多孔海綿水泥混凝土性能研究

張清旭仲秀麗

（江蘇科技大學土木工程與建筑學院 鎮江 212003）

多孔海綿水泥混凝土性能研究

張清旭1仲秀麗2

（江蘇科技大學土木工程與建筑學院 鎮江 212003）

為研究海綿摻量對多孔混凝土性能的影響，采用水泥、硅灰、9.5mm粗骨料和4.5mm海綿，配制了海綿含量分別為0、0.15%、0.20%和0.25%的多孔海綿水泥混凝土混合料，壓實成型試件后，進行了抗壓強度、保水能力以及抗凍性能實驗。試驗結果表明：摻入海綿對試件強度無明顯影響，抗壓強度最大值可以達到32.8 MPa。當海綿含量為0.2% 時，保水能力最強。由于內部存在水分，海綿水泥混凝土在凍融后強度會有所下降，但不明顯。

道路工程；海綿水泥混凝土；抗凍性；強度；蒸發；降溫

0 引言

隨著經濟的發展，生活環境日益受到人們的關注。氣候變暖，是一個全球性的重大問題。城市規模的迅速擴大，導致城市相對于郊區溫度過高，從而形成“熱島效應”[1]。探索新型路面，改善這種局面亟不可待。與普通多孔水泥混凝土相比，多孔海綿水泥混凝土的保水性能有所提高，具有更好的路用價值。

1 原材料

所用原材料[2]主要包括水泥、硅灰、粗骨料和具有吸水能力的海綿。混凝土中硅灰摻量不宜太高或太低，一般摻量為5%～10%，本實驗加5%即可。粗骨料粒徑9.5mm左右，海綿粒徑4.5mm左右。

2 實驗方案

2.1試驗方案

⑴配合比設計[3]

（2）試塊拌制[4]

1、粗骨料和水泥硅灰等先干拌均勻；

2、加水拌合均勻、時間約90s；

3、海綿先濕潤再加入拌合好的混合料中，拌合均勻，時間約60s；

4、海綿摻量為0，0.15%，0.2%，0.25%等等,為海綿質量占水泥、硅灰、骨料等質量的百分比；

5、每種海綿摻量做一組，一組為三塊，摻海綿的多孔混凝土試件尺寸為直徑為10cm、高度為5cm的圓柱體，不摻海綿的普通多孔混凝土尺寸為邊長15cm的立方體；

3 試驗結果與分析

根據研究方案，試驗結果包括多孔海綿水泥混凝土的保水能力、抗壓強度、抗凍性以及抗滲性。

3.1保水能力

多孔海綿水泥混凝土區別于普通水泥混凝土的重要特征是具備較強的保水能力。保水能力評價試驗[5]是將直徑10cm高度5 cm的圓柱形試件在標準環境下養護28d后，放在室外自然風干1 h，浸水1分鐘后，放入烘箱內，烘箱溫度分別為40℃、60℃和80℃。每隔半小時測一次，稱取烘干后試件的質量。飽水試件質量與烘干試件質量之差越小，保水能力越好。圖1為不同海綿含量下海綿水泥混凝土的保水能力。

由圖1可以看出，海綿含量0.2%時試件保水性最好。當多孔海綿水泥混凝土試件中海綿含量較少時，海綿以松散狀態儲存在粗集料形成的空隙中，海綿中有足夠的孔隙容納并儲存吸收的水分。隨著海綿含量的增加，多孔海綿水泥混凝土試件中的空隙恰好被海綿顆粒填滿，且海綿沒有受到擠壓，此時保水性達到最佳。當海綿含量繼續增加后，由于試件中空隙的空間有限，此時海綿顆粒受到擠壓，孔隙體積減小，保水能力受到限制。所以，當海綿含量添加到0.2%再繼續增加時，試件的保水性反而會隨著海綿含量的增加而減弱。

