關鍵字:透抗壓強度-水性聚丙烯纖維增強混凝土-滲透性 摘要:透水性混凝土具有耐候性好，透水、透氣、保溫及隔熱的特點，可用于人行道、停車場、透水性路面、水—廠建筑和排水系統反濾層等。但因強度低影響了其應用范圍。本文對透水性聚丙烯纖維增強混凝上進行廠試驗研究，針對影響透水性混凝土材料強度和透水性的的主要因素(水灰比、粗骨料種類和級配、增強材料)進行了測試。根據試驗結果推薦的原材料、配比和試驗方法，可以得到強度達25MPa，滲透系數達3．oITlflb／S以上的透水性混凝十。可滿足一般工程需要。 1研究意義及目的 1．1 研究意義 透水性聚丙烯纖維增強混凝土是用高強度等級的普通硅酸鹽水泥、外加劑作膠凝材料，聚丙烯纖維作增強材料，單一粒級的碎石或工業廢渣為骨料，按適當的比例配制而成。它不用或少用細骨料，主要由粗骨料表面包覆—薄層水泥漿相互粘結而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結構。該混凝土具有強度高、耐磨、耐候性好、透水、透氣、保溫及隔熱等特點，可制成混凝土路面磚或直接現澆成型，用于綠色生態混凝土[1]、透水性路面材料[2]、水工建筑和排水系統反濾層[3]，可以成功地解決常規硬化路面存在的散熱少、無呼吸、雨水聚積成澇等問題，減輕市政排水設施負擔，使地下水得到及時補充。無疑，如果采用透水性混凝土或透水性混凝土路面磚鋪筑各種場地和路面，將使其步入與自然協調，維護生態平衡的可持續發展軌道。 1．2 研究目的 發達國家于20世紀70年代開始研究透水性場路材料。1970年，英國曾嘗試用無砂透水性混凝土鋪筑常規剛性路面，使用效果很好。但終因28d強度只有13．8MPa，10年后由于凍融而遭破壞。1979年，美國在佛羅里達州一座教堂附近首次使用無砂多孔混凝土建成具有透水性的停車場并取得專利。這種透水性混凝土28d抗壓強度為26．2MPa，透水系數為16mm／s。20世紀70年代，北京園林局曾研制了具有透水、透氣性能的混凝土及其砌塊，用于鋪筑皇家園林的廣場、道路及搶救古樹。目前，國內用普通方法研制的透水性混凝土，在保證一定透水性情況下其強度通常不超過20MPa，這嚴重影響了透水性混凝土的應用范圍[4]。 本文針對影響透水性混凝土材料強度和滲透性的主要因素(水灰比、粗骨料種類和級配、增強材料、外加劑等)，提出增強透水性混凝土材料強度的措施。并就這些因素對強度及透水性的影響進行了測試。根據試驗結果推薦的原材料、配比和試驗方法，可以得到強度達25MPa，滲透系數達3．0mm／s以上的透水性混凝土，能滿足一般工程需要。 2 試驗方法 2．1 試驗用原材料 試驗采用42．5級普通硅酸鹽水泥，連續粒級及單粒級碎石，短切聚丙烯纖維，高效減水劑。 2．2 試件成型、養護 試件尺寸：15cm×l5cm×l5cm；攪拌時間適當延長，應使聚丙烯纖維充分分散于混凝土內試件成型工藝流程見圖1。
圖1 試件成型工藝流程 2．3 配合比設計 目前透水性混凝土的配合比設計還沒有成熟的計算方法，根據透水性混凝土理想模型的結構特點，可以認為透水性混凝土的外觀體積由骨料堆積而成，混凝土所需的水泥漿以能夠包裹粗骨料表面，形成一定厚度的膠結層和在骨料之間形成連通的孔隙為宜，試驗用透水性混凝土的水灰比為0．25~0．45，水泥用量為250~400kg／m3，外加劑摻量為1．0％—1．5％，聚丙烯纖維摻量為0．9kg／m3。 2．4 透水系數 透水系數試驗是將養護28d的混凝土試塊置于透水套筒中，周圍用滲透性很低的黏土填充，并加以搗固壓實，以防止黏土進入試樣內，用透明膠將試樣側壁裹緊。從透水套筒上部注水，水通過透水性混凝土，然后進入定位水桶，再從出水管排出。當注入的水量和從出水管排出的水量達到平衡狀態后，啟動秒表，同時計量從水管排出的水量，并測量當時的水溫，通過公式(1)可計算出透水性混凝土的透水系數。試驗裝置如圖2所示[5]。
圖2 透水性試驗裝置示意 1—透水方筒套，為邊長100mm正方形；2—定位水桶；3—邊長100mm大孔混凝土；4—底坐(上置定位水桶)：5—量筒：6—溢水管 3 試驗結果與討論 試驗在優選原材料的前提下，測試了水灰比、骨料級配及聚丙烯纖維摻量對透水性聚丙烯纖維增強混凝土強度和滲透系數的影響。 3．1 水灰比對強度和滲透系數的影響 設計了5種不同水灰比的摻聚丙烯纖維的基準無砂大孔混凝土和透水性聚丙烯纖維增強混凝土(配比同基準試件，另加入聚丙烯纖維0．9kg／m3)試件進行試驗。其中基準無砂大孔混凝土水泥用量330kg／m3，石子采用5~31．5mm碎石，用量1 980kg／m3，灰骨比1：6。 水灰比的變化對強度影響很大，在相同灰骨配比條件下，有一最佳水灰比(0．4)。當水灰比小于最佳水灰比時，無砂大孔混凝土因干燥拌料不易均勻，水泥漿不能均勻地包裹在粗骨料的表面，達不到適當密度，強度不易提高。當水灰比大于最佳配比用量時，混凝土強度開始降低，這是因為水灰比太大時水泥漿開始下滴，形成的試件下部較密實，沒有孔隙，而上部只是粗骨料堆積在一起，缺少膠結，因此，整體強度降低。 透水性聚丙烯纖維增強混凝土都具有一定的透水性，在水灰比不大于0．4時，混凝土的抗壓強度隨水灰比增加而提高，透水性隨水灰比增大而有所減小，但與無砂大孔透水性混凝土比，減小趨緩。 3．2 粗骨料級配對強度和滲透水系數的影響 在原配比條件下，分別采用單一粒級配(16～31．5mm)和連續粒級(5～31．5mm)碎石對強度和滲透水性能的影響進行試驗，采用單·—粒級骨料配制的透水性混凝土的強度要小于采用連續粒級骨料的強度。其原因是骨料粒徑連續、大小不同時，可以有效地提高骨料之間的接觸點數量，從而提高其強度，但透水性同時會相應降低。 3．3 聚丙烯纖維對強度和滲透系數的影響 從表1結果可以看出，無砂大孔透水性混凝土在保證一定透水性能時，其強度均未達到20MPa，這嚴重影響透水性混凝土的應用范圍。而摻加短切螺旋狀聚丙烯纖維(摻量為0.9kg／m3)的透水性混凝土，因其纖維能均勻分布在混凝土基材中，從而產生二級增強效果，使混凝土強度得到提高，并對混凝土透水性無較大影響。 4 結 論 文章來源：昆明理工大學建工學院 徐清，吳培關，宋萬明 |
