酸雨環(huán)境下透水混凝土的性能變化研究

劉 桌 顧凱文 楊 柳

(1.貴州省交通規(guī)劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽 550081； 2.貴州宏信創(chuàng)達工程檢測咨詢有限公司 貴陽 550016)

透水混凝土(pervious concrete)，也可稱為多孔混凝土(porous concrete)，采用無砂或者少量砂的開級配混合料制成，具有較多聯(lián)通孔隙結(jié)構(gòu)，通常具有15%～35%的孔隙率和0.2～1.0 cm/s的透水系數(shù)。由于其孔隙結(jié)構(gòu)，常應用在城市路面鋪裝，可以有效改善城市排水系統(tǒng)和地下水資源生態(tài)平衡，緩解城市的熱島效應和噪聲污染，增加路面抗滑性，美化城市景觀等。因此，透水混凝土作為一種環(huán)境友好型的路面鋪裝材料，逐漸被應用于大量的輕交通路面、景觀路面、停車場、體育場等[1-4]。

但由于透水混凝土的多孔結(jié)構(gòu)，使其與普通水泥混凝土相比，耐久性較差，也使得目前透水混凝土的應用還受到較多限制，且透水混凝土路面結(jié)構(gòu)設計尚沒有相應的國家或行業(yè)規(guī)范。故研究透水混凝土的耐久性劣化規(guī)律，尋找有效提高其耐久性的方法，制定相應的結(jié)構(gòu)設計規(guī)范是其綠色生態(tài)性能得以應用的前提。

隨著我國酸雨區(qū)域的擴大，酸雨侵蝕是影響混凝土使用壽命的重要原因。在諸多酸雨侵蝕混凝土的研究中，大多數(shù)都是以普通混凝土為研究對象，對透水混凝土的研究還較少[5]。透水混凝土的骨料之間通過水泥漿黏結(jié)而形成骨架結(jié)構(gòu)，酸雨可以通過孔隙結(jié)構(gòu)進入透水混凝土內(nèi)部，與水泥漿中的氫氧化鈣等堿性物質(zhì)反應，降低骨料間黏結(jié)強度，從而達到侵蝕效果。自然酸雨一般由硫酸、硝酸組成，以硫酸為主，故本試驗以稀濃硫酸溶液模擬酸雨。此外，大多數(shù)酸雨試驗研究是采取浸泡的方式來處理試件，但對于工程應用中的混凝土，尤其對于能夠及時把雨水排出的透水混凝土，較少處于浸泡在雨水中的狀態(tài)[6-8]，故采用浸泡試件的方法并不能很好地模擬酸雨[6-7]。為了更大程度地模擬環(huán)境中的酸雨，本文提出了循環(huán)噴淋(見圖1)的方式。

圖1 循環(huán)噴淋

1 試驗準備

本次試驗采用了自制的酸雨噴淋的循環(huán)系統(tǒng)，見圖2。

圖2 酸雨噴淋循環(huán)裝置

透水混凝土試件(見圖3a))為按表1配合比制備的邊長100 mm的立方體試件。本次試驗酸雨采用98%濃硫酸和自來水(常溫下pH=6.8)配制而成，pH值為(3.5±0.3)的酸性溶液，見圖3b)。

表1 試件的配合比 kg/m3

圖3 試驗準備

2 試驗過程

按照圖4，把試件分為A，B，C 3組，A組放在酸雨循環(huán)噴淋系統(tǒng)的木板上，B組浸泡在裝有酸雨的塑料桶中，C組自然放置在室內(nèi)地板上。循環(huán)噴淋以第一天16：00開始至第二天12：00結(jié)束，共噴淋20 h。分別測試試件的初始強度及在第7，14，28 d時，A，B，C組的抗壓強度。

圖4 試件處理

3 試驗結(jié)果和分析

1) 試件外觀變化。圖5為14 d時A，B，C組試件的外觀狀況。

圖5 試件外觀變化

由圖5可見，A組試件頂面覆蓋的一層黃色物質(zhì)，是酸雨侵蝕的產(chǎn)物及水中的雜質(zhì)累積而成；B組試件骨料表面變得非常粗糙，被侵蝕的現(xiàn)象較為明顯；C組試件外觀無明顯變化。

2) 酸性溶液pH值的變化。記錄每天酸性溶液12:00時的pH值，即酸性溶液在經(jīng)過1 d的循環(huán)噴淋或者浸泡后的pH值，得到酸溶液的pH值變化曲線，見圖6。

圖6 酸性溶液pH值變化

由圖6可見，在前期，B組的酸性溶液在浸泡1 d后pH值相較初始pH值(3.5±0.3)變化較大，酸的消耗較多，而在一段時間后趨于平緩，酸被消耗的很少。這說明酸性溶液對試件的浸泡在前期是一個快速侵蝕過程，在后期是一個緩慢侵蝕過程。而A組的酸溶液pH值在整個過程中都變化較小，這說明酸性溶液噴淋對試件在整個試驗中是一個緩慢侵蝕的過程。

3) 試件強度的變化。測得A，B，C組試件在7，14，28 d時的強度,見圖7。

圖7 試件抗壓強度變化

由圖7可見，C組的強度變化較??；B組的試件在7 d時強度有大幅度下降，之后變化較??；A組的試件在整個過程中強度沒有減小，反而一直呈上升趨勢。

通過分析可知，在噴淋的過程中，由于透水混凝土能及時將酸性溶液排出，使酸性溶液并沒有與混凝土表面內(nèi)部有較好的接觸條件和反應時間，酸雨的侵蝕效果并不明顯，而且在噴淋酸性溶液的過程中同時也噴淋了大量的水，這可以看成是對混凝土的一種“養(yǎng)護”，對透水混凝土的強度成長有一定的幫助，所以在整個噴淋過程中，透水混凝土的強度沒有降低，反而有所增長。而浸泡的試件強度在前期有明顯下降，是因為浸泡的試件內(nèi)部孔隙長期充滿了酸性溶液，有充分的接觸面積和反應時間，使酸有良好的條件逐漸侵蝕混凝土，從圖6中pH的變化可以看出，浸泡溶液消耗的酸的速度比噴淋溶液要快很多；浸泡組的試件7～28 d的強度變化較小，是因為7 d內(nèi)部孔隙的表層已被侵蝕，酸性溶液較難進入內(nèi)部，后期的侵蝕是非常緩慢的過程，這也與后期pH值的變化趨勢相符合。

綜上所述，酸性溶液浸泡相對噴淋對透水混凝土強度影響更大，這也是采取浸泡方式模擬透水混凝土的酸雨試驗較不合適的原因。

4 結(jié)論

1) 受到酸雨噴淋的透水混凝土，由于其連通的孔隙結(jié)構(gòu)可以及時將雨水排出，使其受酸雨的影響較小，而長期浸泡在酸雨中的試件，會很快受到侵蝕而強度明顯下降。故在研究酸雨對透水混凝土的影響時，需加以考慮實際應用中受雨水作用的狀態(tài)，而不能單一以浸泡來模擬酸雨的侵蝕。

2) 由于及時排出酸雨能顯著減小酸雨對透水混凝土的影響，所以在實際應用中應做好相應的排水設計，而且應盡量避免孔隙阻塞而導致雨水無法排出。