粉煤灰改性对透水混凝土性能的影响

粉煤灰改性对透水混凝土性能的影响

0利用天然粉煤灰进行自然恢复透水混凝土是将连接孔单独添加到整体质量的特殊混凝土。与普通混凝土相比,透水混凝土具有透气、透水、吸声降噪、净化水体、改善地表土壤生态环境、缓解地表径流和城市热岛效应等优点,可以用于轻交通路面,如小区路面、停车场、城镇街道、人行道等,使这些场地保持着与周围自然环境热量、水分、空气交换的生态平衡状态。影响透水混凝土强度的因素有很多,其中最重要的是透水混凝土的孔隙率。而影响透水混凝土强度和孔隙率的最重要因素为粘结剂的强度和骨料粒径。粉煤灰作为一种传统的混凝土掺合料,利用废弃物的同时可节约水泥,并可以改善混凝土性能,已产生良好的经济效益和生态效益。目前国内外专家学者的研究基本上都是粉煤灰对普通混凝土的研究,并取得了一定成果,而对粉煤灰改性透水混凝土性能的研究相对较少。为了改善透水混凝土的性能并降低成本,本文以粉煤灰为掺合料等量替代部分水泥,研究由此配制的透水混凝土的力学性能和透水性能。1原材料和方法的试验1.1骨料的堆积密度水泥为P·O42.5级普通硅酸盐水泥,掺加物为Ⅱ级粉煤灰,骨料分别为2.5~5mm、5~10mm、10~15mm的三种不同粒径范围的碎石,其紧密堆积密度依次为1520kg/m3、1488kg/m3、1456kg/m3。水泥和粉煤灰的化学成分见表1。1.2透水混凝土的特性本试验设计了四种不同粉煤灰掺量的透水混凝土配合比。考虑到粉煤灰的特性,进行先期试配,以和易性最佳的水灰比w/c=0.30作为本次试验的水灰比,透水混凝土的设计目标孔隙率为20%。粉煤灰采用等量取代,分别取代0、10%、20%、40%,配合比设计见表2。1.3试验装修厂和护理1.3.1配合剂的制备透水混凝土的搅拌工艺通常有两种:一次加料法和水泥浆包裹骨料法。由于透水混凝土的强度主要依靠骨料颗粒间粘结点和粘结面的粘结,因此,在搅拌过程中要注意混合料的和易性,不宜过于粘稠,也不宜加水过量导致离析,水泥浆应均匀包裹在骨料表面,以达到最佳效果。本次试验中采用的透水混凝土成型工艺如图1所示。将所有粗骨料一次性加入到搅拌机中,先加入20%的水搅拌20s,使骨料表面均匀润湿,再加入水泥、粉煤灰混合料,水泥、粉煤灰会均匀的在骨料表面形成一层薄层,促进骨料表面的粘结,有助于透水混凝土强度的提高,最后加入剩余水量,能够有效避免出现离析现象。1.3.2粉煤灰透水混凝土的后期养护试验粉煤灰中SiO2、Al2O3等硅酸盐玻璃体,与水泥水化后产生的碱性激发剂Ca(OH)2发生化学反应,生成水化硅酸钙等凝胶,即火山灰效应,造成粉煤灰透水混凝土的早期强度增长缓慢。粉煤灰取代效应使水泥熟料用量减少,水化热降低;火山灰效应延长了水化反应过程,降低了水化温度的峰值。因此,粉煤灰透水混凝土的后期养护对其强度增长至关重要。试验中试件尺寸分别为150mm×150mm×150mm的立方体和100mm×100mm×515mm的长方体梁。试块成型脱模后先将其浸入水中约2min,待整体润湿后放入标准养护室的水槽中,上表面覆盖塑料薄膜,为满足粉煤灰透水混凝土的后期水化需水量,要定期补充水分,始终保证水面在混凝土的1/5高度处。2试验结果与分析2.1粉煤灰掺量对透水系数的影响不同骨料粒径、不同粉煤灰掺量条件下改性透水混凝土孔隙率和透水系数变化规律如图2、图所示。由图2可以看出,随着粉煤灰掺量的增加,不同粒径透水混凝土的孔隙率随之下降,但是下降幅度不是很大。其中,大粒径透水混凝土相对于小粒径透水混凝土的下降趋势更明显,而孔隙率值仍大于小粒径透水混凝土。