29时能保证透水混凝土的干湿状态良好。
 
  (4)根据正交实验结果,制备出抗压强度达到C25,渗透系数达到6mm/s的透水混凝土,能满足大部分地区透水铺装基层要求。