环保型无砂再生透水混凝土配合比设计分析

2018-06-19李丹丹林志豪赵海坤

中国资源综合利用 2018年4期

李丹丹，林志豪，赵海坤，李健

（1.吉林建筑大学城建学院，长春 130114；2.长春四环东鹏建筑安装有限公司，长春 130000）

当前，环保型无砂再生透水混凝土在工程施工中应用较广。这种混凝土经过研制后，水泥浆膜的厚度能够达到800 um，水灰比可以达到0.31，抗压强度大于20 MPa，透水系数大于7，作为一种特殊的路面材料，能够很好地达到快速排水、吸收噪音的目的。它对于改善城市雨水利用方式，提高城市生态环境的美化程度具有很好的促进作用。

1 试验方法

试验的原材料使用了普通硅酸盐水泥，粒级达到4.75～9.55 mm，保险密度达到2 643 kg/m3，选用了高效的减水剂。采用搅拌的方法进行养护成型，无砂透水混凝土的强度经过透水系数的提高，拥有很好的性能。

搅拌过程采用水泥包裹，将骨料与水加入到搅拌机中，加入水泥，进行拌和，形成了包裹着骨料表面的水泥浆壳，加入剩余的水之后，搅拌均匀，经过投料顺序和搅拌程序之后，骨料的表面形成了均匀的水泥浆层，使得混凝土具有很好的透水性和强度，然后均匀拌和混合料，装入试膜中，分别测试孔隙率、抗压强度和透水系数。

表1 水灰比配合比

确定水灰比时，人们要考虑混凝土的强度和透水性，对不同粒径W/C和颗粒相同的骨料G进行水灰比的配比，如表1所示。水灰比如果过小，水泥浆会出现过稠的情况，水泥浆难以均匀包裹在粗骨料的表面，难以提高强度；水灰比如果过大，水泥浆过稀，则骨料颗粒表面C会发生空隙的堵塞，降低透水的能力，降低强度。人们一般根据经验判断水灰比，观察拌合物的外部特性。例如，水泥浆在水泥表面包裹均匀的前提下，表面颗粒有光泽，轻握能够成团，则该水灰比W是最佳水灰比[1]。

对于掺合料，人们一般利用粉煤灰、矿粉和外加剂等进行净浆试验，然后得到初步参数，为了施工方便，参照资料，得到黏结强度、石子质量等调整后的配合比，如表2所示。

表2 无砂商品混凝土配比及性能

成型工艺采用静压成型法，成型压力保持在1.5 MPa，在3 min内进行预压力的稳压，采用标准的养护制度。如果单位面积上透水系数设定为一定数值，人们可以采用变水位的方法，以变水柱的高度下试件的竖向渗流速度来表示透水性能，采用成型面垂直的侧面为透水面，透水仪的位置放置在非成型面的中间，对其他测试面中超过透水仪的尺寸面积进行抹浆处理，将透水仪和试件进行接缝密封，在透水仪中加入水后，表面有水流出，记录水柱自然下降的刻度[2-3]。

2 环保型无砂再生透水混凝土的配合比设计

2.1 无砂商品混凝土配合比设计主要参数是水胶比和单方水泥用量

水胶比的大小既影响商品混凝土的强度，又影响其透水性。针对不同粒型粗集料采用不同的水胶比，以保证商品混凝土的强度及透水性。水胶比过小，造成水泥浆过稠，水泥浆难以均匀地包裹在粗集料表面，影响商品混凝土强度的增长；水胶比过大，水泥浆过稀，造成水泥浆从粗集料表面流下，影响粗集料之间的黏结，进而影响强度，同时水泥浆流淌下来会造成透水空隙部分或全部被填充，不利于透水性，也不利于商品混凝土强度的均匀性。根据以往经验，水胶比选取值介于0.25～0.40。

2.2 确定水胶比范围

根据具体工程的需要，参考特种商品混凝土手册，结合经验选择的水胶比为0.25～0.40，若水胶比太小，水泥浆过稠，不能很均匀地包裹粗集料，水胶比过大，水泥浆稀，不利于强度的提高。在实验室分别选用0.28、0.31、0.34三个水胶比进行试配，通过观察商品混凝土表面状态及28 d强度，选取最优水胶比，进而确定生产配比。