由图3可以看出,随着粉煤灰掺量的增加,三种粒径透水混凝土的透水系数均明显下降,但大粒径透水混凝土的透水系数较小粒径透水混凝土要高出很多。比较图2、图3,易看出透水系数和孔隙率不是完全的正比关系,而是趋于正相关[3，11]。分析其原因如下:水泥熟料水化生成的Ca(OH)2和粉煤灰中的活性氧化硅和活性氧化铝进行水化反应生成水硬性物质,并在骨料表面形成一层致密的面层,阻止了水的渗透,使大尺寸孔隙减少,原来的连通和半连通孔隙都变成了半连通甚至封闭孔隙,小尺寸孔隙增加,导致有效孔隙率明显减小。由于半连通孔隙和封闭孔隙都不能渗水,因此,透水混凝土的透水系数急剧下降。相比而言,大粒径透水混凝土的大尺寸多一些,粉煤灰掺量对连通孔隙的影响就小一些,因此,大粒径透水混凝土的孔隙率和透水系数相对较高。2.2碳灰粉透水混凝土的力学2.2.1应用透水混凝土的前后孔隙结构的变化随着粉煤灰掺量的增加,28d抗压强度有所降低,60d抗压强度却有明显提高。究其原因,粉煤灰早期水化比较缓慢,由于其取代效应和火山灰效应的影响,28d并没有达到有效强度,而水泥水化已经充分,28d形成了一定的强度。随着粉煤灰的碱集料效应和二次水化的充分,透水混凝土原来的孔隙结构有所改变,部分孔隙被堵塞甚至封闭,即增加了密实度从而降低了连通孔隙,因此60d强度有明显提高。不同粒径透水混凝土抗压强度随着粉煤灰掺量的变化如图4、图5、图6所示。从图中可以看出,每种粒径的透水混凝土随着粉煤灰掺量的增加,其抗压强度先增大后减小,在掺量为20%时强度最大,掺量为40%的透水混凝土强度反而有所减低。相比而言,骨料粒径为5~10mm的透水混凝土抗压强度具有最大峰值,骨料粒径为10~15mm的透水混凝土强度峰值次之,骨料粒径为2.5~5mm的透水混凝土强度最低。2.2.2粉煤灰掺量对强度的影响不同骨料粒径、不同粉煤灰掺量透水混凝土的抗折强度和抗劈裂强度分别如图7和图8所示。由图可知,随着粉煤灰掺量的增加,抗折强度和抗劈裂强度也都是先提高后降低,并且在粉煤灰掺量为20%时强度最高。由于施加荷载的方式不同,抗折强度的变化波动很小。相比而言,抗劈裂强度的变化就比较明显,由于破坏形态的不同,大粒径透水混凝土的抗折强度和抗劈裂强度均大于小粒径透水混凝土。2.2.3骨料粒径对透水混凝土抗压强度的影响对不同骨料粒径透水混凝土强度的差异原因是与各自的破坏形态密切相关,如图9、图10所示。试验结果表明,骨料粒径为5~10mm的透水混凝土强度最大,粒径为10~15mm的透水混凝土强度次之,2.5~5mm的透水混凝土强度最低。且大粒径透水混凝土试件破坏后整体性相对较好,在表面出现几条清晰的贯通裂缝之后即失去了抗压强度,一般不会出现粘结体分崩脱落的现象;而小粒径透水混凝土的整体性相对较差,甚至出现粉碎现象。分析其原因,小粒径透水混凝土的整体粘结面积大,单个粒径间的粘结强度较好,但是不均匀,可能会有一部分颗粒形成一个粘结体,随着压力的增加,这些粘结体会逐渐和整体分离,导致强度折减。随着骨料粒径的增大,除了骨料之间的面粘结和点粘结形成一定的粘结强度之外,骨料之间的桥接作用增加了其相互的咬合力,从而使透水混凝土的整体强度得到提高。对于骨料粒径为10~15mm的透水混凝土,由于具有较高的孔隙率,骨料间粘结强度较低,因此,其强度较5~10mm透水混凝土强度有所降低。3第三,不同粉煤灰掺量对透水混凝土裂裂强度的影响(1)粉煤灰透水混凝土的早期强度(28d)较普通透水混凝土略低,但是后期强度增长明显,后期养护对透水混凝土的抗压强度、抗折、抗劈裂强度的增长至关重要。(2)本次试验的四种粉煤灰掺量中,掺量为20