多孔海绵水泥混凝土性能研究

张清旭仲秀丽

（江苏科技大学土木工程与建筑学院 镇江 212003）

多孔海绵水泥混凝土性能研究

张清旭1仲秀丽2

（江苏科技大学土木工程与建筑学院 镇江 212003）

为研究海绵掺量对多孔混凝土性能的影响，采用水泥、硅灰、9.5mm粗骨料和4.5mm海绵，配制了海绵含量分别为0、0.15%、0.20%和0.25%的多孔海绵水泥混凝土混合料，压实成型试件后，进行了抗压强度、保水能力以及抗冻性能实验。试验结果表明：掺入海绵对试件强度无明显影响，抗压强度最大值可以达到32.8 MPa。当海绵含量为0.2% 时，保水能力最强。由于内部存在水分，海绵水泥混凝土在冻融后强度会有所下降，但不明显。

道路工程；海绵水泥混凝土；抗冻性；强度；蒸发；降温

0 引言

随着经济的发展，生活环境日益受到人们的关注。气候变暖，是一个全球性的重大问题。城市规模的迅速扩大，导致城市相对于郊区温度过高，从而形成“热岛效应”[1]。探索新型路面，改善这种局面亟不可待。与普通多孔水泥混凝土相比，多孔海绵水泥混凝土的保水性能有所提高，具有更好的路用价值。

1 原材料

所用原材料[2]主要包括水泥、硅灰、粗骨料和具有吸水能力的海绵。混凝土中硅灰掺量不宜太高或太低，一般掺量为5%～10%，本实验加5%即可。粗骨料粒径9.5mm左右，海绵粒径4.5mm左右。

2 实验方案

2.1试验方案

⑴配合比设计[3]

（2）试块拌制[4]

1、粗骨料和水泥硅灰等先干拌均匀；

2、加水拌合均匀、时间约90s；

3、海绵先湿润再加入拌合好的混合料中，拌合均匀，时间约60s；

4、海绵掺量为0，0.15%，0.2%，0.25%等等,为海绵质量占水泥、硅灰、骨料等质量的百分比；

5、每种海绵掺量做一组，一组为三块，掺海绵的多孔混凝土试件尺寸为直径为10cm、高度为5cm的圆柱体，不掺海绵的普通多孔混凝土尺寸为边长15cm的立方体；

3 试验结果与分析

根据研究方案，试验结果包括多孔海绵水泥混凝土的保水能力、抗压强度、抗冻性以及抗渗性。

3.1保水能力

多孔海绵水泥混凝土区别于普通水泥混凝土的重要特征是具备较强的保水能力。保水能力评价试验[5]是将直径10cm高度5 cm的圆柱形试件在标准环境下养护28d后，放在室外自然风干1 h，浸水1分钟后，放入烘箱内，烘箱温度分别为40℃、60℃和80℃。每隔半小时测一次，称取烘干后试件的质量。饱水试件质量与烘干试件质量之差越小，保水能力越好。图1为不同海绵含量下海绵水泥混凝土的保水能力。

由图1可以看出，海绵含量0.2%时试件保水性最好。当多孔海绵水泥混凝土试件中海绵含量较少时，海绵以松散状态储存在粗集料形成的空隙中，海绵中有足够的孔隙容纳并储存吸收的水分。随着海绵含量的增加，多孔海绵水泥混凝土试件中的空隙恰好被海绵颗粒填满，且海绵没有受到挤压，此时保水性达到最佳。当海绵含量继续增加后，由于试件中空隙的空间有限，此时海绵颗粒受到挤压，孔隙体积减小，保水能力受到限制。所以，当海绵含量添加到0.2%再继续增加时，试件的保水性反而会随着海绵含量的增加而减弱。

