掺合料和外加剂等对透水混凝土性能的研究

掺合料和外加剂等对透水混凝土性能的研究

詹贵贵

徐州市建设工程检测中心 江苏徐州市 221000

摘要：随着社会发展，城市化进程加快，城市路面大多硬化，遇到强降雨时，城市内涝问题严重，特别是在南方多雨城市，暴雨引发的洪涝灾害频频发生，造成巨大的生命财产损失。透水混凝土作为新型环保材料，主要由粗骨料、少量或没有细骨料、胶凝材料、水、掺合料和外加剂按照一定比例拌制并经过一定的工艺成型而成，具有良好的透水性，能够渗透路面积水，补给地下水，减缓城市热岛效应。目前，我国对于透水混凝土的应用仍不够广泛，究其根本是对其性质研究的不彻底，导致应用时出现问题。

关键词：掺合料；外加剂；透水混凝土；研究

引言

应用透水混凝土的本质目的在于保护水资源、实现可持续战略目标以及加强洪涝灾害的防御能力等。应用过程主要是将其表面的水分，以自身渗透作用或者基层原地渗透作用传至到土壤当中，为局部地区地下水位问题、水质净化问题提供安全保障。根据当前应用情况来看，透水混凝土一般多应用在人行道建设、行车路面当中。其中，行车路面主要以交通负荷要求低的区域为主，如小区、主干道建设当中。从上述内容不难得知，透水混凝土在使用特性上具备渗水效果好、吸声性能良好、应用安全等优势。

1透水性混凝土的性能分析

20世纪一些发达国家开始进行透水材料的研究，从维持生态平衡、保护地球走可持续技术发展的角度进行了材料的研发。随着技术水平不断提升，新型的环保建筑材料透水性混凝土应运而生。透水性混凝土大致可定义为不加或加入少量的集骨料，采用单一级配或添加一定的外加剂、掺合料形成的较大连通孔隙的多孔混凝土。从种类上分，透水性混凝土目前包含了水泥透水性混凝土、高分子透水性混凝土以及烧结透水性制品等。以水泥透水性混凝土为例，这种混凝土的水胶比一般为0.25~0.5，骨灰比为3~4，硬化后的混凝土内部一般包含20%左右的连通孔隙，表观密度比普通混凝土要低，在应用上其具有较好的透水性和防滑性，但是抗冻性较差，高分子透水性混凝土是一种使用胶结材料，形成的透水性混凝土采用单粒级骨料形成沥青透水性混凝土，而使用有机胶凝材料的混凝土，其性质随温度变化较敏感，以高分子树脂为胶结材料配制的透水混凝土，美观性强、耐磨性强，但其成本较高。烧结透水性制品以黏土为代表，这一类透水性材料，耐磨性好、强度高，适用于高档建筑表面部位施工。透水性混凝土的原材料包括水泥、骨料、外加剂等。透水性混凝土不用或者少用细骨料，采用强度较高的硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，水泥标号一般在42.5以上。透水性混凝土使用外加剂提高水泥浆和骨料间的界面强度.目前透水性混凝土配合比设计尚不常熟。原则是将骨料颗粒进行水泥浆的包裹之后，使得水泥浆膜具有一定的强度和透水能力。成型方式包括压制和振动两种。

2原材料与试验方法

2.1原材料

水泥:P．O52．5普通水泥，比表面积为356 m 2/kg，密度为3．13 g/cm 3，28 d抗压强度为54．5 MPa。粗骨料:级配为4．75 mm～16 mm，表观密度为2 700 kg/m 3，紧密堆积密度为1 500 kg/m 3。减水剂:聚羧酸复合减水剂，掺量为0．1%～0．3%，硫酸钠含量为3%，pH＞7。硅灰:比表面积为23．7 m 2/g，SiO 2含量为95%，掺量为5%～10%。聚酯纤维:直径为0．045 mm，平均长度为10 mm，体积掺量为0．2%～0．4%。羟乙基纤维素:掺量0．1%～0．5%。砂子:细砂，细度模数为2．1，级配为0．25 mm～0．35 mm，表观密度为2 650 kg/m 3，掺量为5%。

