关于透水性混凝土试块振捣时间的探讨

程火焰,李 伟

(湖南科技大学土木工程学院,湘潭411201)

0 引 言

20世纪80年代以来,透水性混凝土在欧美和日本有了较多的研究并得到了广泛应用,1979年,美国研制出了28d抗压强度达到26.2 MPa的无砂多孔混凝土,其透水系数为1.6 mm/s.自20世纪80年代开始,美国出现了专门的透水性混凝土搅拌站,对这种混凝土实行商业供应.1987年,日本的研究人员申请了透水性混凝土路面材料的专利,该专利主要用于公园道路、人行道和停车场等.1991年,佛罗里达州成立了“透水性波特兰水泥混凝土协会”,对此种透水性混凝土的使用提供技术指导[1-3].

国内对其强度研究方面也有了较大的突破,中国建筑材料科学研究院水泥新材所的王武祥对透水砖的透水机理、种类、强度和透水性及经济效益进行了研究和分析,王武祥获得的透水混凝土的抗压强度为5～20 MPa,孔隙率 5%～30%,透水系数为 1～15 mm/s[4].影响透水性混凝土强度和透水性的因素很多,笔者旨在通过试验来分析振捣时间对透水性混凝土试块成型后强度和透水性的影响,并找出一个最佳的振捣时间.

1 试验材料及试验方法

1.1 试验材料

水泥:普通硅酸盐水泥,强度等级为42.5级;粗骨料:5～10 mm单粒径碎石;

减水剂:萘系高效减水剂,其掺量为水泥质量的0.5%～1.0%[5];水:生活饮用水;

粗骨料、水泥性能如表1、表2所示.

表1 粗骨料性能参数

表2 水泥性能参数

1.2 试验方法

1.2.1 配合比设计

本实验采用体积法[6][7]进行配合比设计,各原材料用量如表3所示.

表3 单位体积材料用量

1.2.2 试块成型

透水性混凝土成型密实方法有机械振捣(试验室振动台)、土工轻型击实两类如图1所示,由于透水性混凝土水泥浆较少,不含或含少量细集料,本试验采用振动台振捣,振捣时间分别为:0 s、3 s、6 s、9 s、12 s、15 s、18 s.

图1 试块成型

1.2.3 养护

透水性混凝土由于存在大量的孔隙,易失水,干燥很快,所以在养护过程中保湿养护很重要,尤其是早期养护,本试验采用的养护为常温浸泡养护.

1.2.4 孔隙率测定

文献[8]中孔隙率的测定方法如下:首先将试件完全浸泡在清水中,24 h后,称量水中试件的质量(m0);然后把试件取出,在空气中干燥24 h,再称量试件质量(m1).透水性混凝土孔隙率P(此处测试值为开口总孔隙率)计算公式如下:

式中:V为试件的体积,mm3;

ρ为水的密度,g/mm3.

本实验采用简易的方法测定透水性混凝土试块的实际开口孔隙率,具体试验步骤如下:

①将养护好的试块取出并晾干(以试块无明显水滴滴出为准),目的降低材料本身的吸水率对数据的影响.

②将晾干后的试块放入模具中,此模具为试块成型时的模具.

③取一量筒加入满刻度的水,对准试块表面某个孔隙缓慢倒入,速度以5～10 ml/s为宜,避免水溅出影响数据真实性.

④待水从透水性混凝土试块的孔隙中缓慢上涨到与试块表面平齐时,停止倒水,记录加入水量.

⑤可以认为加入水的体积既为试块的孔隙体积,利用下式可以得试块的孔隙率:

(式中VW为水的体积,VS为试块体积)

1.2.5 透水系数测定

本试验采用简易透水性测定装置,该装置如图2,上下两端均为开口的透明方框,断面形状与试件的断面形状相同,正面有刻度.测量前先将试件四周用蜡封好,然后将透水仪方框置于试件上,方框和试件之间的接缝用蜡密封好,接着向方框中加水超过200 mm,水通过试件渗漏,当水平面下降至刻度为160 mm时起开始计时为t0,水平面下降至140 mm时的时间为t1,方框中的水全部渗漏完毕时的时间为t2.透水系数分为变水位系数和定水位透水系数两种,分别计算如下:

图2 简易透水仪

其中T1为平均在150 mm时的定水位透水系数,T2为水位从160 mm变化到零过程中的平均透水系数[9],本试验采用平均透水系数.

1.2.6 抗压强度测定

透水性混凝土试块抗压强度依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)中有关规定进行试验如图3所示.采用液压式混凝土压力机进行加压,受压面积为150 mm×150 mm,加荷速度为0.3～0.5 MPa/s.

图3 抗压强度测定

2 数据统计与分析

2.1 试验数据统计

水灰比为 0.28、0.30、0.32,目标孔隙率分别15%、20%、25%三种情况下的试验数据如表4和图4～图13所示.

