不同成型方法對(duì)透水混凝土透水性能的試驗(yàn)研究

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(jìn)口固化劑。

【作者機(jī)構(gòu)】 鹽城工學(xué)院
【來(lái)    源】 《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》 2017年第3期P9-13頁(yè)
【分 類 號(hào)】 O 4-34
【關(guān) 鍵 字】 透水混凝土　　滲透系數(shù)　　有效孔隙率　　靜壓成型

【摘    要】 對(duì)透水混凝土滲透系數(shù)測(cè)量裝置進(jìn)行改進(jìn)，并利用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置研究了5～10 mm和10～20 mm兩種不同骨料粒徑的透水混凝土試件，在不同成型條件下的滲透系數(shù)、有效孔隙率和飽和含水量進(jìn)行測(cè)量。

透水混凝土是一種可以減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)、與環(huán)境協(xié)調(diào)共生，能為人類構(gòu)造舒適生活環(huán)境的綠色環(huán)保材料。是一種由骨料，水泥和水拌制而成的具有連續(xù)孔隙的混凝土，既有一定的強(qiáng)度，又有一定的透氣透水性能。其經(jīng)常使用于鋪筑道路、廣場(chǎng)、人行道路等，能夠擴(kuò)大城市的透水透氣面積，增加行人、行車(chē)的舒適性和安全性，減輕城市內(nèi)澇，降低交通噪音，能調(diào)節(jié)城市空氣的溫度和濕度，對(duì)于生態(tài)平衡有著重要的作用。目前國(guó)內(nèi)對(duì)透水性混凝土已經(jīng)做了一定的研究，但是理論的研究還不夠系統(tǒng)和深入[1-4]；透水性能測(cè)試的技術(shù)、設(shè)備以及應(yīng)用技術(shù)還不夠完善，要達(dá)到廣泛大面積的應(yīng)用還需要做大量的工作。本文在改進(jìn)了現(xiàn)有的透水混凝土滲透系數(shù)測(cè)量?jī)x器設(shè)備的基礎(chǔ)上，研究了兩種骨料粒徑、不同成型方法對(duì)透水混凝土滲透系數(shù)以及孔隙率的影響[5-11]。

1 方形透水混凝土滲透系數(shù)測(cè)試裝置

在實(shí)驗(yàn)執(zhí)行前，在規(guī)范和文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上對(duì)線性設(shè)備進(jìn)行改造，引入傳感器技術(shù)到實(shí)際測(cè)量中來(lái)提高相關(guān)精度。相關(guān)改進(jìn)如下：

1.為了方便測(cè)量水的流量和流速，在供水水管和溢流導(dǎo)流管處均設(shè)置流量計(jì)來(lái)讀數(shù)[12]。

2.為了方便測(cè)量和控制測(cè)量筒內(nèi)液面高度，在測(cè)量筒外壁一側(cè)伸出一個(gè)帶刻度的聯(lián)通管，其最小刻度單位是0.5 mm。在連通管內(nèi)部?jī)?nèi)置輕質(zhì)有色小球，試驗(yàn)時(shí)小球高度所示刻度即為圓筒內(nèi)液面高度。

3.為了方便控制變量以減小誤差，溢流水槽一側(cè)上部開(kāi)設(shè)有三個(gè)不同高度的溢流口，每個(gè)溢流水槽溢流口均設(shè)有控水閥門(mén)。

通過(guò)以上三點(diǎn)的改進(jìn)，可以方便操作的進(jìn)行，并使得測(cè)量數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)可靠。

2 試件原材料及試驗(yàn)方法

2.1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

測(cè)試中原料用水泥為42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥；為考慮不同粒徑對(duì)透水混凝土性能的影響，分別選用粒徑為5～10 mm、10～20 mm的片狀礫石，試件水灰比設(shè)計(jì)參見(jiàn)表1。

2.2 試樣制備工藝

試樣制作中先將石料與50%用水量加入強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌合30 s，再加入水泥拌合40 s，最后加入剩余的用水量拌合50 s后出料。

各組試件取其中一組自然放置，余下七組分別采取振動(dòng)和靜壓的方式來(lái)成型具體參數(shù)如下：振動(dòng)(時(shí)間分別為：5S、10S、15S)、靜壓(500N靜壓10S和20S、1000N靜壓10S和20S)。

3 相關(guān)參數(shù)及其測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)

3.1 滲透系數(shù)的測(cè)定

滲透系數(shù)的測(cè)定方法參考中華人民共和國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》 CJJ/T 135-2009進(jìn)行。其中透水系數(shù)計(jì)算公式如下[1]：

kT=

(1)

式中：kT水溫T℃時(shí)試樣的滲透系數(shù)，mm/s；Q為時(shí)間t秒內(nèi)的滲透水量，L為試樣的厚度，mm； A為試樣的上表面積，H為水位差，mm；t為時(shí)間，s。

