摻合料增強透水混凝土研究進展

王 婕 楊建永

（江西理工大學 建筑與測繪學院， 江西 贛州 341000）

0 引言

透水混凝土礦物摻合料指在透水混凝土制備時，為了節約水泥、改善透水混凝土的力學性能、以及滲透性能等，在透水混凝土混合料中加入部分天然或人工的礦物材料。這些材料通常以硅、鋁、鈣等一種或多種氧化物為主要組成部分，同時具有規定的細度。透水混凝土礦物摻合料通常具有火山灰活性或潛在水硬性，也可作為膠凝材料使用，其摻量一般不小于5%。一般情況下，礦物摻合料的比表面積大于350m2/kg，比表面積大于600m2/kg的被稱為超細礦物摻合料，其增強效果非常明顯，但有可能加劇混凝土早期塑性開裂，還能夠消耗工業固廢, 節約水泥, 具有經濟和環境雙重效益。

根據其性質可分為以下三種：

（1）具有潛在水硬性的礦物摻合料。

其組成介于硅酸鹽水泥和火山灰質材料之間，此類材料自身遇水后就能發生水化和硬化，同時，可以與石灰或與水泥水化生成的Ca（OH）2發生反應，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣等膠凝性產物。

（2）具有火山灰活性的礦物摻合料。

礦物摻合料中SiO2含量較高的鋁硅或硅質材料。這類單獨遇水時并不能發生水化和硬化，但當它們與Ca（OH）2（由水、石灰或水泥水化生成）混合時，常溫下就能夠反應生成C-S-H凝膠，當有Al2O3時還會產生水化鋁酸鈣或者具有膠凝性質的產物。如低鈣粉煤灰、天然沸石粉、天然火山灰、硅灰、偏高嶺土、天然火山灰等。

（3）同時具有火山灰活性和潛在水硬性的礦物摻合料，如高鈣粉煤灰和增鈣液渣等。

（4）既不具有火山灰活性也不具有潛在水硬性的非活性礦物摻合料，但是當此類材料磨細到一定程度時，會產生類似于活性礦物摻合料的微集料效應、顆粒形貌效應和化學活性效應，如大理石粉、磨細的石灰石粉和石英砂等。

綜上可知，礦物摻合料的應用在很大程度上能夠降低水泥的用量，同時也降低了混凝土的單方能耗，成為綠色高性能混凝土選材的重要舉措。礦物摻合料對改善混凝土性能的重要性毋庸置疑。

1 摻合料透水混凝土性能影響

1.1 力學性能

當前透水混凝土最需要解決的問題是強度與透水性，但兩者時常相互矛盾。目前，我國大面積應用透水路面的工程還較少，且大多在廣場、小區等強度要求低的場所。透水混凝土的強度與骨料間的黏結力有關，骨料粒徑越大，比表面積就越大，形成的骨架單位體積內的骨料顆粒間的接觸點數量就會變少，因此粘結面積變小。李子成[1]等研究了摻入具有火山灰效應、微集料效應和顆粒形態效應的礦物活性超細粉和具有滲透性、填充性和粘結性能等的有機聚合物對透水混凝土性能的影響。結果表明，礦物摻合料的加入可以使骨料顆粒之間更加緊密，從而提高了強度。從微觀角度上，這些摻合料的主要成分與水泥的水化反應生成物發生二次水化反應，生成 C-S-H 凝膠，這種產物使得透水混凝土集料間的細小孔隙被填充，增加了透水混凝土表面的粘結面積[2]。

透水混凝土在北方地區未得到大范圍的推廣應用的一個原因是其抗凍性能，為了找到影響這一因素的解決辦法，很多學者研究了不同摻合料摻入透水混凝土后的抗凍性能變化。結果表明摻入不同礦物摻合料對透水混凝土的抗凍性能都有一定的增強作用，只是對透水混凝土的增強程度和作用機理不同。透水混凝土中的骨料、外加劑、配合比等因素均能影響透水混凝土的抗凍性能。通過 Ohama 模型[3]可知：在透水混凝土摻合料拌合過程中，摻合料活性粉中的聚合物會均勻分散在新拌透水混凝土的拌合物中，與水泥水化反應生成的 Ca( OH)2結合形成凝膠材料；隨著水與聚合物的凝膠增多，毛細孔中的水分減少，形成緊密堆積的層狀結構；透水混凝土界面部分孔隙被聚合物顆粒填充，粗骨料和粘結層表層形成密實的網狀結構，很大程度上提高了粘結層的粘聚力，同時增強了透水混凝土的韌性和抗凍性能。

1.2 滲透性能

透水系數是判斷透水混凝土性能的另一個標準。透水系數與孔隙有關，孔隙分為連通孔隙、封閉孔隙和半連通孔隙三類。從結構透水性來講，僅連通孔隙是有效孔隙，會影響透水系數。達到滲透要求的透水混凝土可以在雨天使雨水通過透水混凝土路面流入地下, 其作用不僅可以減少城市暴雨帶來的部分積水以及內澇現象, 還可以及時的補充地下水資源[4]，為生態環境的改善提供了便利。然而，具有較高的孔隙率的同時也嚴重影響了其力學性能。因此在添加摻合料時，需控制好摻量。添加礦物摻合料，改善透水混凝土的和易性，使得骨料之間的內摩擦力增加。已有學者[5]通過單摻一定比例的低品質硅灰和單摻一定比例的低品質粉煤灰，制備出孔隙率均不低于20%，透水系數均不低于20×10-2cm/s，可以滿足一般輕交通要求的路面。

2 結語與展望

我國正在大力推動“海綿城市”的發展，透水混凝土將成為建設“海綿城市”的重要組成部分之一，未來前景樂觀。大部分的摻合料都來源于工業廢料，不加以利用，不僅要占用場地堆放，而且會對環境造成污染。如果能將其稍作加工，作為透水混凝土的礦物摻合料或者膠凝材料使用，無疑具有經濟和環保意義。但總體來看，仍然存在著諸多亟待解決的問題:（1）現行標準或規范只有針對磨細礦渣粉、粉煤灰、磨細天然沸石、硅灰的標準或規范，且要求較高。到目前為止，像偏高嶺土粉、石粉、磷渣粉、鋼渣粉等一些新型礦物摻合料還沒有出臺相應的標準或規范，顯然不利于這些礦物摻合料的推廣應用。（2）透水混凝土摻合料研究多集中在粉煤灰、硅灰和礦渣上，這幾種礦物摻合料面對日漸增高的成本，對未來廣泛的應用不是長久之計，我們應當開發應用更多的綠色材料。（3）混凝土試驗研究的意義在很大程度上取決于其反映混凝土結構工程實際的程度。在研究的同時結合實際工程應用會更好的促進透水混凝土的應用發展。