不同材質(zhì)集料對(duì)透水水泥混凝土的影響分析

劉 中 沛

(蘇州交通工程試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，江蘇 蘇州 215011)

透水水泥混凝土一般由粗集料及水泥基膠結(jié)料經(jīng)拌合形成的具有連續(xù)孔隙結(jié)構(gòu)的混凝土，與普通水泥混凝土不同的是它不含細(xì)集料，由裹覆水泥基膠結(jié)料的粗集料相互粘結(jié)而成，具有密度小、高透水性、高透氣性等特點(diǎn)，是國(guó)家倡導(dǎo)海綿城市的重要組成部分。

1 原材料

考慮到透水水泥混凝土各材料的成本，所選材料均為本地區(qū)常見(jiàn)材料，避免出現(xiàn)特意采購(gòu)導(dǎo)致成本增加。拌制透水水泥混凝土的水泥、外加劑、增強(qiáng)劑的規(guī)格型號(hào)一致，集料為粒徑范圍基本一致，材質(zhì)不同的花崗巖和玄武巖。

水泥：采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，3 d強(qiáng)度、28 d強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB 175—2007通用硅酸鹽水泥的要求。

外加劑：采用高性能減水劑，主要起到減水和緩凝作用，便于運(yùn)輸和施工。

增強(qiáng)劑：采用蘇博特生產(chǎn)的SBT-PRC(Ⅱ)型透水混凝土增強(qiáng)劑，增加粗集料間的粘結(jié)效果。

集料1：5 mm～10 mm的花崗巖碎石，產(chǎn)地為浙江湖州。

集料2：5 mm～10 mm的玄武巖碎石，產(chǎn)地為江蘇溧陽(yáng)。

從兩種不同材質(zhì)集料的各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)來(lái)看，兩種集料均滿足GB/T 14685—2011建筑用卵石、碎石中的二級(jí)要求和CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程中的技術(shù)要求。從級(jí)配范圍來(lái)看，兩種不同材質(zhì)的集料粒徑均主要分布在4.75 mm及2.36 mm兩檔上，而玄武巖集料4.75 mm的粒徑占到了98.1%，相比較花崗巖集料，玄武巖集料的粒徑分布更集中；從針片狀含量方面看，花崗巖集料略高于玄武巖集料；從含泥量和泥塊含量檢測(cè)指標(biāo)來(lái)看，兩種不同材質(zhì)的集料均比較干凈，潔凈程度一致；從壓碎值指標(biāo)來(lái)看，玄武巖集料抵抗破壞的能力優(yōu)于花崗巖集料，見(jiàn)表1。

表1 兩種集料的實(shí)測(cè)指標(biāo)情況

2 混凝土配合比

依據(jù)JGJ 55—2011普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程和CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)范計(jì)算及試拌，分別確定了兩種集料的粗集料用量、膠結(jié)料漿體體積、水膠比、單位體積用水量、外加劑用量、增強(qiáng)劑摻量。

兩種不同材質(zhì)集料的水膠比均為0.26，外加劑摻量花崗巖集料的為1.08%，玄武巖集料的為1.05%，摻量基本一致，用量相同；增強(qiáng)劑摻量花崗巖集料的為1.89%，玄武巖集料的為1.84%，摻量基本一致，用量相同，見(jiàn)表2。

表2 兩種集料配合比中各材料的用量

3 混凝土拌合物

外觀方面：根據(jù)確定的配合比分別拌制兩種不同材質(zhì)集料的拌合物，兩種不同材質(zhì)集料拌合物的漿體均能夠較好的裹覆在集料表面且漿體在振動(dòng)狀態(tài)下無(wú)過(guò)多墜落現(xiàn)象。相比較而言玄武巖拌合物較花崗巖拌合物的包裹效果更好，顆粒與顆粒之間無(wú)明顯過(guò)多漿體但又形成了較好的“拉絲”效果，見(jiàn)圖1。

工作性方面：分別對(duì)兩種不同材質(zhì)集料拌合物的出機(jī)狀態(tài)、出機(jī)2 h狀態(tài)、出機(jī)3 h狀態(tài)的工作性進(jìn)行試驗(yàn)，見(jiàn)表3。

表3 不同狀態(tài)下兩種集料的工作性情況 mm

兩種不同材質(zhì)集料拌制的拌合物在外加劑的作用下，坍落度在出機(jī)2 h時(shí)均能夠保持基本不損失的狀態(tài)，但在出機(jī)3 h時(shí)坍落度均損失非常明顯，失去了流動(dòng)性。經(jīng)分析拌合物工作性經(jīng)時(shí)損失的影響主要來(lái)源于外加劑，集料材質(zhì)的種類對(duì)拌合物的影響較小。

4 混凝土硬化后性能

CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程中建議透水水泥混凝土現(xiàn)場(chǎng)施工宜采用平整壓實(shí)機(jī)或采用低頻平板振動(dòng)器振動(dòng)和專用滾壓工具滾壓壓實(shí)，本次施工現(xiàn)場(chǎng)采用低頻平板振動(dòng)器進(jìn)行壓實(shí)，為了讓成型的強(qiáng)度及透水試件更大程度的反映現(xiàn)場(chǎng)情況，強(qiáng)度及透水試件采用低頻平板振動(dòng)器成型，見(jiàn)圖2,圖3及表4，表5。

