預(yù)拌透水混凝土的工作性與力學(xué)性能試驗研究

強(qiáng) 軍

(江蘇省科佳工程設(shè)計有限公司,江蘇 無錫 214002)

引言

“海綿城市”作為新一代城市的雨洪管理概念,意味著一座城市能在面臨環(huán)境的大小變化和自然發(fā)生的災(zāi)害時能夠有較好的彈性應(yīng)對反應(yīng),可以讓城市像海綿一樣達(dá)到吸水、蓄水、滲水、凈水的作用[1]。透水混凝土是一種廣泛應(yīng)用于透水鋪裝措施中的新型生態(tài)型的道路材料,其滲水透水能力良好,具有一定的強(qiáng)度,因此也日益受到人們的關(guān)注[2-4]。《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程CJJ/T 135-2009》[5]規(guī)定透水水泥混凝土宜采用強(qiáng)制性攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌,攪拌機(jī)的容量應(yīng)根據(jù)工程量、施工進(jìn)度、施工順序和運(yùn)輸工具等參數(shù)選擇。新拌混凝土出機(jī)至作業(yè)面運(yùn)輸時間不宜超過30 min。透水水泥混凝土從攪拌機(jī)出料,運(yùn)至施工地點(diǎn)進(jìn)行攤鋪、壓實直至澆筑完畢的允許最長時間:施工氣溫5≤T＜10（℃）,允許最長時間2.0（h）；施工氣溫10≤T＜20（℃）, 允許最長時間1.5（h）；施工氣溫20≤T＜32（℃）, 允許最長時間1.0（h）。目前國內(nèi)透水混凝土的施工大多是在工地現(xiàn)場或附近利用小型強(qiáng)制性拌和設(shè)備現(xiàn)拌,然后使用翻斗車進(jìn)行運(yùn)輸,基本沒有通過大型混凝土拌和樓進(jìn)行工廠化拌和的預(yù)拌透水混凝土。這主要是由于透水混凝土的粘聚性較大、流動性很差并且硬化很快,如果長距離長時間采用罐車運(yùn)輸極易出現(xiàn)罐車入料口被透水混凝土堵塞的情況[6]。然而,采用在工地現(xiàn)場或附近利用小型拌和設(shè)備現(xiàn)拌透水混凝土,每次拌和出料量僅約0.5 m3,每次拌和對配合比也很難做到嚴(yán)格控制,透水混凝土的拌和質(zhì)量無法得到嚴(yán)格保障。因此,解決預(yù)拌透水混凝土的罐車長距離運(yùn)輸問題成為透水混凝土高質(zhì)量應(yīng)用的關(guān)鍵,需要找到一種改性劑能夠提高透水混凝土的工作性能,既能保證透水混凝土的各項強(qiáng)度指標(biāo)要求和透水性能要求,又能提高透水混凝土的流動性,有效提高透水混凝土允許的運(yùn)輸時間和運(yùn)輸距離,使預(yù)拌透水混凝土得以廣泛應(yīng)用,保證透水混凝土施工質(zhì)量。本研究通過采用可再分散乳膠粉作為改性劑對預(yù)拌透水混凝土的工作性、力學(xué)性能和透水性能進(jìn)行了研究。

1 試驗概況

1.1 原材料及配合比

膠凝材料為P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥,其基本物理性能見表1。石子為玄武巖碎石,其基本性能指標(biāo)見表2。外加劑為一種新的預(yù)拌透水混凝土增強(qiáng)劑,固含量為56%。水為普通自來水。試驗的配合比以可再分散乳膠粉摻量為變量,具體見表3。

表1 普通硅酸鹽水泥物理力學(xué)性能

表2 粗骨料基本物理性能

表3 試驗配合比/(kg/m3)

1.2 試件制備及試驗方法

試件制備過程如下：（1） 將攪拌機(jī)內(nèi)部尤其是攪拌頭進(jìn)行預(yù)濕；（2）將石子和50%的水加入攪拌機(jī)攪拌30 s；（3） 倒入已經(jīng)混合好的水泥和可再分散乳膠粉,再攪拌30 s；（4） 將剩余的水和增強(qiáng)劑加入攪拌機(jī)中,攪拌60 s；（5） 出料。測定坍落度后裝模成型試件。

采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),首先將裝模成型好的試模放入YH-90B 型號的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱,內(nèi)部環(huán)境溫度20±2℃、相對濕度95%以上,養(yǎng)護(hù)24 h 后拆模。拆模時不得嚴(yán)重磕碰邊角,使得骨料脫落。拆模后的試塊繼續(xù)放置標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)至要求的齡期后再取出進(jìn)行試驗。透水系數(shù)的測定依據(jù)JC/T2558-2020《透水混凝土》[7]測定,試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。力學(xué)性能測試按照GB/T 50081-2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[8]的規(guī)定進(jìn)行,抗壓強(qiáng)度試驗試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm,抗折強(qiáng)度試驗試件尺寸為100 mm×100 mm×400 mm；每組測試3 個試件,試驗結(jié)果取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 工作性

