孔隙率对多孔混凝土强度影响的试验研究

孙艳红

本文研究的多孔混凝土是以水泥、水、减水剂和改性剂共同为结合料,掺入到符合级配要求的集料中,经拌和得到的混合料,再经过成型和养护后,形成符合多孔混凝土基层沥青路面各项性能指标要求的一种新型基层材料。与普通密级配混凝土不同,多孔混凝土混合料在集料的粒径、水泥含量和水灰比等方面有着一些专门和特殊的要求,为保证透水性就必须具有一定的孔隙率,以实现多孔混凝土多孔且连通的特点,同时又必须保证作为路面结构组成部分能承受的荷载作用,因此多孔混凝土配合比设计研究在整个道路透水基层研究中占有非常重要的地位,需要综合各(多)方面因素进行多孔混凝土的配合比设计,多孔混凝土基层材料设计必须同时满足排水和强度两方面的性能要求,本文主要研究孔隙率和级配对多孔混凝土强度的影响。

多孔混凝土属于骨架空隙结构,细观上可看作一个个水泥胶浆包裹着的集料颗粒相互胶结形成。这种颗粒之间存在着一定的弹性空间,从而使孔隙率的调节可以实现,通过室内试验时模具体积内的填料量可进行控制调节。

结合本文研究内容,试验设计时,选定水灰比为0.35,不掺入改性剂,选用级配1(粒径4.75 mm～9.5 mm的集料)和级配2(粒径9.5 mm～19 mm的集料)分不同的孔隙率水平和组合级配相同孔隙率水平7 d,28 d的抗压、抗弯拉强度进行统计分析强度统计值见表1,表2。

表1 级配1不同孔隙率所对应的强度 MPa

表2 级配2不同孔隙率所对应的强度 MPa

由表1和表2可知,多孔混凝土的抗压强度和抗弯拉强度随着孔隙率的增大而减小,为更直观的进行分析,绘制级配1和级配2条件下孔隙率与强度的关系图见图1,图2,级配1和级配2在不同孔隙率、不同龄期下抗压强度和抗弯拉强度关系如图3,图4所示。

由图3,图4可知,对于同一集料粒径,孔隙率与强度是此消彼长的关系,随着孔隙率的增大,多孔混凝土的抗压强度和抗弯拉强度都明显的下降。这是由于孔隙的存在,减小了多孔混凝土承受荷载和抵抗变形的有效断面面积。

单一级配相同孔隙率时,在较低水平孔隙率条件下,粒径小的集料级配抗压强度高于粒径大的集料级配;在较高水平孔隙率条件下,粒径小的集料级配抗压强度低于粒径大的集料级配。对于多孔混凝土,不同级配时水泥与集料的胶结面积会不一样,通过这些互相搭接的接触点传递力的作用不同;同时不同级配时石料之间的嵌挤能力也不同。在较低水平孔隙率时,粒径小的集料级配胶结面积大的效果更加明显;在较高水平孔隙率时,粒径大的集料级配嵌挤能力强的效果更加明显。所有水平相同孔隙率条件下,粒径小的集料级配抗弯拉强度都要高于粒径大的集料级配,这是因为在其他条件相同的情况下,试块的抗弯拉强度主要受胶结面积的影响。

本文研究采用的集料级配的有效孔隙率ne均大于临界孔隙率20%,可以满足道路基层对多孔混凝土排水性能的要求。因此在满足排水的前提下尽可能的采用小孔隙率,以获得较大的抗压强度和抗弯拉强度。

[1]郑木莲.多孔混凝土排水基层研究[D].西安:长安大学博士论文,2004.

[2]王永福,李彩云.无砂多孔混凝土做承重透水层的施工技术[J].施工技术,2002(4):12-13.

[3]徐定华,徐 敏.混凝土材料科学概论[M].北京:中国标准出版社,2002.

[4]霍 亮.透水性混凝土路面材料的制备及性能研究[D].南京:东南大学硕士论文,2005.