透水地坪罩面劑，雙丙聚氨酯密封劑首選邦偉建材BW303，耐黃變性能好，使用進口固化劑。
【來 源】 《北華大學學報(自然科學版)》 2017年第4期P533-537頁
【分 類 號】 TU528
【分類導(dǎo)航】 工業(yè)技術(shù)->建筑科學->建筑材料->非金屬材料->混凝土及混凝土制品
【關(guān) 鍵 字】 內(nèi)疏水透水混凝土 正交試驗 抗壓強度 透水系數(shù)
【摘 要】 將疏水劑引入透水混凝土中,研制一種內(nèi)疏水型透水混凝土.采用正交試驗,以28 d抗壓強度和透水系數(shù)為試驗指標,研究孔隙率、水灰比、疏水劑種類3個因素及不同水平對內(nèi)疏水型透水混凝土性能的影響;通過極差分析及綜合平衡法,分析各因素影響的主次關(guān)系,得出最優(yōu)方案為孔隙率20%,水灰比0.28,荷葉疏水劑;通過對比試驗可知,在最優(yōu)方案下,摻入4%疏水劑較不摻入疏水劑混凝土強度提高28.9%.
隨著城市化進程的加快，大面積不透水性材料被應(yīng)用于城市建設(shè)中，給生態(tài)環(huán)境造成了嚴重危害[1].如熱島效應(yīng)、城市內(nèi)澇、地下水資源短缺、地面沉降和地表徑流污染等等.透水混凝土是一種生態(tài)型環(huán)?；炷?，能有效緩解傳統(tǒng)不透水性材料鋪裝給環(huán)境造成的不良影響.玉井元治[2]將高分子樹脂和微細骨料摻入膠凝材料中，使透水混凝土的強度得到明顯提高；T Y Lo等[3]利用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線分析系統(tǒng)，研究了輕骨料在透水混凝土中的應(yīng)用.在我國，透水混凝土的研究和應(yīng)用起步較晚.陳瑜等[4]采用正交試驗方法，優(yōu)化了透水混凝土的配合比設(shè)計；鄭木蓮等[5]提出以骨料粒徑和均勻系數(shù)作為描述級配的控制指標，以水泥用量、水灰比和骨料級配為因素，采用正交試驗得出了透水混凝土配合比的經(jīng)驗公式.
總體來看，國內(nèi)外關(guān)于透水混凝土的研究主要集中在配合比和骨料級配的優(yōu)化方面，而對在膠凝材料中添加改性助劑的研究很少[6-15].目前，還沒有將疏水劑應(yīng)用于透水混凝土的研究.摻入疏水劑是為了改變膠結(jié)層表面結(jié)構(gòu)，使混凝土內(nèi)部孔道具有疏水結(jié)構(gòu).理論上，內(nèi)疏水透水混凝土具有以下優(yōu)點：1)進入混凝土內(nèi)部的水能夠順利排出，提高透水性能；2)防止雨水長期存積于透水混凝土內(nèi)部而發(fā)生侵蝕破壞和凍融破壞，提高透水混凝土的耐久性能；3)結(jié)構(gòu)層表面爽滑，具有一定的自潔、抗污性能，可在一定程度上防止透水孔隙堵塞，提高透水持久性；4)可以提高結(jié)構(gòu)層黏結(jié)強度，提高強度.
1 試驗材料與試驗過程
1.1 試驗材料
1)水泥：吉林市聯(lián)大水泥廠生產(chǎn)的42.5級硅酸鹽水泥；2)粗集料：吉林市市政采石場生產(chǎn)的玄武巖碎石，通過實驗室震擊式標準振擺儀對碎石進行篩分，人工清洗.技術(shù)指標見表1；3)疏水劑：選用3種不同類型的疏水劑，見表2；4)水：普通自來水；5)減水劑：哈爾濱興順建筑外加劑有限公司的XSM聚羧酸高效減水劑.
表1 粗骨料基本物理性能
Tab.1 Basic physical properties of coarse aggregate
表2 疏水劑種類
Tab.2 Species of hydrophobic agent
1.2 試件制作與性能測試
根據(jù)體積法計算材料配合比.采用水泥裹石法人工拌和混合料3 min，測試工作性能，分3層裝入100 mm×100 mm×100 mm立方體試模，每層均勻插搗25次.混凝土硬化后脫模，放入恒溫恒濕養(yǎng)護箱中，在溫度(20±2)℃，相對濕度95%條件下養(yǎng)護28 d.根據(jù)國家建筑材料行業(yè)標準CJJ/T135—2009《透水混凝土路面技術(shù)規(guī)程》測試透水性和抗壓強度，所用透水儀依據(jù)上述標準自行設(shè)計制作.裝置和自制的透水儀見圖1、圖2.
圖1 透水系數(shù)試驗裝置
Fig．1 Test unit of permeability coefficient
圖2 自制透水儀
Fig．2 Homemade permeable instrument
2 試驗設(shè)計與試驗結(jié)果
本次試驗分為兩部分：第1部分通過正交試驗確定內(nèi)疏水透水混凝土配合比最優(yōu)方案；第2部分對比按最優(yōu)方案制作的內(nèi)疏水型透水混凝土與普通透水混凝土的性能.
正交試驗設(shè)計為3因素3水平，試驗指標為28 d抗壓強度和透水系數(shù).在正交試驗前先對3種因素進行交互作用試驗，結(jié)果表明，3種因素沒有交互作用，故本次正交試驗不考慮交互作用.選用正交表L9(34)安排試驗，因素C(疏水劑種類)各水平的摻量均為4%(依據(jù)產(chǎn)品使用說明選取).因素水平、試驗方案及結(jié)果見表3、表4.采用最優(yōu)方案，摻入疏水劑進行對比試驗.
