轻骨料透水混凝土的研究.pdf

2 0 1 2年第 3 期 3月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C 0NC RE T E AND CE MEN T P RODUC T S 2 01 2 No 3 Ma r c h 轻骨料透水混凝土的研究 南 峰 ， 金瑞灵 ， 伍 勇华 ， 张建科 ， 周新宇 ( 1 西安建筑科技大学材料学院 7 1 0 0 5 5 ； 2 上海唯中建材股份有限公 司 2 0 0 1 2 2 ) 摘要 ： 用粘 王陶粒作为粗骨料、 膨胀珍珠岩作为细骨料和其他胶凝 材料 ( 水 泥和粉 煤灰 ) 通过人 工搅拌 的方法 配制轻骨料透水混凝土 ， 研究不 同的水泥、 粉煤灰和细轻骨料用量对混凝 土抗压 强度 、 孔隙率、 透 水系数 、 p H值 及表 观密度等性能的影响。结果表 明， 随着水泥、 粉煤灰和细轻骨料 用量的增加 ， 轻骨料 透水混凝 土的强度增加 、 表 观密 度增 大， 而孔 隙率、 透水 系数会 降低 ， p H值 变化 不大。 关键词 ： 透水混凝土 ； 轻骨料 ； 透 水系数 Ab s t r a c t ：T h e l i g h t w e i g h t a g gre g e s p e r v i o u s c o n c r e t e i s p r e p a r e d b y h a n d i n g mi x i n g w h i c h i s u s e d b y t h e c e r a m i s i t e c l a y a s c o a r s e l i g h t w e i g h t ， t h e e x p a n d p e r l i t e a s fi n e l i g h t w e i g h t a g gre g e s ， n y a s h a n d o r d i n a r y p o r t l a n d c e me n t T h e e f f e c t s o f v a r i o u s d o s a g e s o f c e me ， a s h a n d fi n e l i g h t we i g h t a g g r e g a t e s o n t h e c o mp r e s s i v e s t r e n g t h ， p o r o s i t y ， p e r - me a b i l i t y c o e ffic i e n t ， p H v a l u e a n d a p p a r e n t d e n s i t y o f p r e p are d c o n c r e t e a r e r e s e a r c h e d T h e r e s u l t s s h o w t h a t w i t h the d o s a g e i n c r e a s e o f c e me n t ， fl y a s h a n d fi n e l i g h t we i g h t a g gre g a t e s ， s t r e n g t h a n d a p p are n t d e n s i t y o f c o n c r e t e i n c r e a s e ，b u t t h e p o r o s i t y a n d p e r me a b i l i t y c o e ffic i e n t d e c r e a s e a n d t h e p H v a 1 u e c h a n g e s a l i t t l e Ke y wo r d s ： P e r v i o u s c o n c r e t e ； L i g h t w e i g h t a g g r e g a t e ； P e r me a b i l i t y c o e f f i c i e n t 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 2 ) 0 3 - 2 2 - 0 4 0前 言 透水混凝土是用胶凝材料与水拌合后包裹特 定粒径的粗骨料而形成 的多孔骨架结构 。因其具有 良好的透水透气性 能 ， 而被用于路面和绿化 ， 具有 良好 的经济效益和生态效益 。将轻骨料替代透水混 凝 土中的碎石作为粗骨料而配制 出的轻骨料透水 混凝土 ，与普通透水混凝土相 比具有表观密度小 、 质量轻 、 导热系数低等特点。在其表面铺设一层薄 土种植草皮 ， 就可以用于护坡 和道路绿化 ， 此类混 凝土也可以称为生态混凝土。若对轻骨料透水混凝 土加 以利用 ， 就可减轻环境负荷 ， 并对废弃物循环 利用 ， 进而提高生态效益和经济效益 。