3.2 有效孔隙率的測(cè)定

由于透水性混凝土中的孔隙有三種，即：封閉的孔隙、開(kāi)口但是不連續(xù)的孔隙(“布袋型”孔隙)、貫穿混凝土且連續(xù)的有效孔隙。其中第三種貫穿型的孔隙為混凝土透水的最主要原因。

對(duì)透水有效的有效孔隙(貫穿孔隙及與之相連的布袋型孔隙)是實(shí)際功能孔隙，因此需要對(duì)有效孔隙率進(jìn)行的測(cè)量可以有效的判斷出實(shí)際透水性能的優(yōu)劣，相關(guān)測(cè)量方法如下：

(1)直接將吸水飽和的透水混凝土試塊放入盛滿水的水槽中，用量筒接取從溢水口溢出的水，讀取量筒內(nèi)讀數(shù)即為試塊材料體積及其中的封閉型孔隙體積之和，記為v1；

(2)用加熱融化后的石蠟密封裹吸水飽和的透水混凝土試樣四周，并將試件表面找平后，將試件放置于盛滿水的水槽中，用量筒接取從溢水口溢出的水，讀取量筒內(nèi)讀數(shù)即為透水混凝土試樣的體積，記為v0；

(3)按下式計(jì)算試件的有效孔隙率P(精確到0.1%)：

P=()×100%

(2)

3.3 飽和含水率的測(cè)定

本研究中含水率的測(cè)定方法如下：

(1)將已經(jīng)養(yǎng)護(hù)完全的透水混凝土試塊完全浸泡在水中24 h，使其吸水飽和后，測(cè)量其質(zhì)量，記為m1。

(2)將吸水飽和后的透水混凝土試件放在高溫烘箱中烘烤24 h，使其達(dá)到面干狀態(tài)，烘烤溫度65 ℃。完成后測(cè)量其質(zhì)量，記為m2。

(3)按下式計(jì)算飽和透水混凝圖的含水率W(精確到0.1%)；

W=()×100%

(3)

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)以上的方法測(cè)定試塊的滲透系數(shù)、孔隙率、含水率，將試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到數(shù)據(jù)表以及骨料粒徑、成型工藝與滲透系數(shù)，有效孔隙率和飽和含水量見(jiàn)表2。

4.1 試件滲透系數(shù)變化及其規(guī)律

由于透水混凝土是一種斷級(jí)配混凝土材料，其中粗骨料是構(gòu)成透水混凝土骨架的主要組成材料，骨料的粒徑大小對(duì)透水混凝土的透水性能有著非常重要的影響。通過(guò)前人的研究發(fā)現(xiàn)，不同的成型方式對(duì)透水混凝土同樣有著重要的影響。本次實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的滲透系數(shù)見(jiàn)表2，通過(guò)比較表格2中滲透系數(shù)的數(shù)據(jù)可以繪制出圖2。由圖2可知：

從圖2-A中可以明顯看出，在相同骨料粒徑、配合比的情況下，隨著振動(dòng)時(shí)間的增長(zhǎng)，透水混凝土的滲透系數(shù)減小，滲透性能降低。

注：圖2B、C中1、2、3分別代表未靜壓構(gòu)件、靜壓10 s構(gòu)件和靜壓20 s構(gòu)件。

由圖2-B、2-C可知，在骨料粒徑、配合比及成型壓力相同的情況下，隨著靜壓時(shí)間的增長(zhǎng)，透水混凝土的滲透系數(shù)減小，滲透性能降低。對(duì)比500N和1000N壓力成型試件發(fā)現(xiàn)靜壓力也會(huì)影響滲透性能，但其影響程度小于靜壓時(shí)間的影響。

對(duì)比圖2-A、2-B、2-C可知，在配合比及成型工藝相同的情況下，大粒徑骨料制備的透水混凝土試件，其滲透系數(shù)大于小粒徑骨料制備的透水混凝土試件。這是因?yàn)榇罅焦橇现g的間隙大于小粒徑骨料。從透水性能角度來(lái)看，大粒徑骨料是制備高透水性混凝土的第一選擇。

通過(guò)表2中滲透系數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)合圖2的變化規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，在比對(duì)成型工藝的和滲透系數(shù)的關(guān)系下，靜壓成型比振動(dòng)成型對(duì)滲透系數(shù)的影響程度更大，在10 s的成型時(shí)間下，1 000 N的靜壓力作用的試件滲透性能最小，而此時(shí)振動(dòng)成型構(gòu)件的滲透系數(shù)接近靜壓構(gòu)件的2.5倍。