2.2正交试验设计

本次试验将硅灰、羟乙基纤维素、聚酯纤维作为影响因素，采用三因素三水平下对透水混凝土强度和透水性的影响。通过查阅文献资料可知，硅灰适宜掺量范围为 5% ～10% ，羟乙基纤维素和聚酯纤维适宜掺量为 0． 2% ～0． 5% 。根据正交设计原则，通过质量法计算得到各原材料用量。

2.3试验方法

透水系数试验:按照行业标准CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技术规范制作透水系数试验仪器。将试件侧面用黄油密封后安装在试验装置内，保证水流只往一个方向流动。在量筒内加入一定量的水，记录水下落至某刻度所需的时间，计算得出透水系数。

3试验结果与分析

3.1试验结果分析

通过对实验结果进行分析可知，随着硅灰含量的增加，混凝土强度不断增大，这是因为掺合料的添加能填充水泥颗粒间隙，提高混凝土密实度，从而提高透水混凝土的强度。随着羟乙基纤维素掺量的增加，透水混凝土抗压强度先增大后减小，在掺量为0．2%左右时，透水混凝土强度达到最优。随着聚酯纤维的增加，透水混凝土的抗压强度不断增大，这是因为纤维在混凝土内部起到桥架的作用，在开裂过程中可以承受一定的拉应力，宏观上表现为透水混凝土的抗压强度得到提高。通过对试验进行极差分析可知，影响透水混凝土强度的最主要因素为聚酯纤维，其次为硅灰，影响最小的为羟乙基纤维素。

3.2透水性结果分析

通过对透水性试验结果分析可知，伴随着硅灰掺量的增加，透水混凝土的透水性成反比变化，这是因为硅灰的增加使混凝土密实度提升，减小了内部孔隙率，造成透水性下降。随着羟乙基纤维素含量的增加，透水混凝土的透水性有略微下降，掺量为0．2%时，透水性能较好。这是因为羟乙基纤维素为一种增稠剂，它可以增加混凝土的稠度，流变性，水泥浆体对骨料的包裹更加充分，导致骨料间的空隙减小，降低了透水性。随着聚酯纤维掺量的增加，透水混凝土透水性无明显变化，但考虑到纤维在添加过程中易出现成团现象，将最优掺量定为0．2%。通过极差分析结果可知，对透水混凝土透水性影响最大的是硅灰，最小的是聚酯纤维。

3.3综合结果分析

综合考虑硅灰，羟乙基纤维素，聚酯纤维三个因素的复合使用影响，在保证抗压强度和透水性能都达到最优的前提下，本次实验得到的最佳掺量为:硅灰 10%，羟乙基纤维素 0.2%，聚酯纤维 0.4%。

结束语

透水混凝土的抗压强度与硅灰和聚酯纤维的掺量成正比关系;透水混凝土的强度随羟乙基纤维素掺量的增加先增大后减小。聚酯纤维对透水混凝土抗压强度影响最大，羟乙基纤维素对透水混凝土抗压强度影响最小。透水混凝土的透水系数与硅灰掺量成反比关系;羟乙基纤维素对透水混凝土透水性影响较低，只有略微下降;而聚酯纤维对透水混凝土的透水性无明显影响。其中硅灰对透水混凝土透水性的影响最大，聚酯纤维影响最小。本次条件下的最优配合比:硅灰10%，羟乙基纤维素0．2%，聚酯纤维0．4%，最佳掺量组合下的透水混凝土配合比为:m(水泥)∶m(水)∶m(石子)∶m(砂子)∶m(硅灰):m(减水剂)∶m(羟乙基纤维素)∶m(聚酯纤维)=313．2∶104∶1 470∶77∶34．8∶0．696∶0．696∶1．392。用此配合比实验得到的透水混凝土抗压强度为24．2 MPa，透水系数为6．6 mm/s，满足行业标准CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技术规范的要求。

参考文献

［1］徐锋．分析海绵城市理念在市政给排水设计中的运用［J］．黑龙江科技信息，2017(8):214．

［2］王智，钱觉时，张朝晖．生态混凝土的应用研究及存在问题［A］．2007高技术新材料产业发展研讨会［C］．2007．

［3］郭乃胜，赵颖华，孙略伦．纤维掺量对聚酯纤维沥青混凝土韧性的影响［J］．交通运输工程学报，2006，12(6):32-35．