3.2抗壓強度

抗壓強度是路面材料基本強度指標，抗壓強度[6]參照規范中相關試驗方法進行。圖2為海綿摻量為0.2%的多孔海綿水泥混凝土和普通混凝土抗壓強度的比較情況。

由圖2可以看出，摻入海綿對試件強度無明顯影響，抗壓強度最大值可以達到32.8 MPa。海綿顆粒分布在粗集料形成的空隙之間，此時混凝土強度主要受粗集料顆粒嵌擠作用控制，所以加入海綿后強度變化不大。

3.3抗凍性

海綿水泥混凝土具有較強的保水功能，冬季時水分進入材料后可能會造成凍融損壞。試驗[6]中將海綿含量不同的水泥混凝土試件養護28d，然后用塑料保鮮膜嚴密包裹放入凍融機進行凍融循環，凍融條件為-18℃條件下凍16h，放入25℃室溫中8h為1個循環，凍融5次。在凍融后測試試件抗壓強度。圖3為抗凍試驗結果。

由圖3可以看出，由于內部存在水分，多孔海綿水泥混凝土在凍融后強度會有所下降，但不明顯。通常混凝土材料的凍害與其水分含量有密切關系，水結冰時體積膨脹，海綿水泥混凝土凍融后的強度損失與不同海綿含量時的保水能力有關。雖然多孔海綿水泥混凝土有較強的保水能力，但由于粗集料骨架形成了體積較大的孔隙，水分不會完全充滿孔隙。海綿具有較高彈性，為水分結冰體積膨脹時產生的內力釋放提供了一定空間，所以凍融損壞沒有預想的那么明顯。

3.4抗滲性

抗滲試件尺寸為邊長160mm立方體和直徑與高皆為160mm圓柱的組合體，以6個為1組，試件成型后24h拆模，刷去兩端面水泥漿膜，然后送入標準養護室養護。養護至28d進行試驗。

混凝土抗滲性能試驗[7]按下列步驟進行：

①試件養護至試驗前1天取出，將表面晾干，然后在其側面涂一層熔化的石蠟，隨即將試件連同試件套裝在程控抗滲儀上進行試驗；

②試驗從水壓為0Mpa開始。以后每隔8h增加水壓0.1Mpa，隨時注意觀察試件端面的滲水情況；

③當6個試件中有3個試件端面呈有滲水現象時，即可停止試驗，記下當時的水壓；

混凝土的抗滲等級以每組6個試件中4個試件未出現滲水時的最大水壓力計算，其計算式為：P=10H-1，式中P-抗滲等級；H-6個試件中3個滲水時的水壓力（MPa）。

試驗時，上限值設定為1.0MPa，在45h時、下限值0.6MPa時出水，試驗結束后試件內壓強0.22MPa。根據公式，算得試件抗滲等級為5級。

4 結語

(1)與未加入海綿的水泥混凝土相比，摻入海綿對試件抗壓強度沒有明顯影響。

(2)隨著海綿含量增加，多孔海綿水泥混凝土的保水能力逐漸增強。當達到0. 20%后保水能力下降。

(3)加入海綿后混凝土的抗滲性能略微降低，達到預期目標，為5級。

(4)由于內部存在水分，凍融條件下海綿水泥混凝土強度會有所下降，但降低幅度不明顯，冬季寒冷地區應慎重選用。

[1]封江紅.關注城市熱島效應[J].南方國土資源.2003

[2]胡力群,沙愛民,張沙沙.振動壓實無砂多孔混凝土組成設計方法 [J].交 通運 輸 工 程 學 報,2012,12(2):1-9.

[3]董雨明,韓森,郝培文.路用多孔水泥混凝土配合比設計方法研究 [J]. 中外公路.2004,(1).86-89

[4]馬玉芳.路用多孔水泥混凝土室內成型方法研究[J].公路,2007.12:176—181

[5]桂霓編譯.保水性路面的施工及性能研究[J].道路建設.日本.2003.(9).5-9

[6]陳瑜,張起森,高英力.路面面層用多孔水泥混凝土力學性能試驗 [J].中 國公 路 學 報,2010,23(2):18-24.

[7]陳聰,楊林德.地下結構混凝土滲透特性試驗研究[J].巖土力學,2011,32(8):2380-2385

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1007-6344（2017）06-0010-02