透水混凝土用增强剂的研发

2021-01-08苏伟东

广东建材 2020年12期

苏伟东

（科之杰新材料集团福建有限公司）

0 引言

透水混凝土又称多孔混凝土，是具有透水作用的功能型混凝土[1]。多孔透水混凝土的主要性能指标是空隙率、透水系数与抗压强度，许多因素会影响多孔透水混凝土的这些性能，且这些因素的影响相互关联、相互制约[2]。目前透水混凝土在人行横道、公园广场、停车场等场合已经得到了普遍的应用，但透水混凝土的多孔性结构使其强度普遍偏低，耐久性较差，所以推广应用受到了限制，因此高强度透水混凝土的制备研究是目前研究的热点。透水混凝土在生产运输和浇筑成型过程中将不可避免地遭遇颠簸、振动等影响，易出现浆体下沉、无法包裹骨料等现象，导致透水混凝土无法满足应用要求[3]；透水混凝土通过骨料间点接触形成骨架传递荷载，水泥浆薄膜包裹骨料表面胶结成型，因此透水混凝土的强度偏低，一般在15～30MPa 范围圈，实际工程应用工程应用中往往更低。本文研究从增强剂的角度出发，配制优质的增强剂，配制出抗压强度不低于C35 的透水混凝土，用于改善透水混凝土的工作及强度不足的问题。

1 原材料与实验依据

1.1 原材料

⑴闽福42.5 水泥（代号C1）：细度11.6%，凝结时间为初凝185min、终凝240min，水泥抗压强度为28 天51.8MPa。

⑵碎石：本文采用某石厂5mm～10mm 花岗岩碎石（代号G），紧密堆积密度1530kg/m3。

⑶砂：采用机制砂作为透水混凝土的细集料（代号S），细度3.0，堆积密度1520kg/m3，含泥量：3.8%。

⑷矿粉：采用三钢S95 级矿粉（代号K），密度2.9g/cm3，比表面积420m2/kg，烧失量0.9%；活性指数97%。

⑸水：自来水。

⑹增强剂：

①佳境大棕狮新材料有限公司PRC 生态混凝土增强剂；

②海绵城市透水工程材料SR-6 增强剂及SR-02 增强剂；

③绿境生态股份有限公司GX-6 增强剂；

④某公司透水增强剂，代号为GZ；

⑤自制透水增强剂，代号为ZQ。

1.2 实验依据

抗压强度测试实验，按照GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。

新拌混凝土实验，按照GB/T 50080－2016《混凝土拌合物性能试验方法标准》。

透水混凝土应用技术规程：其中判断初期和易性依据为手攥成团（拌合物应具有良好的粘聚性和包裹性，浆体能均匀包裹集料表面、但不流挂，手攥成团），手攥成团的标准：由于每个人的手掌大小不一，等拌合物出锅后经人工来回手拌均匀后，一般每次手抓3 把，双手捏住拌合物5 下左右至拌合物手捏成团，如果手攥成团且有浆体均匀包裹集料表面则表示这个和易性良好，如果手攥不成团、拌合物暗淡无光泽且呈现料散的状态则表示这个和易性差(判断手攥成团操作需同一个人测试），如图1、图2 所示。

图1

透水混凝土透水率实验方法按照DB3502/Z 5006－2015《透水水泥混凝土应用技术规范》。

2 实验结果与分析

2.1 C35 配合比的选取

目前透水混凝土普遍应用在人行横道、景观路面、停车场等场合，且透水混凝土的多孔性结构使其强度普遍偏低，一般设计标号等级在C15～C20 之间，所以需先设计一个C35 基础配合比（控制水胶比相同），使用某公司增强剂GZ；具体见表1。

表1 C35 透水混凝土配合比

其中：由于透水混凝土属于干硬性混凝土，坍落度普遍偏下甚至几乎为0，因此其工作性能优劣主要在于其骨料表面浆体的工作状态。在无法定量评价透水混凝土工作性能的条件下，通过对其浆体的饱满程度的测试，手攥成团为判定透水混凝土的工作性。配合比中保持增强剂用量一样的前提下，通过控制用水量使其透水混凝土初始手攥成团，观察其后期抗压强度。见表2。

表2 透水混凝土抗压强度与透水性能测试结果

实验小结：通过上述实验得出，在等初始和易性状态的前提下，随着浆体用量的增加，透水混凝土的强度逐渐提高，胶材用量430～550kg/m3范围内，每增加40kg/m 胶材用量，透水混凝土强度几乎可以提高一个强度等级；且透水率及抗压强度均可满足实验C35 的要求

2.2 增强剂的筛选

选取C35 透水混凝土配合比4，在保证透水混凝土拌合物和易性（发亮、手攥成团）相近的前提下，分别对不同增强剂抗压强度的筛选，选取抗压强度最好的增强剂。性能试验如表3。

表3 不同增强剂的性能实验

实验小结：在拌合物初始和易性相近的前提下（发亮、手攥成团），ZQ 的抗压强度为36.8MPa，明显比其它几个增强剂至少高1 个强度等级以上，其后是GZ 的抗压强度为32.2MPa，而PRC 和SR-6 虽然透水率高，可是28 天抗压强度明显低很多。因为增强剂对抗压强度的提升作用越明显，透水混凝土的透水系数越低，现上述看似“矛盾”的原因在于一方面增强剂促进了新拌透水混凝土的粘聚性，能够保证浆体包裹骨料的均匀性；另一方面增强剂中的增强组分促进了浆体的密实，减少了骨料间缺陷，混凝土强度随之提高。

2.3 细集料对透水混凝土强度的试验分析

透水混凝土虽然采用最佳级配的粗集料，还是存在比较大的空隙率，如果可以在保证其具有良好的透水能力的前提之下尽量的填充剩余的空隙，就会使得透水混凝土变得更为密实，获得更大的强度。对于混凝土强度提升的方法比较多，一般使用的为硅灰可以起到良好的作用，增强过渡区域的作用。但是因为硅灰的价格比较高，不适合大规模的使用，为此本文提出掺入比较经济并可靠的砂用来改善透水混凝土的强度。配合比如表4。

其中配合比砂率分别为0、5%、10%以及15%，通过调整增强剂用量使透水混凝土拌合物初期和易性相近（手攥成团），观察其后期抗压强度。性能试验如表5。

实验小结：伴随着砂率的提升，透水混凝土的抗压强度也随着变大，这是因为细集料的存在，增大了促进之间的接触点数目，同时包裹在记录外面的水泥砂浆的厚度也是在明显的提升，增加了集料之间的粘结能力，内部更为密实，使得透水混凝土的强度大幅度提升，所以加入适量的细集料对于透水混凝土强度是有利的，但是不能增加过多，否则就会导致透水混凝土变得密实，失去其透水功能，其中以5%为最佳。