成型方式和砂率对透水混凝土性能的影响

成型方式和砂率对透水混凝土性能的影响

0无砂透水混凝土的成型由于透水混凝土具有透水性、渗透性和低质量的特点，它被广泛应用于绿色混凝土、透水性路面材料、水工建筑物和排水系统的反滤层。随着环境问题日益得到人们重视，透水性混凝土材料的特殊功能越来越引起人们的兴趣。通常透水混凝土不掺细骨料，由胶凝材料、粗骨料、外加剂和水按一定的比例拌和而成，称为无砂透水混凝土。由于没有细骨料，混凝土几乎没有流动性，骨料间主要靠水泥浆黏结，因此成型方式对透水混凝土性能影响很大。并且无砂混凝土堆积不够紧密，在保证一定透水性情况下其强度通常较低。本文通过试验，分析了成型方式对透水混凝土试块的影响，确定了合适的成型方式。并掺入适量的细骨料，在保证透水的基础上，提高了透水混凝土的强度，分析了砂率与透水混凝土性能的关系。1充填胶结充填材料透水性混凝土可以看作由三部分组成，即粗骨料形成的骨架、水泥浆体形成的胶结层及它们之间的孔隙。按照密实程度的不同，透水性混凝土可以用以下五种模型来表示，如表1所示。当透水性混凝土处于第二类小孔状态时是比较理想的，此时水泥净浆或加入少量细骨料的砂浆薄层包裹在粗骨料表面，作为骨料之间的胶结层，形成骨架———孔隙结构。作为骨架的粗骨料和作为胶结薄层的水泥浆紧密相连，它们之间的孔隙也是连通的，此时的透水性混凝土具有较好的透水性，也可以得到相对较高的强度。当处于密实或毛细孔状态时，接近于普通混凝土，具有较高强度，但是没有形成可以透水的孔隙；当处于第一类小孔状态时，虽然形成了孔隙，但是由于孔隙不连通，也不能有很好的透水性；而当处于大孔状态时，由于胶结材料太少且不连续而不能有较好的强度。当透水性混凝土受到力作用时，主要通过粗骨料之间的胶结点传力，由于水泥胶结层很薄，水泥凝胶体和粗骨料界面之间的胶结面积很小，因此破坏时主要是骨料颗粒之间的连接点破坏，从而使混凝土散裂，失去强度。2试验总结2.1粗骨料、细骨料和外加剂胶凝材料采用北京水泥有限公司生产的P·O42.5级水泥，28d抗压强度52.1MPa，粗骨料采用怀来10～20mm的碎石，细骨料采用怀来中砂，外加剂采用成城外加剂有限公司生产的CC-8复合防冻剂，拌和及养护的水使用自来水。2.2配合比设计原则透水混凝土的配合比设计到目前为止仍无成熟的计算方法，根据透水混凝土所要求孔隙率和结构特征，可以认为1m3混凝土的外观体积有骨料堆积而成。因此，配合比设计的原则是将骨料颗粒表面用一层薄水泥浆包裹，并将骨料颗粒互相黏结起来，形成一个整体，具有一定的强度，而不需要将骨料之间的孔隙填充密实。1m3透水混凝土的质量应为骨料的紧密堆积密度和单位立方米水泥用量及水用量之和，大约在1600～2100kg的范围内。根据这个原则，可以确定透水混凝土的配合比。2.3混凝土养护试验试件尺寸为100mm×100mm×100mm，按普通混凝土试验规程，成型后24h拆模，在标准条件下养护至28d龄期进行试验。2.4渗透系数透水系数利用简易的透水性测定装置，采用变水位测定法，如图1所示。2.5孔络电阻率孔隙率是材料自然体积内孔隙体积所占的比例，试验中用排水法测定。3试验过程和结果分析3.1机械振捣试块的制作根据经验值，水灰比是0.3左右时，透水混凝土的强度和透水系数达到比较好的结合点，所以试验中采用0.3的水灰比，以相同的水泥用量、外加剂掺量和骨胶比为基础设计配合比，通过四种不同的成型方式制作试块，试验数据如表2所示。从外观看，手工插捣制作的试块均匀性较好，但密实度差；机械振捣的试块比较密实，但下部的浆体比上部多，振捣时间越长，下部浆体越多。从以上数据可以看出，机械振捣时间越长，孔隙率越小，堆积越紧密，强度越高，但孔隙率越小，透水系数越小；比较3#成型方式和4#成型方式，用3#方式做的试块，强度和透水系数有比较好的结合点，用4#方式做的试块，强度增加很少，但透水系数降低很多，这是因为振捣时间过长，水泥浆大多沉积在下部，而上部则只是粗骨料堆积在一起，缺少胶结，所以强度和透水性都受到了不利影响。3.2砂率对混凝土透水系数的影响以0.3的水灰比，相同的水泥用量、外加剂掺量为基础，设计配合比。试验中采用相同的成型方式（手工插捣10次机械振捣10s），试验数据如表3所示。表3中的数据显示加入30kg砂，砂率为2.1%时，对混凝土的强度和透水系数影响不大，但加入50kg砂，砂率为3.4%时，混凝土的强度和透水系数都有显著变化。当加入100kg砂时，混凝土内部的大部分孔隙处于密实或毛细孔状态，接近于普通混凝土，虽具有较高强度，但是几乎没有形成可以透水的孔隙，处于第一类小孔状态。从上述试验结果得出砂率与透水混凝土强度、透水系数和孔隙率的关系，增加砂率，透水混凝土的强度增加，透水系数和孔隙率降低，并且砂率为3.4%和6.9%时，透水混凝土的强度和透水系数有显著的变化，见图2～4。4振捣成型试样(1）通过试验分析，不同成型方式，透水混凝土强度、透水系数和孔隙率也不相同，手工插捣成型的试块上下层较均匀，但堆积松散；机械振捣成型的试块堆积紧密，但浆体容易在下部沉积。通过手工插捣和振捣相结合，强度和透水系数有较好的结合点。(2）通常透水混凝土中没有细骨料，透水性