表4 试验数据统计

E2 3 12.8 4.9 18.9 E3 6 13.7 4.6 18 E4 0.3 20% 9 16.4 4.1 17.2 E5 12 19.2 3.8 16.4 E6 15 19 3.3 15.6 E7 18 18.6 3.2 15.5 F1 0.3 25% 0 11.6 5.9 24 F2 3 12.3 5.5 23.5 F3 6 13 5.1 22.9 F4 9 14.2 4.8 21 F5 12 16.4 4.4 20 F6 15 16.1 4 18.4 F7 18 15.1 3.7 17.8 G1 0 12.1 5 14.6 G2 3 13.4 4.8 14.2 G3 6 14.1 4.7 13.8 G4 0.32 15% 9 16.2 4.1 13.7 G5 12 17.8 3.6 13.5 G6 15 17 3 13.3 G7 18 16.8 2.5 13.3 H1 0 11.4 5.2 19.7 H2 3 11.9 5 19.2 H3 6 12.5 4.7 18.3 H4 0.32 20% 9 15.1 4.2 17.7 H5 12 16.4 3.8 16.7 H6 15 16 3.3 15.9 H7 18 15.7 3 15.8 I1 0 10.8 5.8 24.2 I2 3 11.5 5.5 23.7 I3 6 12.8 5.2 23.2 I4 0.32 25% 9 13.4 4.9 22.1 I5 12 15.8 4.5 21 I6 15 15.4 4.2 19 I7 18 14.8 3.9 18.9

2.2 数据分析

2.2.1 振捣时间对强度的影响

由统计数据表4和图5～图7可知:采用振动台振捣,振捣时间对试块的抗压强度影响很有规律,即存在一个最佳振捣时间,在最佳振捣时间之前,强度随振捣时间增加而提高,在最佳振捣时间之后,强度随振捣时间增加反而下降.不振捣的试块抗压强度比较低,随振捣时间的增加,试块强度逐渐提高,当振捣时间为0～6 s时,从图5～图7曲线变化图上可以看出:强度随振捣时间变化趋势比较平缓;当振捣时间为6～12 s时,从图5～图7曲线变化图上可以看出:此时试块强度提高幅度很快,试块的强度和密实度趋于最佳,当振捣时间超过12 s时,随振捣时间增加,强度反而下降.这是因为透水性混凝土的强度主要受水泥浆体黏结强度和黏结面积的影响,在水泥黏结强度一定的情况下,振捣时间的增加,加大了试块的密实度,骨料和水泥胶体充分接触,强度提高,振捣时间过长,水泥浆体在混凝土底部密实,黏结面积减小,使得试块上部水泥浆体不足,从而使强度降低.

2.2.2 振捣时间对孔隙率及透水系数的影响

本试验的透水性混凝土试块不含细集料,从结构上来讲,试块是一个由水泥胶体包裹的粗集料的堆集体,堆集体之间的空隙即为试块的孔隙,由统计数据表4和图8～图13可知:随振捣时间的增加,试块孔隙率和透水系数均减小.同一水灰比情况下,目标孔隙率越大,实测孔隙率随振捣时间的增加而减小的越快;透水系数的变化却趋势平缓.振捣提高了试块的密实度,但振捣时间过长,水泥沿内部孔隙流向试块底部,在试块底部密实,堵塞了连通孔隙,反而达不到透水的效果.笔者结合强度因素,认为振捣时间在12 s时强度最大,且透水性良好,达到3 mm/s以上.

3 结 论

透水性混凝土试块的强度和透水系数虽成反比关系,但可以通过一定时间的振捣达到改善,通过试验,笔者确定了一个比较合理的振捣时间,本试验的结论如下:

(1)在同一水灰比,不同的目标孔隙率条件下,抗压强度、透水系数、孔隙率的变化随振捣时间长短的变化规律一致:即强度随振捣时间增加而提高,且存在峰值,孔隙率和透水系数随振捣时间的增加而降低.

(2)本试验(主要考虑强度因素)获得的试块最佳振捣时间为12 s,文献[9]试验采用振动成型得出数据为10 s;此时强度最大,透水性良好.

[1]霍 亮.透水性混凝土路面材料的制备及其性能研究[D].东南大学硕士论文,2004:1-20.

[2]Saeki.Nobiru,Tokushiqe.Hidenobu,Kawakami.Makoto.A Study on Properties of Water Permeable Concrete Compacted by Vibration[A]//Proceeding of the Fourth International Conference on Materials Engineering for Resources[C].Akita,Japan:Society of Materials Science Japan,2001:49-52.

[3]Barker D H.The Way Ahead-continuing and Future Developments in Vegetative Slope Engineering or Ecoengineering.Vegetation and Slopes:Stabilization,Protection and Ecology[M].London:Thomas Telford,1994:148-151.

[4]王武祥.透水性路面与透水性路面砖[J].建筑砌块与砌块建筑,2005,(2):35-38.

[5]冯乃谦.实用混凝土大全[M].北京:科学出版社,2001:156-162.

[6]张朝晖,王沁芳,等.透水混凝土配合比研究与设计[J].混凝土,2008,(6):120-122.

[7]张朝晖,王沁芳,杨 娟.透水混凝土强度和透水性影响因素研究[J].混凝土,2008,(3):7-9.

[8]蒋正武,孙振平,王培铭.若干因素对多孔透水混凝土性能的影响[J].建筑材料学报,2005,(10):513-519.

[9]廖秀华.透水性混凝土的研究[D].广西大学硕士论文,2006:12-43.