圖1 為各組的坍落度實測值和90 min 坍落度經(jīng)時損失值。如圖1 所示,隨著可再分散乳膠粉摻量的增加,預(yù)拌透水混凝土的坍落度持續(xù)增長,90 min 坍落度經(jīng)時損失先下降后上升。其中,可再分散乳膠粉摻量為1.5%時,預(yù)拌透水混凝土的90 min 坍落度經(jīng)時損失最小,而坍落度經(jīng)時損失率呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢,在可再分散乳膠粉摻量為1.5%時的坍落度經(jīng)時損失率也是最小,只有10%,相比于不摻可再分散乳膠粉的空白參照組,坍落度經(jīng)時損失率為29.4%。這是由于可再分散乳膠粉的加入,改善了預(yù)拌透水混凝土的工作性能,增大了流動性,從而提高了預(yù)拌透水混凝土的坍落度并降低了其坍落度經(jīng)時損失。但隨著摻量的增加,膠粉與水形成的乳膠液增大了預(yù)拌透水混凝土拌合物的粘聚性,在一定程度上對預(yù)拌透水混凝土拌合物的工作性能有所降低,同時還使得坍落度經(jīng)時損失加大。

圖1 可再分散乳膠粉摻量對（a）坍落度和(b)90min 坍落度經(jīng)時損失的影響

2.2 抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度

圖2 為各組28 d 抗壓強(qiáng)度。如圖2 所示,隨著可再分散乳膠粉摻量的增加,預(yù)拌透水混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。在可再分散乳膠粉的摻量為1.0%時,預(yù)拌透水混凝土的28 d 抗壓強(qiáng)度最大,達(dá)到了32.39 MPa,隨著摻量的繼續(xù)增加,抗壓強(qiáng)度不升反降。28 d 抗折強(qiáng)度的試驗結(jié)果見圖3。從圖3 可以看出隨著可再分散乳膠粉摻量的增加,預(yù)拌透水混凝土的28 d 抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,與抗壓強(qiáng)度變化趨勢較為一致,這證明抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度存在一定程度的相關(guān)性。這是由于少量膠粉的摻入,與水形成乳膠液體,使得預(yù)拌透水混凝土拌合物的粗骨料之間粘結(jié)強(qiáng)度提高,改善了其力學(xué)性能,但摻量繼續(xù)提升之后,過多的乳膠液體使得預(yù)拌透水混凝土拌合物具有更大的柔度,從而降低了強(qiáng)度。

圖2 各組28 d 抗壓強(qiáng)度

圖3 各組28 d 抗折強(qiáng)度

2.3 透水系數(shù)

透水混凝土由于其透水和儲水的功能,所以具有生態(tài)友好性。各組的透水系數(shù)的試驗結(jié)果見圖4。不難發(fā)現(xiàn),隨著可再分散乳膠粉摻量的增加,預(yù)拌透水混凝土的透水系數(shù)幾乎呈現(xiàn)直線下降,透水性能逐步降低。這是由于可再分散乳膠粉的摻入使得膠凝漿體的粘度增大,增加了預(yù)拌透水混凝土的粘聚性,提高了預(yù)拌透水混凝土拌合物的密實度,內(nèi)部孔隙度和孔隙的連通性下降,導(dǎo)致其透水系數(shù)的降低。但是摻有2.0%的可再分散乳膠粉的透水混凝土的透水系數(shù)為3.13 mm/s,仍然具有較高的透水能力。根據(jù)JC/T2558-2020《透水混凝土》規(guī)范中規(guī)定,對于輕載型透水混凝土透水系數(shù)不得小于0.5 mm/s,在降水較多的地區(qū)透水系數(shù)不得低于1 mm/s,所有配比仍然可以滿足其透水系數(shù)的最低使用要求。

圖4 可再分散乳膠粉摻量對預(yù)拌透水混凝土透水系數(shù)的影響

3 結(jié)論

采用單因素分析法研究了可再分散乳膠粉摻量（0%～0.2%）對預(yù)拌透水混凝土工作性,抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響,可以得到以下結(jié)論：

（1） 可再分散乳膠粉的摻入使得預(yù)拌透水混凝土的工作性能得到改善,不僅增大了預(yù)拌透水混凝土的坍落度,使其達(dá)到了200 mm 以上,90 min 坍落度經(jīng)時損失也更小。

（2） 透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨著可再分散乳膠粉摻量的增加而先增加后降低?？稍俜稚⑷槟z粉摻量為1.0%時的28 d 抗壓強(qiáng)度最高達(dá)到了32.39 MPa,28 d 抗折強(qiáng)度最高達(dá)到了5.86 MPa,完全可以滿足輕載型透水混凝土的最低強(qiáng)度要求。

（3） 透水混凝土的透水系數(shù)隨著可再分散乳膠粉摻量的增加而減少,相對水泥的摻量為2.0%時透水系數(shù)最低為3.13 mm/s,可以滿足輕載型透水混凝土的最低透水系數(shù)要求。