預(yù)拌透水混凝土的工作性與力學性能試驗研究

強 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,具有一定的強度,因此也日益受到人們的關(guān)注[2-4]?！锻杆嗷炷谅访婕夹g(shù)規(guī)程CJJ/T 135-2009》[5]規(guī)定透水水泥混凝土宜采用強制性攪拌機進行攪拌,攪拌機的容量應(yīng)根據(jù)工程量、施工進度、施工順序和運輸工具等參數(shù)選擇。新拌混凝土出機至作業(yè)面運輸時間不宜超過30 min。透水水泥混凝土從攪拌機出料,運至施工地點進行攤鋪、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制性拌和設(shè)備現(xiàn)拌,然后使用翻斗車進行運輸,基本沒有通過大型混凝土拌和樓進行工廠化拌和的預(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格控制,透水混凝土的拌和質(zhì)量無法得到嚴格保障。因此,解決預(yù)拌透水混凝土的罐車長距離運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度指標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輸時間和運輸距離,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、力學性能和透水性能進行了研究。

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,其基本性能指標見表2。外加劑為一種新的預(yù)拌透水混凝土增強劑,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） 將攪拌機內(nèi)部尤其是攪拌頭進行預(yù)濕；（2）將石子和50%的水加入攪拌機攪拌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） 將剩余的水和增強劑加入攪拌機中,攪拌60 s；（5） 出料。測定坍落度后裝模成型試件。

采用標準養(yǎng)護,首先將裝模成型好的試模放入YH-90B 型號的標準養(yǎng)護箱,內(nèi)部環(huán)境溫度20±2℃、相對濕度95%以上,養(yǎng)護24 h 后拆模。拆模時不得嚴重磕碰邊角,使得骨料脫落。拆模后的試塊繼續(xù)放置標準養(yǎng)護箱內(nèi)養(yǎng)護至要求的齡期后再取出進行試驗。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。力學性能測試按照GB/T 50081-2016《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[8]的規(guī)定進行,抗壓強度試驗試件尺寸為100 mm×100 mm×100 mm,抗折強度試驗試件尺寸為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 抗壓強度和抗折強度

圖2 為各組28 d 抗壓強度。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 抗壓強度最大,達到了32.39 MPa,隨著摻量的繼續(xù)增加,抗壓強度不升反降。28 d 抗折強度的試驗結(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 抗折強度呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢,與抗壓強度變化趨勢較為一致,這證明抗折強度與抗壓強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)強度提高,改善了其力學性能,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,從而降低了強度。

圖2 各組28 d 抗壓強度

圖3 各組28 d 抗折強度

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,抗壓強度、抗折強度和透水系數(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度和抗折強度隨著可再分散乳膠粉摻量的增加而先增加后降低。可再分散乳膠粉摻量為1.0%時的28 d 抗壓強度最高達到了32.39 MPa,28 d 抗折強度最高達到了5.86 MPa,完全可以滿足輕載型透水混凝土的最低強度要求。

（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。