粉煤灰的不同添加方式對透水混凝土性能的影響研究

(西昌學院 土木與水利工程學院 四川 西昌 615000)

一、引言

透水混凝土是一種具有大量連通孔隙的蜂窩狀混凝土，具備良好地透氣透水、吸聲降噪等特性，能有效改善城市熱島效應、城市內澇、降低路面噪聲。近年來，在公園步道、自行車道、停車場以及網球場等受壓較小的路面得到了廣泛應用。為進一步提高透水混凝土的綜合性能，使其廣泛應用于更多的領域，許多學者進行了大量研究，有研究表明，以粉煤灰作為礦物摻合料添加于混凝土中，可替代部分水泥，減少水泥用量，并有效改善混凝土綜合性能。本文在前人的研究基礎上，分別采用外摻法和內摻法添加粉煤灰，以此研究粉煤灰的不同添加方式對透水混凝土透水系數和抗壓強度的影響規律，為制備優良透水混凝土提供參考。

二、試驗材料及方法

試驗采用P.O42.5R水泥、粉煤灰、5～10mm碎石、水及聚羧酸高效減水劑為主要原材料，水膠比為0.2，目標空隙率為21%。1m3透水混凝土中水泥：水：粗骨料=473kg：96.3kg：1410kg，減水劑為4.73kg，以此配合比為基礎，分別采用外摻法和內摻法添加粉煤灰。外摻法是在保持水泥用量不變的情況下，分別添加水泥質量2%、4%、6%、8%、10%的粉煤灰(為避免目標空隙率發生較大變化，添加量控制在10%以內)；內摻法是在保持水膠比不變的情況下，分別添加膠凝材料質量2%、4%、6%、8%、10%、15%和20%的粉煤灰，等量替代水泥。攪拌工藝采用一次性投料機械攪拌2.5min；成型工藝為機械振搗成型15s；自然狀態下水中養護28d。采用NELD-PC376透水系數測定儀測試透水系數，萬能試驗機測試抗壓強度。

三、試驗結果及分析

(一)透水系數

圖1為分別采用外摻法和內摻法添加粉煤灰所得試塊的透水系數變化曲線。由圖可知，兩種添加方式對透水混凝土的透水系數產生了相似的影響規律，均隨著粉煤灰添加量的增加，透水系數先增大后降低。采用外摻法時，當粉煤灰添加量為水泥質量8 %時，透水系數達到最大，為22.14 mm/s；采用內摻法時，當粉煤灰添加量為膠凝材料質量15%時，透水系數達到最大，為25.03 mm/s。這可能是因為不論采用外摻法還是內摻法，粉煤灰的適量添加，均可使透水混凝土中的漿體變得更粘稠，在振搗成型過程中漿體越不容易從粗骨料表面脫落而堵塞部分空隙，因此透水系數越大。但當粉煤灰的添加超過一定量時，粉煤灰對透水混凝土空隙的填充效應起了主導作用，導致空隙率明顯下降，因此透水系數逐漸降低。而外摻法和內摻法在不同位置出現峰值的原因，在于采用外摻法添加對透水混凝土的空隙具有更明顯的填充作用，外摻法添加時混凝土空隙率下降更快，因此透水系數更早出現峰值。

圖1 粉煤灰的不同添加方式對透水系數的影響

(二)抗壓強度

圖2為分別采用外摻法和內摻法添加粉煤灰所得試塊的抗壓強度變化曲線。由圖可知，兩種方式添加粉煤灰對抗壓強度產生了不同規律的影響；采用外摻法時，抗壓強度逐漸上升，當添加量為水泥質量10%時達到最大，為27.45 MPa；而采用內摻法時，抗壓強度先增大后降低，當添加量為膠凝材料質量15 %時達到最大，為23.22 MPa。分析原因，可能是由于外摻法添加2～10%的粉煤灰時，透水混凝土的粘聚性得到改善，且由于粉煤灰的填充效應，使混凝土的空隙率下降，密實度上升，從而提高了抗壓強度；內摻法添加粉煤灰時，當粉煤灰添加量少于15%時，由于粉煤灰的比表面積大于水泥的比表面積，隨著粉煤灰添加量的增多，單位用水量減少，膠凝材料漿體變稠，透水混凝土的粘聚性變好，抗壓強度更高，但當粉煤灰添加量超過15%時，雖然具有一定的填充效應，但由于膠凝材料比表面積的進一步增大，導致單位水量顯著減少，甚至不能使膠凝材料充分分散開來以包裹粗骨料表面，導致透水混凝土粘聚性下降，抗壓強度下降。

圖2 粉煤灰的不同添加方式對抗壓強度的影響

四、結論

(1)采用外摻法添加粉煤灰時，透水系數先增大后降低，抗壓強度則逐漸上升，當添加量為水泥的10%時，抗壓強度達到最大，為27.45 MPa，透水系數為15.26mm/s。

(2)采用內摻法添加粉煤灰時，透水系數和抗壓強度均呈現先增大后降低的趨勢，均在添加量為膠凝材料的15 %時達到最大，分別為25.03 mm/s和23.22 MPa。

(3)當粉煤灰添加量少時，采用外摻法比內摻法對透水混凝土抗壓強度和透水系數的改善更顯著。采用內摻法添加適量粉煤灰，可同時提高透水系數和抗壓強度。