3.2抗压强度

抗压强度是路面材料基本强度指标，抗压强度[6]参照规范中相关试验方法进行。图2为海绵掺量为0.2%的多孔海绵水泥混凝土和普通混凝土抗压强度的比较情况。

由图2可以看出，掺入海绵对试件强度无明显影响，抗压强度最大值可以达到32.8 MPa。海绵颗粒分布在粗集料形成的空隙之间，此时混凝土强度主要受粗集料颗粒嵌挤作用控制，所以加入海绵后强度变化不大。

3.3抗冻性

海绵水泥混凝土具有较强的保水功能，冬季时水分进入材料后可能会造成冻融损坏。试验[6]中将海绵含量不同的水泥混凝土试件养护28d，然后用塑料保鲜膜严密包裹放入冻融机进行冻融循环，冻融条件为-18℃条件下冻16h，放入25℃室温中8h为1个循环，冻融5次。在冻融后测试试件抗压强度。图3为抗冻试验结果。

由图3可以看出，由于内部存在水分，多孔海绵水泥混凝土在冻融后强度会有所下降，但不明显。通常混凝土材料的冻害与其水分含量有密切关系，水结冰时体积膨胀，海绵水泥混凝土冻融后的强度损失与不同海绵含量时的保水能力有关。虽然多孔海绵水泥混凝土有较强的保水能力，但由于粗集料骨架形成了体积较大的孔隙，水分不会完全充满孔隙。海绵具有较高弹性，为水分结冰体积膨胀时产生的内力释放提供了一定空间，所以冻融损坏没有预想的那么明显。

3.4抗渗性

抗渗试件尺寸为边长160mm立方体和直径与高皆为160mm圆柱的组合体，以6个为1组，试件成型后24h拆模，刷去两端面水泥浆膜，然后送入标准养护室养护。养护至28d进行试验。

混凝土抗渗性能试验[7]按下列步骤进行：

①试件养护至试验前1天取出，将表面晾干，然后在其侧面涂一层熔化的石蜡，随即将试件连同试件套装在程控抗渗仪上进行试验；

②试验从水压为0Mpa开始。以后每隔8h增加水压0.1Mpa，随时注意观察试件端面的渗水情况；

③当6个试件中有3个试件端面呈有渗水现象时，即可停止试验，记下当时的水压；

混凝土的抗渗等级以每组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力计算，其计算式为：P=10H-1，式中P-抗渗等级；H-6个试件中3个渗水时的水压力（MPa）。

试验时，上限值设定为1.0MPa，在45h时、下限值0.6MPa时出水，试验结束后试件内压强0.22MPa。根据公式，算得试件抗渗等级为5级。

4 结语

(1)与未加入海绵的水泥混凝土相比，掺入海绵对试件抗压强度没有明显影响。

(2)随着海绵含量增加，多孔海绵水泥混凝土的保水能力逐渐增强。当达到0. 20%后保水能力下降。

(3)加入海绵后混凝土的抗渗性能略微降低，达到预期目标，为5级。

(4)由于内部存在水分，冻融条件下海绵水泥混凝土强度会有所下降，但降低幅度不明显，冬季寒冷地区应慎重选用。

[1]封江红.关注城市热岛效应[J].南方国土资源.2003

[2]胡力群,沙爱民,张沙沙.振动压实无砂多孔混凝土组成设计方法 [J].交 通运 输 工 程 学 报,2012,12(2):1-9.

[3]董雨明,韩森,郝培文.路用多孔水泥混凝土配合比设计方法研究 [J]. 中外公路.2004,(1).86-89

[4]马玉芳.路用多孔水泥混凝土室内成型方法研究[J].公路,2007.12:176—181

[5]桂霓编译.保水性路面的施工及性能研究[J].道路建设.日本.2003.(9).5-9

[6]陈瑜,张起森,高英力.路面面层用多孔水泥混凝土力学性能试验 [J].中 国公 路 学 报,2010,23(2):18-24.

[7]陈聪,杨林德.地下结构混凝土渗透特性试验研究[J].岩土力学,2011,32(8):2380-2385

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1007-6344（2017）06-0010-02