我 国对生态 混凝土的研究 已有很多 ， 主要是为了保护环境和提 高资源的利用I ， 但是我国对轻骨料混凝土的研究 是从上 世纪 5 O年代开始的 ， 到 9 0年代 ， 陶粒轻骨 料的应用进入一个全新时期 5 J 。由于轻骨料的来源 比较广泛且成本较低 ，如工业废料 中的粉煤灰 陶 粒 、 粘 土陶粒 、 膨胀矿渣珠等 ， 能够降低成本 、 提 高 材料 的利用率 。掺入透水混凝土后 ， 可大大降低透 水混凝土的 自重和高成本 ， 这对资源的利用和生态 平衡具有积极作用 。 将粘土陶粒和膨胀珍珠岩作为粗细轻骨料 ， 与 胶凝材料配制成轻骨料混凝土， 通过分析各组分对 其性能的影响 ， 即对抗压强度 、 透水系数 、 干表观密 度和 p H值等性能的影响 ， 找出影响规律 ， 从而配制 出性能 良好 的轻骨料透水混凝土。 1 原材 料 1 1 水 泥 采用陕西秦岭某公 司生产的 P 0 4 2 5级水泥 ， 其技术指标如表 1所示。 表 1 水泥的技 术性 能指标 一 2 2 南峰 ， 金瑞灵 ， 伍勇华 ， 等 轻骨料透水混凝土的研究 1 2 粗骨 料 采用 陕西某公司生产 的粘土 陶粒 ，堆积密度 4 1 5 k g m。 ， 筒 压 强度 1 0 MP a ， 吸水率 1 0 ， 空 隙率 40 。 1 3细骨 料 西安三桥产膨胀珍珠岩颗粒 ，堆积密度 8 5 k g m ， 细 度模数 2 8 ， 颗粒级配符合 J G J 5 2 2 0 0 6 普通 混凝土用砂 、 石质量及检验方法标准 中砂 区的 要求 。 1 4粉煤灰 采用渭河电厂产的 级粉煤灰 。 1 5高效减水剂 山东某公司生产的 F D N高效减水剂 ， 掺量为水 泥用 量 的 1 。 2试 验方 法 2 1 透水混凝土抗压强度的测定 抗压强度参照 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 ( 普通混凝土力 学性 能试 验方法标准 进行测试 ， 即将轻 骨料混凝 土拌 合 物用 人工 插 捣 的方 法 ，制 作成 1 0 0 m mx 1 0 0 mmx 1 0 0 mm的立方体 ，标准养护至龄期并干燥 后 ，用 T Y A一 2 0 0 0型 电液 式压 力试 验机 进行 抗 压强 度 测试 。 2 2 透水混凝土透水 系数的测定 本研究 的透水性 能测试 采用 日本学者提 出的 固定水位透水测定法 同 来 测定透水 系数 ， 其装置 如 图 1 、 图 2所示 ， 制 作 的试件 如 图 3 所 示 。 量筒 图 1 透水系数测定仪示意图 图 2自制 的透水系数测定仪 图 3成 型 的测 试 试 件 该装置采用高度为 H( m m) 、 断面积为 A ( m m2 ) 的 圆柱形试件 ，上部密封连接透明的圆柱形套筒 ， 并 在套筒的上部设一流出 口。将其放入一个水槽中 ， 水槽的上部设出水 口。水槽 出水 口至套筒出水 口之 间的距离为水位差 h 。 试验前将试件充分饱水 ， 将水 槽 中充满水 ， 直至水从出水 口流出 ； 从套筒上部不 断给水 ， 使试件上部水位高度保持不变 ， 测定从水 槽 出水 口流出的水量 Q ( m m3 ) 和出水时间 A t ( s ) ， 则透 水系数 T按下式计算 ： T = ( H h ) x Q ( Ax A t ) 。 2 3 透水混凝土透水系数的测定 参照 G B T 2 9 9 7 2 0 0 0 致密定形耐火制品体积 密度 、 显气孔率和真气孔率 中的试验方法进行测 试 。 2 4 p H值的测定 将规定龄期 的试件从标养室取 出，在 1 0 5 q C 烘 至恒 重 ， 放入 l 0倍 质 量 的蒸 馏水 中 ， 每 隔 约 1 5 mi n 搅拌均匀 一次 ， 2 4 h后使用酸度计测定 p H值。 2 5 干 表观密 度 的测定 先将试块称重并测量其含水时的表观密度 ， 然 一 2 3 2 0 1 2年第 3期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 1 期 后破碎至粒径为 2 0 3 0 mm， 取 l g烘干至恒重 ， 测 出 试块的含水率 ， 然后 由含水时的表观密度和含水率 求出轻骨料混凝土的干表观密度 。 3 试 验 结果 与分析 原材料、 成型方法及养护条件是影响透水混凝 土性能的主要因素。对轻骨料透水混凝土而言 ， 强 度和透水性是对立 的，在配合 比设计时应综合考 虑。本文采用人工插捣方法成型透水混凝土 ， 标准 养护至龄期并干燥后测定其抗压强度 、透水系数 、 孔隙率 、 p H值等主要性能指标。透水混凝土的配合 比见表 2 。 3 1 水泥对轻骨料透水混凝土性能的影响 水泥作为轻骨料透水混凝土的主要胶凝材料 ， 在混凝土中主要起粘结作用。不同用量的水泥配制 轻骨料 透水混凝土 ， 测试其各项性 能 ， 比较水泥用 量对其性能的影响。测试结果如表 3所示 。 表 2 轻骨料透水混凝土配合比( 1 m3 ) 由表 3可知 ， 随着水泥掺量 的增加 ， 透水混凝 土 7 d 、 2 8 d抗压强度增大 ， 表观密度也随之增大 ， 但 孔隙率和透水系数有所降低， p H值变化不大 。