4.2 構(gòu)件有效孔隙率變化及其原因

孔隙是透水混凝土透水的直接原因，由于成型技術(shù)的不同，產(chǎn)生的連通型的有效孔隙的程度也不一樣。通過(guò)比較表2中有效孔隙率的數(shù)據(jù)可以繪制出圖3。有圖可知：

由圖3-A可以看出，在相同的骨料粒徑級(jí)配下的情況下，伴隨振動(dòng)試件的增加，透水混凝土試件的內(nèi)部連通的有效孔隙率減小。

由圖3-B、3-C可以看出，相同的骨料級(jí)配的試件，在靜壓力成型的條件下，伴隨著靜壓力的提高和靜壓時(shí)間的增長(zhǎng)，透水混凝土的有效孔隙率降低。

對(duì)比圖3-A、3-B、3-C可知，在配合比及成型工藝相同的情況下，大粒徑骨料所制成的透水混凝土的有效孔隙率明顯大于小粒徑骨料所制成的透水混凝土。

注：圖B、C中1、2、3分別代表未靜壓構(gòu)件、靜壓10 s構(gòu)件和靜壓20 s構(gòu)件。

結(jié)合表2中關(guān)于有效孔隙率的數(shù)據(jù)和土3中變化規(guī)律也可以發(fā)現(xiàn)在級(jí)配不變的情況下，成型工藝的不同對(duì)有效孔隙率的影響也是存在的。靜壓成型條件下的孔隙率明顯小于振動(dòng)條件的試件。取10 s情況下的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)成型試件的有效孔隙率不超過(guò)靜壓成型構(gòu)件的1.5倍。

4.3 骨料粒徑以及成型工藝對(duì)飽和含水率的影響

由圖4可以看出，不管是成型工藝的改變還是粒徑的改變，在選材批次相同的情況下透水混凝土試件的飽和含水率維持在6.2%以內(nèi)，成型工藝以及骨料粒徑的不同對(duì)其飽和含水率的影響不超過(guò)0.9%。在材料確定的情況下，混凝土自身的密實(shí)程度會(huì)對(duì)材料的吸水性能有影響，但相對(duì)于整體的含水率而言影響程度不大。

4.4 變化原因分析

圖2-A、圖3-A都顯示在振動(dòng)條件下伴隨成型試件的增加，滲透系數(shù)和有效孔隙率呈降低趨勢(shì)，考慮其原因是在振動(dòng)成型過(guò)程中，呈半流動(dòng)狀態(tài)的水泥漿因?yàn)檎駝?dòng)的作用，順著粗骨料孔隙流到試塊下部并填充下部孔隙。這個(gè)填充過(guò)程伴隨著振動(dòng)成型的全過(guò)程，成型時(shí)間越長(zhǎng)，試塊下部的填充程度越大。對(duì)滲透系數(shù)的性能影響也越大。

圖2-B、2-C、3-B、3-C是靜壓成型試件的滲透系數(shù)和有效孔隙率變化情況圖。由于在靜壓力作用下，骨料之間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，使骨料與骨料之間的結(jié)合越緊密，透水混凝土試件越密實(shí)，其內(nèi)孔隙越少，滲透系數(shù)和有效孔隙率降低；并且在相同骨料粒徑、配合比以及靜壓時(shí)間的情況下，隨著靜壓力的增大，透水混凝土的孔隙率減小。

比較滲透系數(shù)和有效孔隙率的變化規(guī)律不難發(fā)現(xiàn)在確定骨料級(jí)配的情況下，有效孔隙率和滲透系數(shù)伴隨著成型條件的改變規(guī)律大致是相同的，但是從細(xì)節(jié)上來(lái)看有效孔隙率的變化程度緩于滲透系數(shù)的變化，但是由于試件數(shù)量和實(shí)驗(yàn)條件的限制此次未能對(duì)兩者之間的關(guān)系進(jìn)行深入研究。

5 結(jié) 論

透水性混凝土是順應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排號(hào)召情況下的一種新型的建筑材料，本文對(duì)兩種粒徑級(jí)配的構(gòu)件在不同成型條件下透水性能進(jìn)行了研究，通過(guò)研究可以得出如下結(jié)論：

(1)試件的滲透系數(shù)、有效孔隙率和飽和含水量都伴隨成型時(shí)間的增加降低。在同等時(shí)間條件下靜壓成型試件的相關(guān)參數(shù)要小于振動(dòng)成型試件；

(2)同等成型條件下骨料粒徑為10～20 mm試件的透水性能要優(yōu)于5～10 mm粒徑的試件；

(3)級(jí)配和成型工藝相同的情況下，滲透系數(shù)、有效孔隙率和飽和含水量變化趨勢(shì)相同，但有效孔隙率的變化明顯緩于滲透系數(shù)的變化。

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