摻合料增強(qiáng)透水混凝土研究進(jìn)展

王 婕 楊建永

（江西理工大學(xué) 建筑與測繪學(xué)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(jié)約水泥、改善透水混凝土的力學(xué)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(guī)定的細(xì)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(xì)礦物摻合料，其增強(qiáng)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(yè)固廢, 節(jié)約水泥, 具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重效益。

根據(jù)其性質(zhì)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(zhì)材料之間，此類材料自身遇水后就能發(fā)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(fā)生反應(yīng)，生成水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣等膠凝性產(chǎn)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(zhì)材料。這類單獨(dú)遇水時并不能發(fā)生水化和硬化，但當(dāng)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(yīng)生成C-S-H凝膠，當(dāng)有Al2O3時還會產(chǎn)生水化鋁酸鈣或者具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)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(dāng)此類材料磨細(xì)到一定程度時，會產(chǎn)生類似于活性礦物摻合料的微集料效應(yīng)、顆粒形貌效應(yīng)和化學(xué)活性效應(yīng)，如大理石粉、磨細(xì)的石灰石粉和石英砂等。

綜上可知，礦物摻合料的應(yīng)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(xué)性能

當(dāng)前透水混凝土最需要解決的問題是強(qiáng)度與透水性，但兩者時常相互矛盾。目前，我國大面積應(yīng)用透水路面的工程還較少，且大多在廣場、小區(qū)等強(qiáng)度要求低的場所。透水混凝土的強(qiáng)度與骨料間的黏結(jié)力有關(guān)，骨料粒徑越大，比表面積就越大，形成的骨架單位體積內(nèi)的骨料顆粒間的接觸點(diǎn)數(shù)量就會變少，因此粘結(jié)面積變小。李子成[1]等研究了摻入具有火山灰效應(yīng)、微集料效應(yīng)和顆粒形態(tài)效應(yīng)的礦物活性超細(xì)粉和具有滲透性、填充性和粘結(jié)性能等的有機(jī)聚合物對透水混凝土性能的影響。結(jié)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(qiáng)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(yīng)生成物發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成 C-S-H 凝膠，這種產(chǎn)物使得透水混凝土集料間的細(xì)小孔隙被填充，增加了透水混凝土表面的粘結(jié)面積[2]。

透水混凝土在北方地區(qū)未得到大范圍的推廣應(yīng)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(xué)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(jié)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(qiáng)作用，只是對透水混凝土的增強(qiáng)程度和作用機(jī)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(yīng)生成的 Ca( OH)2結(jié)合形成凝膠材料；隨著水與聚合物的凝膠增多，毛細(xì)孔中的水分減少，形成緊密堆積的層狀結(jié)構(gòu)；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(jié)層表層形成密實(shí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，很大程度上提高了粘結(jié)層的粘聚力，同時增強(qiáng)了透水混凝土的韌性和抗凍性能。

1.2 滲透性能

透水系數(shù)是判斷透水混凝土性能的另一個標(biāo)準(zhǔn)。透水系數(shù)與孔隙有關(guān)，孔隙分為連通孔隙、封閉孔隙和半連通孔隙三類。從結(jié)構(gòu)透水性來講，僅連通孔隙是有效孔隙，會影響透水系數(shù)。達(dá)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(nèi)澇現(xiàn)象, 還可以及時的補(bǔ)充地下水資源[4]，為生態(tài)環(huán)境的改善提供了便利。然而，具有較高的孔隙率的同時也嚴(yán)重影響了其力學(xué)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(nèi)摩擦力增加。已有學(xué)者[5]通過單摻一定比例的低品質(zhì)硅灰和單摻一定比例的低品質(zhì)粉煤灰，制備出孔隙率均不低于20%，透水系數(shù)均不低于20×10-2cm/s，可以滿足一般輕交通要求的路面。

2 結(jié)語與展望

我國正在大力推動“海綿城市”的發(fā)展，透水混凝土將成為建設(shè)“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(yè)廢料，不加以利用，不僅要占用場地堆放，而且會對環(huán)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(jīng)濟(jì)和環(huán)保意義。但總體來看，仍然存在著諸多亟待解決的問題:（1）現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范只有針對磨細(xì)礦渣粉、粉煤灰、磨細(xì)天然沸石、硅灰的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)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(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，顯然不利于這些礦物摻合料的推廣應(yīng)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(yīng)用不是長久之計(jì)，我們應(yīng)當(dāng)開發(fā)應(yīng)用更多的綠色材料。（3）混凝土試驗(yàn)研究的意義在很大程度上取決于其反映混凝土結(jié)構(gòu)工程實(shí)際的程度。在研究的同時結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用會更好的促進(jìn)透水混凝土的應(yīng)用發(fā)展。