表4 透水水泥混凝土試件外觀情況

試件類型集料類型花崗巖玄武巖強(qiáng)度試件側(cè)面頂面底面透水試件側(cè)面底面

表5 透水水泥混凝土硬化后性能指標(biāo)情況

采用低頻平板振動(dòng)器成型的試件，脫模后可以看出花崗巖集料拌制的試件上部出現(xiàn)了漿體下沉現(xiàn)象，玄武巖集料拌制的試件未出現(xiàn)明顯漿體下沉現(xiàn)象。

在水灰比、外加劑、增強(qiáng)劑、成型狀態(tài)相同的情況下，花崗巖集料拌制的混凝土與玄武巖集料拌制的混凝土抗壓強(qiáng)度基本一致，但花崗巖集料拌制的混凝土透水系數(shù)明顯低于玄武巖集料拌制的混凝土。從不同時(shí)間成型試件的抗壓強(qiáng)度看，兩種不同材質(zhì)集料在可塑狀態(tài)下成型試件的抗壓強(qiáng)度變化不大，但在拌合物流動(dòng)性明顯下降后，成型試件的抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)較為明顯的降低。

從出機(jī)2 h澆筑的混凝土取芯情況看，花崗巖芯樣的側(cè)面及端面開(kāi)孔孔隙較少，大部分孔隙已被水泥漿體填充；玄武巖芯樣的側(cè)面及端面也存在部分孔隙被水泥漿體填充的現(xiàn)象，但玄武巖芯樣的開(kāi)孔孔隙明顯多于花崗巖芯樣，且玄武巖芯樣的透水系數(shù)也明顯高于花崗巖芯樣；從出機(jī)3 h澆筑的混凝土取芯情況看，花崗巖芯樣和玄武巖芯樣的側(cè)面及端面均呈現(xiàn)出較多的開(kāi)孔孔隙，且兩種混凝土都具有較高的透水系數(shù)。另外從玄武巖集料芯樣看出，兩個(gè)時(shí)間段澆筑的混凝土均存在泥漿堵塞開(kāi)孔孔隙的現(xiàn)象，見(jiàn)表6，表7。

表6 透水水泥混凝土芯樣外觀情況

表7 透水水泥混凝土現(xiàn)場(chǎng)芯樣透水系數(shù) mm/s

5 結(jié)語(yǔ)

1)從配制的混凝土效果來(lái)看，在采用相同水泥、外加劑、增強(qiáng)劑，保持水灰比、外加劑用量、增強(qiáng)劑用量相同的情況下，由于玄武巖集料具有良好粒形、均勻的級(jí)配、堅(jiān)硬的質(zhì)地等特點(diǎn)，拌制的透水水泥混凝土從拌合效果到硬化后效果再到現(xiàn)場(chǎng)取芯效果均優(yōu)于花崗巖集料拌制的透水水泥混凝土，是配制透水水泥混凝土的較好材料。

2)從原材料目前的價(jià)格來(lái)看，玄武巖集料每噸價(jià)格約為花崗巖集料的1倍多，這無(wú)形中提高了混凝土的成本，花崗巖集料在價(jià)格方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

3)從花崗巖透水水泥混凝土和玄武巖透水水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度、透水系數(shù)的數(shù)據(jù)來(lái)看，這兩個(gè)指標(biāo)之間成反比關(guān)系，即抗壓強(qiáng)度越高，透水系數(shù)越小。因此在透水水泥混凝土設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各指標(biāo)要求，通過(guò)試驗(yàn)確定各材料的最佳比例，避免出現(xiàn)麻木追求個(gè)別指標(biāo)要求，忽視了其他指標(biāo)，使得透水水泥混凝土整體效果不佳。

4)花崗巖透水水泥混凝土和玄武巖透水水泥混凝土施工時(shí)均應(yīng)把握從出機(jī)到澆筑完畢的時(shí)間，雖然出機(jī)時(shí)間長(zhǎng)的混凝土形成的開(kāi)孔孔隙較多，但混凝土的粘結(jié)力也隨時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)明顯下降的現(xiàn)象。因此透水水泥混凝土的最佳施工時(shí)間應(yīng)在充分考慮運(yùn)輸距離、氣溫、施工工藝等因素的前提下進(jìn)行確定，必要時(shí)應(yīng)通過(guò)選擇不同類型的外加劑進(jìn)行調(diào)整，不得采用直接加水的方式進(jìn)行施工。

5)透水水泥混凝土施工結(jié)束后應(yīng)注意成品的保護(hù)，從后期取芯的芯樣可以看出，如不及時(shí)進(jìn)行保護(hù)，容易導(dǎo)致泥土等進(jìn)入孔隙，堵塞孔隙，降低了混凝土的透水效果。因此施工結(jié)束后的透水水泥混凝土應(yīng)及時(shí)覆蓋養(yǎng)護(hù)，避免出現(xiàn)污染現(xiàn)象。