浆体流变性对透水混凝土力学性能的影响研究

2022-01-29刘冬宁

北方交通 2022年1期

刘冬宁

(河北瑞志交通技术咨询有限公司石家庄市 050091)

0 引言

随着我国城镇化的快速发展，由钢筋混凝土建筑而成的城市出现了如积水、内涝等“城市病”，给人民生活和城市发展带来严重的影响[1-2]。基于日益突出的城市发展问题，各地城市大力推进“海绵城市”建设理念，而透水混凝土是在符合当下环境的一种新型绿色建筑材料[3-5]。近年来，透水混凝土在城市停车场、人行道、轻载道路等市政工程中得到了较为广泛的应用，其透水性能、力学性能等是透水混凝土使用过程中需重点考虑的几项指标，考虑到水泥用量在透水混凝土的各类组成物料中占比较大，而如何科学设置水泥浆体的比例，改善水泥浆体性质，对于提高透水混凝土的使用效果将会起到促进作用[6-8]。首先通过改变外掺剂掺量控制调整水泥浆体的流动度与塑性黏度，然后将其加入骨料、外掺剂及拌和水中制备成透水混凝土试件，分别对不同浆体流动度和塑性黏度制备而成的透水混凝土进行力学性能研究，以期为透水混凝土的设计及工程应用提供参考。

1 试验设计

1.1 原材料

(1)水泥：选用P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，其基本性能指标如表1所示。

表1 P.O 42.5普通硅酸盐水泥性能指标

(2)骨料：单粒级玄武岩碎石，粒径范围为4.75～9.5mm，压碎值为10.5%。

(3)外掺剂：增黏剂选用某化工公司生产的HMC羟乙基纤维素；减水剂选用聚羧酸系高效减水剂，减水率为26.3%。

(4)水：市政自来水。

1.2 试验配比

通过利用外掺剂控制调整水泥浆体的流动度与塑性黏度，其中A组的塑性黏度固定为0.9Pa·s，流动度分别调为100mm、125mm、150mm、175mm、200mm；B组的流动度固定为150mm，塑性黏度分别调为0.3Pa·s、0.6Pa·s、0.9Pa·s、1.2Pa·s、1.5Pa·s；将水泥浆体中加入骨料、外掺剂及拌和水等制备成透水混凝土，水灰比取0.28，水泥与骨料质量比取0.25，即水泥用量和骨料用量分别固定为380kg·m-3、1520kg·m-3，透水混凝土的配合比设计具体如表2所示。

表2 透水混凝土及浆体配合比设计

1.3 试验成型及方法

按照常规透水混凝土的拌和工艺制备试验试件，首先根据透水混凝土的设计配比，将水泥、骨料倒入搅拌机中干拌1min，然后分别加入水、减水剂、增黏剂再次搅拌3min，将混凝土拌和物取出分3层装入试件模型中，同时逐层进行插捣30次，再用铁块将各试件模型上方覆盖压住，最后将其分别置于振动台上振动0.5min，以确保试件能够成型密实。在透水混凝土力学性能测试中抗压强度试验试件尺寸为150mm×150mm×150mm，抗折强度试验试件尺寸为150mm×150mm×600mm。试件成型后先置于温度为20℃±2℃的室内养护1d，再依次取出并拆除模具，最后放入湿度为97%、温度为20℃的标准条件下养护待测。

2 试验结果与分析

2.1 浆体流动度对透水混凝土抗压强度的影响

通过对不同流动度浆体制备的透水混凝土进行抗压强度测试，得到7d、28d龄期时的抗压强度变化曲线如图1所示。

图1 浆体流动度-抗压强度变化曲线

由图1可知，不同浆体流动度的透水混凝土抗压强度随着龄期的增大逐渐增大；在浆体塑性黏度一定时，随着浆体流动度的增大，7d、28d龄期时透水混凝土抗压强度均呈先增大后减小的变化趋势，其中当浆体流动度由100mm增至150mm时，透水混凝土的抗压强度随之逐渐增大，当流动度达150mm时，7d、28d透水混凝土的抗压强度分别达到了最大值30.25MPa和33.71MPa，当流动度继续增大，透水混凝土的抗压强度则逐渐减小。原因是水泥浆体在流动度较小的情况下呈偏干状态，黏结能力较低，无法均匀包裹于骨料外表，故抗压强度偏低；随着水泥浆体流动度的增加，其黏结能力逐渐增强，骨料能被均匀的包裹，从而提高了透水混凝土的抗压强度；但当浆体流动度过大时，泥浆会在自重和振动的共同作用下沉至拌和物的中、下层，故透水混凝土抗压强度随之逐渐降低。

