酸雨环境下透水混凝土的性能变化研究

刘 桌 顾凯文 杨 柳

(1.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550081； 2.贵州宏信创达工程检测咨询有限公司 贵阳 550016)

透水混凝土(pervious concrete)，也可称为多孔混凝土(porous concrete)，采用无砂或者少量砂的开级配混合料制成，具有较多联通孔隙结构，通常具有15%～35%的孔隙率和0.2～1.0 cm/s的透水系数。由于其孔隙结构，常应用在城市路面铺装，可以有效改善城市排水系统和地下水资源生态平衡，缓解城市的热岛效应和噪声污染，增加路面抗滑性，美化城市景观等。因此，透水混凝土作为一种环境友好型的路面铺装材料，逐渐被应用于大量的轻交通路面、景观路面、停车场、体育场等[1-4]。

但由于透水混凝土的多孔结构，使其与普通水泥混凝土相比，耐久性较差，也使得目前透水混凝土的应用还受到较多限制，且透水混凝土路面结构设计尚没有相应的国家或行业规范。故研究透水混凝土的耐久性劣化规律，寻找有效提高其耐久性的方法，制定相应的结构设计规范是其绿色生态性能得以应用的前提。

随着我国酸雨区域的扩大，酸雨侵蚀是影响混凝土使用寿命的重要原因。在诸多酸雨侵蚀混凝土的研究中，大多数都是以普通混凝土为研究对象，对透水混凝土的研究还较少[5]。透水混凝土的骨料之间通过水泥浆黏结而形成骨架结构，酸雨可以通过孔隙结构进入透水混凝土内部，与水泥浆中的氢氧化钙等碱性物质反应，降低骨料间黏结强度，从而达到侵蚀效果。自然酸雨一般由硫酸、硝酸组成，以硫酸为主，故本试验以稀浓硫酸溶液模拟酸雨。此外，大多数酸雨试验研究是采取浸泡的方式来处理试件，但对于工程应用中的混凝土，尤其对于能够及时把雨水排出的透水混凝土，较少处于浸泡在雨水中的状态[6-8]，故采用浸泡试件的方法并不能很好地模拟酸雨[6-7]。为了更大程度地模拟环境中的酸雨，本文提出了循环喷淋(见图1)的方式。

图1 循环喷淋

1 试验准备

本次试验采用了自制的酸雨喷淋的循环系统，见图2。

图2 酸雨喷淋循环装置

透水混凝土试件(见图3a))为按表1配合比制备的边长100 mm的立方体试件。本次试验酸雨采用98%浓硫酸和自来水(常温下pH=6.8)配制而成，pH值为(3.5±0.3)的酸性溶液，见图3b)。

表1 试件的配合比 kg/m3

图3 试验准备

2 试验过程

按照图4，把试件分为A，B，C 3组，A组放在酸雨循环喷淋系统的木板上，B组浸泡在装有酸雨的塑料桶中，C组自然放置在室内地板上。循环喷淋以第一天16：00开始至第二天12：00结束，共喷淋20 h。分别测试试件的初始强度及在第7，14，28 d时，A，B，C组的抗压强度。

图4 试件处理

3 试验结果和分析

1) 试件外观变化。图5为14 d时A，B，C组试件的外观状况。

图5 试件外观变化

由图5可见，A组试件顶面覆盖的一层黄色物质，是酸雨侵蚀的产物及水中的杂质累积而成；B组试件骨料表面变得非常粗糙，被侵蚀的现象较为明显；C组试件外观无明显变化。

2) 酸性溶液pH值的变化。记录每天酸性溶液12:00时的pH值，即酸性溶液在经过1 d的循环喷淋或者浸泡后的pH值，得到酸溶液的pH值变化曲线，见图6。

图6 酸性溶液pH值变化

由图6可见，在前期，B组的酸性溶液在浸泡1 d后pH值相较初始pH值(3.5±0.3)变化较大，酸的消耗较多，而在一段时间后趋于平缓，酸被消耗的很少。这说明酸性溶液对试件的浸泡在前期是一个快速侵蚀过程，在后期是一个缓慢侵蚀过程。而A组的酸溶液pH值在整个过程中都变化较小，这说明酸性溶液喷淋对试件在整个试验中是一个缓慢侵蚀的过程。

3) 试件强度的变化。测得A，B，C组试件在7，14，28 d时的强度,见图7。

图7 试件抗压强度变化

由图7可见，C组的强度变化较小；B组的试件在7 d时强度有大幅度下降，之后变化较小；A组的试件在整个过程中强度没有减小，反而一直呈上升趋势。

通过分析可知，在喷淋的过程中，由于透水混凝土能及时将酸性溶液排出，使酸性溶液并没有与混凝土表面内部有较好的接触条件和反应时间，酸雨的侵蚀效果并不明显，而且在喷淋酸性溶液的过程中同时也喷淋了大量的水，这可以看成是对混凝土的一种“养护”，对透水混凝土的强度成长有一定的帮助，所以在整个喷淋过程中，透水混凝土的强度没有降低，反而有所增长。而浸泡的试件强度在前期有明显下降，是因为浸泡的试件内部孔隙长期充满了酸性溶液，有充分的接触面积和反应时间，使酸有良好的条件逐渐侵蚀混凝土，从图6中pH的变化可以看出，浸泡溶液消耗的酸的速度比喷淋溶液要快很多；浸泡组的试件7～28 d的强度变化较小，是因为7 d内部孔隙的表层已被侵蚀，酸性溶液较难进入内部，后期的侵蚀是非常缓慢的过程，这也与后期pH值的变化趋势相符合。

综上所述，酸性溶液浸泡相对喷淋对透水混凝土强度影响更大，这也是采取浸泡方式模拟透水混凝土的酸雨试验较不合适的原因。

4 结论

1) 受到酸雨喷淋的透水混凝土，由于其连通的孔隙结构可以及时将雨水排出，使其受酸雨的影响较小，而长期浸泡在酸雨中的试件，会很快受到侵蚀而强度明显下降。故在研究酸雨对透水混凝土的影响时，需加以考虑实际应用中受雨水作用的状态，而不能单一以浸泡来模拟酸雨的侵蚀。

2) 由于及时排出酸雨能显著减小酸雨对透水混凝土的影响，所以在实际应用中应做好相应的排水设计，而且应尽量避免孔隙阻塞而导致雨水无法排出。