無砂透水混凝土的試驗研究

摘要: 對無砂透水混凝土的配合比設(shè)計和性能進行了試驗研究，分析了混凝土抗壓強度和透水性與水灰比、灰骨比之間的關(guān)系，提出了不摻外加劑配制強度為24.5MPa ，透水系數(shù)為2.8mm/ s 的無砂透水混凝土的配制方法。

關(guān)鍵詞:無砂透水混凝土；抗壓強度；透水性；配合比

0 前言

無砂透水混凝土是由骨料、水泥和水拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土，它不含細骨料，由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結(jié)而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，故具有透氣、透水和重量輕的特點，作為環(huán)境負荷減少型混凝土，無砂透水混凝土的研究開發(fā)越來越受到重視。本文為探討如何設(shè)計配合比，加強和改進施工工藝，提高無砂透水混凝土的性能進行了試驗研究。

1 試驗概況

1.1 原材料

水泥普通硅酸鹽水泥，強度等級為42.5。骨料采用5mm～13mm、13mm～24mm兩種粒級的卵石為骨料。拌合及養(yǎng)護用水飲用水。

1.2 配合比設(shè)計

無砂透水混凝土的配合比設(shè)計到目前為止仍無成熟的計算方法，根據(jù)無砂透水混凝土所要求孔隙率和結(jié)構(gòu)特征，可以認為1m3混凝土的外觀體積有骨料堆積而成。因此，配合比設(shè)計的原則是將骨料顆粒表面用一層薄水泥漿包裹(約110mm) ，并將骨料顆粒互相粘結(jié)起來，形成一個整體，具有一定的強度，而不需要將骨料之間的孔隙填充密實。1m3 無砂透水混凝土的質(zhì)量應(yīng)為骨料的緊密堆積密度和單方水泥用量及水用量之和，大約在1600kg～2100kg 的范圍內(nèi)。根據(jù)這個原則，可以初步確定無砂透水混凝土的配合比。

(1) 原材料的選擇及用量

無砂透水混凝土原材料的選擇主要是水泥強度等級、粗骨料的類型、粒徑及級配。在粗骨料相互接觸而形成的雙凹粘結(jié)面上，水泥漿厚度越厚，粘結(jié)點越多，粘結(jié)就越牢固。就強度而言，人工碎石和單一粒徑的骨料皆不利于相互粘結(jié)。因此，無砂透水混凝土應(yīng)采用高強度等級水泥及較大幅度級配的卵石骨料配制。1m3 混凝土所用的骨料總量取骨料的緊密堆積密度的數(shù)值，大致為1200kg～1400kg。

水泥用量可在保證最佳用水量的前提下，適當(dāng)增加用量，這樣能夠增加骨料周圍水泥漿膜層的稠度和厚度，可有效地提高無砂透水混凝土的強度。但水泥用量過大會使?jié){體增多，孔隙率減少，降低透水性。同時水泥用量受骨料粒徑的影響，如果骨料的粒徑較小，骨料的比表面積較大，則應(yīng)適當(dāng)增加水泥用量。通常透水性混凝土的水泥用量在250kg/ m3～350kg/ m3 范圍內(nèi)。

(2) 水灰比的選擇

水灰比既影響無砂透水混凝土的強度，又影響其透水性。無砂透水混凝土的水灰比一般是隨著水泥用量的增加而減少，但只是在一個較小的范圍內(nèi)波動。對確定的某一級配骨料的水泥用量，有一最佳水灰比，此時無砂透水混凝土才會具有最大的抗壓強度。當(dāng)水灰比小于這一最佳值時，水泥漿難以均勻地包裹所有的骨料顆粒，工作度變差，達不到適當(dāng)?shù)拿軐嵍龋?不利于強度的提高。反之，如果水灰比過大，易產(chǎn)生離析，水泥漿會從骨料顆粒上淌下，形成不均勻的混凝土組織，既不利于透水，也不利于強度的提高。

一般無砂透水混凝土的水灰比介于0.25～0.40 之間，在實際工作中常常根據(jù)經(jīng)驗來判定水灰比是否合適。取一些拌合好的拌合物進行觀察，如果水泥漿在骨料顆粒表面包裹均勻，沒有水泥漿下滴現(xiàn)象，而且顆粒有類似金屬的光澤，則說明水灰比較為合適。

1.3 試驗過程

攪拌采用水泥包裹法。先將全部骨料及1 %～3 % 的水裝入攪拌機中預(yù)拌，再加入水泥拌合。以形成包裹骨料表面的水泥漿殼，最后加入剩的水?dāng)嚢杈鶆?。這樣的投料順序和攪拌程序能使骨料表面形成均勻厚度的水泥漿層，以保證混凝土的強度和透水性。將攪拌均勻的混凝土混合料裝入100mm ×100 mm×100mm的試模中，機械振搗20s。試件經(jīng)自然養(yǎng)護28d 后，分別在萬能試驗機上測試混凝土抗壓強度，在透水系數(shù)測定儀上測定變水位和定水位透水系數(shù)。

2 試驗結(jié)果分析及結(jié)論

試驗結(jié)果見表1、表2。

2.1 抗壓強度

骨料類型影響無砂透水混凝土的抗壓強度。一般認為，卵石骨料的混凝土抗壓強度大于碎石骨料，這是由于碎石骨料粘結(jié)點少而小，且在荷載作用下易產(chǎn)生應(yīng)力集中引起局部破壞所致。對于卵石骨料的無砂透水混凝土，試驗表明在其它條件相同情況下，5mm～13mm粒徑骨料的混凝土抗壓強度大于13mm～24mm 粒徑骨料的混凝土強度；當(dāng)灰骨比(1 :6) 相同時水灰比有一最佳值(約0.3) ，對5mm～13mm、13mm～24mm粒徑的骨料的混凝土抗壓強度分別達到19.3MPa 和15.4MPa (見表1、圖1) 。其強度同時隨灰骨比的變化而變化，當(dāng)水灰比不變(0.3) 時，兩種粒徑骨料的混凝土強度均增加(見表2、圖2) 。

2.2 透水性

試驗結(jié)果表明: 無砂透水混凝土的透水性在灰骨比一定的情況下，隨水灰比的增大，透水系數(shù)增大，且粒徑小的比粒徑大的混凝土的透水系數(shù)略高( 見表1) ；在水灰比一定的情況下，隨骨料量的增加，透水系數(shù)增大(見表2) 。

3 結(jié)語

采用5mm～13mm的卵石骨料，強度等級為42.5 的普通硅酸鹽水泥在不摻外加劑的情況下，用水泥裹石法可以配制出抗壓強度為24.5MPa ，透水系數(shù)為2.8mm/ s 的無砂透水混凝土，最佳配合比為1 : 0.3 : 5.6。

參考文獻

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[ 4] 陜西省水利科學(xué)研究所編. 陜西省《水工混凝土及砂漿配合比》

作者簡介：孟宏睿(1968 - ) ，男，講師，在讀碩士研究生。

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