2.2 浆体流动度对透水混凝土抗折强度的影响

通过对不同流动度浆体制备的透水混凝土进行抗折强度测试，得到7d、28d龄期时的抗折强度变化曲线如图2所示。

图2 浆体流动度-抗折强度变化曲线

根据图2可知，随着龄期的增大，不同浆体流动度的透水混凝土抗折强度均逐渐增大；随着浆体流动度的增大，透水混凝土的抗折强度也均呈先增大后减小的变化趋势，其中当流动度为100mm时，7d、28d透水混凝土的抗折强度为2.11MPa和3.51MPa；当流动度为150mm时，7d、28d的抗折强度为3.12MPa和4.4MPa，分别较流动度100mm时增加了47.9%、25.4%；当流动度为200mm时，7d、28d的抗折强度2.13MPa和3.42MPa，较流动度150mm时减小了31.7%、22.3%。原因是，在适宜的流动度情况下浆体的黏结能力才能达到最佳状态，且骨料包裹程度更为充分均匀，故混凝土的抗折强度增大。

2.3 浆体塑性黏度对透水混凝土抗压强度的影响

通过对不同塑性黏度浆体制备的透水混凝土进行抗压强度测试，得到7d、28d龄期时的抗压强度变化曲线如图3所示。

图3 浆体塑性黏度-抗压强度变化曲线

由图3可知，不同浆体塑性黏度的透水混凝土抗压强度随着龄期的增大逐渐增大；在浆体流动度一定时，随着浆体塑性黏度的增大，7d、28d龄期时透水混凝土抗压强度均呈先增大后减小的变化趋势，其中当塑性黏度由0.3Pa·s增至0.9Pa·s时，透水混凝土的抗压强度随之逐渐增大，当塑性黏度达到0.9Pa·s时，7d、28d抗压强度均达到最大值，而当塑性黏度继续增大，抗压强度则逐渐减小，且在1.2～1.5Pa·s范围内抗压强度减幅比较明显。原因是在塑性黏度小时，水泥浆体的稠度与拉拔黏结强度均较低，无法稳定地包裹于骨料表面，故抗压强度较低；当塑性黏度在一定范围内增大，浆体的黏结黏附能力逐渐增强，故混凝土的抗压强度也得到提高；当塑性黏度继续增大后，水泥浆体过度黏稠，使得包裹的骨料呈松散干涩状，故透水混凝土的抗压强度降低。

2.4 浆体塑性黏度对透水混凝土抗折强度的影响

通过对不同塑性黏度浆体制备的透水混凝土进行抗折强度测试，得到7d、28d龄期时的抗折强度变化曲线如图4所示。

图4 浆体塑性黏度-抗折强度变化曲线

根据图4可知，随着龄期的增大，不同浆体塑性黏度的透水混凝土抗折强度都逐渐增大；随着浆体塑性黏度的增大，各龄期时透水混凝土抗折强度均呈先增大后减小的变化趋势，其中当塑性黏度为0.3Pa·s时，7d、28d透水混凝土的抗折强度为2.48MPa和3.74MPa；当塑性黏度为0.9Pa·s时，7d、28d的抗折强度为3.12MPa和4.4MPa，分别较塑性黏度0.3Pa·s时增加了25.8%、17.6%；当塑性黏度为1.50Pa·s时，7d、28d的抗折强度1.15MPa和2.13MPa，较塑性黏度0.9Pa·s时减小了63.1%、51.6%。原因是在适宜的塑性黏度情况下，浆体的稠度与拉拔黏结强度才能达到最佳状态，使得骨料包裹程度更为充分均匀，因此透水混凝土的抗折强度增大。