2.3 确定粗集料用量

1 m3无砂商品混凝土的粗集料用量取为1 m3紧密密度状态下的碎石的质量×0.98（折减系数）。无砂商品混凝土粗集料之间相互抵依，对于某一性状的粗集料，其用量是固定的，考虑水泥浆的包裹作用，需乘以一定的折减系数。

2.4 确定水泥用量

由于无砂商品混凝土不同于普通商品混凝土，其水泥量的确定是通过选定水胶比，通过试配及商品混凝土的感观来确定的。选定一个水胶比分别用不同水泥用量来进行试配，观察其状态。

2.5 试配及成型

通过选定的水胶比、确定的骨料及水泥量，进行试配，考虑外加剂的使用，改善商品混凝土的外观，当出现粗集料表面水泥浆分布均匀，有光泽，拌合物试料保持容器形状时，其效果最佳。由于无砂商品混凝土无细集料填充，振动成型会造成水泥浆下沉，水泥浆分布不均匀，透水性大大降低，强度离散性大。实验室成型采用插捣成型工艺成型，分三层插捣，使其均匀密实。在自然条件下养护24 h后脱模，置于标养室养护28 d。

表3 无砂透水混凝土配合比

水灰比的选择，与混凝土的强度和透水性有很大的关系。无砂透水混凝土的水灰比，一般随着水泥用量的增加而减少，波动范围不断增大，最终人们可以得到最佳的水灰比。水灰比的数值达到最佳之后，水泥浆难以均匀地包裹在所有骨料颗粒中，工作度较差，达不到适当的密实度。水灰比过小，混凝土不均匀，透水性也不好，强度难以达到工作要求[4]。

随着水泥浆梁的增加，混凝土的孔隙率降低，整体的结构趋于均匀，混凝土的透水系数不断降低，强度提高。因此，水灰比的配合对于拌合物的和易性有着直接的影响[5]。

3 结果分析

组成材料给定的情况下，水灰比影响混凝土的流变性能、水泥浆凝聚结构以及其硬化后的密实度，对某种水泥就有一个最适宜的比值，过大或过小都会使强度等性能受到影响，因此水灰比的定义是拌制水泥浆、砂浆、混凝土时所用的水和水泥的重量之比，是决定混凝土强度、耐久性和其他物理力学性能的主要参数。

3.1 抗压强度

无砂透水商品混凝土的抗压强度主要与水灰比、水泥用量、孔隙率有关，从试验结果看比普通商品混凝土偏低。水泥用量增加可使水化产物相应增长，从试验的结果可以看出，对于同一粒径的骨料，其较佳水灰比不同。对于同一种骨料粒径来说，水泥用量越高，无砂透水商品混凝土的强度越高。水泥浆不能均匀地包裹在粗骨料表面，而在实际测量孔隙率时，无砂透水商品混凝土中的闭口孔隙无法测得。在一定范围内，强度随着水灰比减少而增大，仅为开口空隙及半开口空隙，无砂透水商品混凝土强度一般随孔隙率的增加而增大，因干燥拌料不宜均匀，达不到适当密度，对强度的影响很大。

3.2 孔隙率

随着水泥用量的增加，水灰比越大，浆体体积越大，水无砂透水商品混凝土的孔隙率就越小。目前，无砂透水商品混凝土的孔隙率仍无成熟的计算方法，关于无砂透水商品混凝土配合比设计，过多的水泥用量会填充到骨料间的孔隙中，因此其结构特征可以近似认为是同一粒级碎石，由碎石的紧密堆积密度确定。无砂透水商品混凝土的表观体积由粗骨料堆积而成，孔隙率降低，强度提高。

3.3 渗透系数

为了获得必要的和易性，在无砂透水商品混凝土试块中下部的水泥浆较多，孔隙率渗透系数随着孔隙率的增大而增大，这是由于水泥水化产物所需要的结合水是一定的，主要受连通孔隙的影响。水灰比渗透系数随着水灰比的增大而减少。水泥灰比变大，渗透系数随之减少，导致有效孔隙率减少，因此在拌制无砂透水商品混凝土时应采用较大的水灰比。