水泥 对透水混凝 土抗压强度 的贡献较大 ，水泥掺量越 多 ， 强度会越高。水泥掺量过少时， 会引起水泥包裹 骨料不完全 而造成骨料 间的胶结面积小而使混凝 土强度 降低 ； 水泥掺量过多时 ， 虽然混凝土强度会 提高 ， 但是必然会使轻骨料透水混凝土 的表观密度 增大 ，并且 骨料问的孔 隙被过多水泥浆填充而减 小 ， 透水混凝土 的孔隙率就会减小 、 透水 系数也随 之降低。因此 ， 由表 3可知 ， 水泥在轻骨料透水混凝 土中有一个最佳掺量。 3 2 粉煤灰对轻骨料透水混凝土性能的影响 粉煤灰作为轻骨料透水混凝土 中的矿物掺合 一 2 4 一 料 ， 可 以替代部分水泥 ， 降低混凝土的碱性及生产 成本。用粉煤灰替代水泥后 ， 测试轻骨料透水混凝 土的性能。结果见表 4所示 。 由表 4可知 ， 随着粉煤灰掺量的增加 ， 轻骨料 混凝 土的抗压强度 、 表观密度逐渐增大 ， 透水 系数 和孑 L 隙率降低 ， 而 p H值变化不大 。究其原因 ， 粉煤 灰等量替代水泥掺入轻骨料混凝土后 ， 在水泥内部 起到了填充作用 ，减小了混凝土拌合物的用水量 ， 因此 ， 强度会有所提高。而粉煤灰掺量过大时 ， 水胶 比不变 ， 混凝土中净浆流动度会增大 ，一定程度上 水泥浆会堵塞空 隙 ， 使得骨料间的空隙减少 ， 透水 系数降低 。 3 - 3 细轻骨料对轻骨料透水混凝土性能的影响 膨胀珍珠岩作为细轻骨料加入轻骨料 透水 混 南峰， 金瑞灵 ， 伍勇华 ， 等 轻骨料透水混凝土的研究 凝土后 ，将会 影响透水混凝 土 内部孔 的形状和结 构。将不 同用量的膨胀珍珠岩作为细轻骨料掺人混 凝土 ， 测试 轻骨料透水混凝土的性能 。测试结果见 表 5所示 。 由表 5可见 ， 不添加细轻骨料 的轻骨料透水混 凝土的抗压强度略低 ， 而孑 L 隙率较大 ， 添加细轻骨 料的轻骨料透水混凝 土的抗压强度较高 ， 孔隙率和 透水系数小 ， 表观密度和 p H值变化较小 。 添加 了适 量 细轻 骨料 后 ， 增大了水 泥浆包裹面积 ， 孔 隙率相 对减少后 ， 胶结面积增大 ， 一定程度上增加 了混凝 土 内部的骨架 ， 使得强度有所增高。细轻骨料过多 时 ， 会造成空隙率和透水 系数减小 ， 对透水性能有 所影响。另外 ， 细轻骨料 的引入 ， 使得透水混凝土 内 部空 隙减小 ， 相应 地 ， 水分通过混凝土 内部的路径 增长 ， 一定程度上具有保水 的作用 ， 这对在其 表面 种 植 的草 皮具 有 蓄水 的功 能 。因此 ， 添加 适 量 的 细 轻骨料 ，可以改善和提高轻骨料透水混凝土 的性 能 。 表 4 粉煤灰对轻骨料透水混凝土性能的影响 4结论 ( 1 ) 在水灰 比不变 的情况下 ， 随着水 泥用量在 一 定范围内的增加 ， 轻骨料透水混凝土的抗压强度 增大 ， 但孔隙率和透水系数降低。 ( 2 ) 随着粉煤灰等量取代水泥用量 的增 加 ， 轻 骨料透水混凝土的抗压强度 、表观密度逐 渐增大 ， 而孔隙率和透水系数降低 ， p H值变化不大。 ( 3 ) 轻骨料透水混凝土中掺人细轻骨料后 ， 改善 了混凝 土 内部孔结构 ， 使 其抗压强度 、 表 观密度均 有所增大 ， 降低 了孔隙率和透水系数 ， 而 p H值变化 不大 。 参考文献 ： 【 1 1 王智 ， 钱 觉时 ， 张朝 晖 ， 石从黎 生态混凝 土的应用及存 在 的问题 J 】 材 料导报 ， 2 0 0 7 ， 2 1 ( 5 A) ： 4 3 4 4 3 6 2 】 胡瑞珍 ， 田秀淑 ， 任淑霞 生态混凝土 的研究及 应用 J 石 家庄铁道学 院学报 ， 2 0 0 6 ， 1 9 ( 9 ) ： 1 0 8 1 1 1 【 3 张新华 生态混 凝土构件力学性能 的试验研究 J 南 昌高 专学报 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 2 0 1 2 2 4 李华健 ， 孙 恒虎 ， 肖学 军 生态混凝土研究进展 J 材料导 报 ， 2 0 0 5 ， 1 9 ( 3 ) ： 1 7 2 0 5 】 霍俊芳 ， 崔 琪 轻 骨料混凝 土 的研究 现状与 发展 J 建筑 技术 ， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 4 ) ： 5 8 6 1 【 6 冯乃谦 实用混凝土大全 M 北京 ： 科学 出版社 ， 2 0 0 1 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 2 1 O 作者简介 ： 南峰 ( 1 9 6 9 一 ) ， 男 ， 工程师。 通讯地址 ： 西安 市雁塔路 1 3号 联 系电话 ： 1 3 1 8 6 1 6 0 2 0 5 E - ma il ： n an f e n gx a u a t 。 e d u c a 一 2 5