表3 因素水平
Tab.3 The factor and level
表4 試驗方案及結(jié)果
Tab.4 Test scheme and result
3 試驗結(jié)果分析
由于本試驗為兩個試驗指標的正交試驗，因此采用綜合平衡法分析試驗結(jié)果.對試驗結(jié)果進行極差分析，得出因素的主次和最優(yōu)方案，見表5，各因素與各指標的趨勢見圖5、圖6.
表5 試驗結(jié)果分析
Tab.5 Test result analysis
3.1 最優(yōu)方案確定
由表5可見：對于抗壓強度和透水系數(shù)兩個指標而言，3種因素的極差均是RA>RB>RC，所以各因素對兩個指標影響的主次順序為A(設(shè)計孔隙率) >B(水灰比)>C(疏水劑種類).3種因素的不同水平對兩個試驗指標的影響不同，因此對于不同試驗指標存在不同的優(yōu)方案.抗壓強度指標的優(yōu)方案為A1B2C3，透水系數(shù)指標的優(yōu)方案為A3B1C3.因此，需要通過綜合平衡法得出綜合的優(yōu)方案.
因素A：對于兩個試驗指標，A(設(shè)計孔隙率)都是最主要的因素.由圖3、圖4可見，隨著孔隙率的增加，抗壓強度減小，透水系數(shù)增大.對抗壓強度指標取A1好，對于透水系數(shù)指標取A3好.在使用混凝土材料時，首先要考慮強度必須要滿足一定使用要求，再考慮其功能性.由表5可見，選擇A1，強度雖然較高，但是透水系數(shù)過??；選擇A2，強度相對降低不是很明顯，但是卻能保持較高的透水系數(shù).因此，綜合考慮兩種指標，選取A2.
因素B：對于兩個試驗指標，因素B(水灰比)都是相對于A的次要因素.由圖3、圖4可見，隨著水灰比的增大，抗壓強度先增大后減小，而透水系數(shù)一直減小.對于抗壓強度指標取B2好，對于透水系數(shù)指標取B1好.由表5可見，B2與B1相比，強度較高，且透水系數(shù)相差不大，能保證良好的透水性能.因此，綜合考慮兩個指標，選取B2.
因素C：對于兩個試驗指標，因素C(疏水劑種類)都是影響程度最小的因素.由圖3、圖4可見，3種類型的疏水劑對強度和透水系數(shù)的影響相差不大，對于抗壓強度指標和透水系數(shù)指標都是取C3更好.
通過以上綜合平衡法確定的最優(yōu)方案為A2B2C3，即設(shè)計孔隙率取20%，水灰比取0.28，疏水劑種類選擇AD3105荷葉疏水劑.
圖3 各因素與強度關(guān)系
Fig．3 Relationship between factors and strength
圖4 各因素與透水系數(shù)關(guān)系
Fig．4 Permeability coefficient and factors
3.2 混凝土性能對比
在相同條件下，摻與不摻疏水劑的透水混凝土性能對比見表6.由表6可見：與普通透水混凝土相比，摻入4%荷葉疏水劑的透水混凝土強度提高了28.9%，透水系數(shù)稍微有所下降.其原因是普通水泥膠結(jié)層存在微小的毛細孔腔和微裂縫，而荷葉疏水劑的摻入可以填充這些微小空隙，增強水泥黏結(jié)層強度，使透水混凝土強度得到提高；透水系數(shù)有所下降是因為水泥熟料在發(fā)生水化反應(yīng)過程中，體系中的疏水劑以微小固態(tài)顆粒的形式吸附在硬化后的膠結(jié)層表面，形成了一種致密的面層.由于該面層很薄，只能將一些極其微小的空隙封閉，并且阻止水滲透到這些微小空隙之中，造成透水系數(shù)有所下降.
表6 兩種透水混凝土性能對比
Tab.6 The contrast between two kinds of pervious concretes
4 結(jié) 論
本文研制了一種內(nèi)疏水型透水混凝土.選取設(shè)計孔隙率、水灰比、疏水劑種類3個因素，每個因素選取3個水平，以28 d抗壓強度和透水系數(shù)為指標進行正交試驗，得出了內(nèi)疏水透水混凝土的最優(yōu)方案，并將最優(yōu)方案與不摻入疏水劑的混凝土進行了對比試驗，得出如下結(jié)論：
1)隨著設(shè)計孔隙率的增大，抗壓強度減小，透水系數(shù)增大；隨著水灰比的增大，抗壓強度先增大后減小，透水系數(shù)一直在減小.在進行內(nèi)疏水混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)該綜合考慮這兩方面性能，選擇適當?shù)呐浜媳?
2)在3個因素中，對內(nèi)疏水透水混凝土性能指標影響最大的因素是設(shè)計孔隙率，水灰比次之，疏水劑的種類影響最小.通過綜合平衡法確定的最優(yōu)方案為A2B2C3，即設(shè)計孔隙率為20%，水灰比為0.28，選用荷葉疏水劑.
3)在相同條件下，摻入一定量的疏水劑會使透水混凝土的強度得到提高.其中，摻入4%荷葉疏水劑的效果最顯著，混凝土強度提高了28.9%，且對透水系數(shù)影響不大，能夠保證較好的透水性能.
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