卵石型透水混凝土专用复合型添加剂的试验研究.pdf

中国科技核 心期刊 新癯 建蟓 卵石型透水混凝士专用复合型 添加齐 Ij 的试验研究 徐芬莲， 卢佳林 ， 赵晚群， 杨仕海 ( 中建商品混凝 土成都有 限公司 ， 四川 成都6 1 0 0 5 2 ) 摘要 ： 以超细粉煤灰为载体， 通过复合硅灰、 锂渣、 高分子增稠剂等多种材料， 研制出一种卵石型透水混凝土专用复合型添加 剂 w。 在此基础上， 以C 2 0 卵石型透水混凝土为研究对象， 对比评价复合型添加剂 w 的性能。 结果表明， 掺入复合型添加剂 W的卵 石型透水混凝土拌合物包裹性好， 粗骨料( 卵石) 完全不裸露， 混凝土匀质性良好， 孔隙率为 1 6 ， 透水系数为2 _ 3 m m s ， 2 8 d 抗折、 抗压强度分别为 4 - 3 、 2 9 2 MP a ， 该混凝土具有 良好 的施工性能 、 透水性能及力学性能， 满足工程施工要求 。 关键词： 卵石型透水混凝土； 复合型添加剂； 工作性能； 透水性能： 力学性能 中图分类号： T U 5 2 8 2 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 0 4 0 0 2 4 0 3 Ex p e r i m e n t a l s t u d y o f t h e c o m p l e x a d d i t i v e f o r p e b b l e p e r v i o u s c o n c r e t e XU F e n l i a n， L U J i a l i n ， Z HA0 Wa n q u n ， Y ANG 鼽 ( Ch i n a Co ns t r u c t i o n Re a d y Mi x e d Co n c r e t e Ch e n g d u Co L t d ， Ch e n g d u 61 0 0 5 2， S i c h u a n, Ch i n a ) Abs t r a c t ： Ta ki n g u l t r a fin e fly a s h a s c a r r i e r ， a k i n d o f c o mp l e x a d d i t i v e( W) f o r p e b b l e p e r v i o u s c o n c r e t e h a s b e e n S uc c e s s f u l l y d e v e l o p me n t b y a d d i n g s i l i c a f u me ， l i t h i u m s l a g ， p o l y me ric t h i c k e n e r ， t h e p e rfo r ma n c e o f c o mp l e x a d d i t i v e ( W) wa s c o mp a r e d an d e v a l u a t e d b a s e o n C2 0 p e b bl e p e rvi o u s c o n c r e t e Re s u l t s s h o w t h a t ， C2 0 p e b b l e p e rvi o u s c o n c r e t e mi x t u r e mi x i n c o mp l e x a d di t i v e( W) wi t h g o o d h o mo g e n e i t y， c o a r s e a g g r e g a t e( p e b b l e )Was c o mp l e t e l y w r a p p e d u p ， t h e p o r o s i t y o f t h e c o n c r e t e wa s 1 6 ， p e r me a b i l i t y c o e ffi c i e nt wa s 2 3 mm s ， 28 d fle x u r a l s t r e n g t h a n d c o mp r e s s i o n s t r e n gth wa s 43 MP a a n d 2 9 2 MP a T h e c o n c r e t e wi t h g o o d wo r k a b i l i t y ， p e rm e a b i l i t y a n d me c h an i c a l p mp e i e s c o ul d c o mp l e t e l y me e t t h e r e q u i r e me n t s o f e n g i n e e ri ng c o n s t r u c t i o n Ke y wo r d s ： p e b b l e p e r v i o u s c o n c ret e ； c o m p l e x a d d i t i v e ； w o r k a b i l i t y ； p e rm e a b i l i t y ： me c h a n i c a l p r o p e r t i e s O 前言 透水混凝土是由胶凝材料、 粗骨料、 水以及必要时加入的 外加剂、 少量的细集料按一定比例配制而得到的一种建筑材 料， 与普通混凝土相比， 该类混凝土不含细骨料或是含有少量 的细骨料，是一种内部具有均匀分布的贯通性孔隙的多孔混 凝土， 故具有透气、 透水的特点。 卵石型透水混凝土是指用卵石作为粗骨料的透水混凝 土， 由于卵石表面光滑， 拌制的透水混凝土往往包裹性较差， 经振动后， 浆体极易下沉， 导致堵塞下部孔隙， 影响透水性， 而 上部的浆体较少， 也影响粗骨料之间的粘结性， 导致透水混凝 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 0 1 7 作 者简介 ： 徐 芬莲 ， 女 ， 1 9 8 2年生 ， 湖 南祁东人 ， 工程师 ， 主要 从事混 凝土与砂浆的生产与应用技术研究。 地址： 成都市成华区龙潭寺建设 村 5组， E m a i l , j i s h u z x 2 0 1 3 1 6 3 c o m。 2 4 新型建筑材料 2 0 1 4 4 土的强度不合格。 为增加卵石型透水混凝土拌合物的黏聚性， 目 前常用的方 法是掺入硅灰( 用量为胶凝材料总量的5 ， 约为 1 5 - 2 5 k g m 3 ) 、 乳胶粉( 用量为胶凝材料总量的3 4 ， 约为9 2 0 k g m 。 ) 、 纤维素醚( 用量为胶凝材料总量的0 0 8 一 0 1 ， 约为0 3 1 0 k g m ， 取决于纤维素醚的黏度以及各种原材料的性能) 等增 稠材料， 市场上也有透水混凝土专用的添加剂( 用量约为胶凝 材料总量的2 5 ， 约为 1 0 2 5 k g m ) ， 产品质量参差不齐， 但是以 上所述的 材料价格较高，在 透水混凝土中的 用量也较 少，计量精度要求较高， 0 5 5 0 k g 的误差就会对混凝土的性 能产生极大的影响， 不便于普遍在现场搅拌、 施工的透水混凝 土质量控制。 同时， 以上所述的材料虽然能够增加水泥浆体的 黏度， 却不能很好地增加水泥浆体与卵石表面的粘结性， 卵石 表面裹浆仍不均匀， 透水混凝土的匀质性不好， 仍然影响其透 水性。 因此， 为了解决卵石型透水混凝土粗骨料表面光滑不易 裹浆的问题， 提高其综合性能， 保证工程质量， 需要研制出一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐芬莲， 等： 卵石型透水混凝土专用复合型添加 剂的试验研究 种使用办便、 性能良好的卵 型透水混凝土专用添加剂。 超细粉煤灰是利用优质粉煤灰精选出来的一种超细粉 体， 体积、I 均粒径不大于 l 0 m ， 颗粒为全球状， 将其应用于 混凝 卜 中， 近似全球的颗粒形状产 滚珠效应” ， 起到很好的 物理减水作用， 增强混凝上的流动性能， 降低混凝土水胶比， 有助于混凝上强度的发展 i 。将超细粉煤灰应用于透水混凝 士中， 有利于改善浆体对骨料包裹的均匀性， 提高施工性能， 保证混凝上后期强度的发展， 且其用黾可达5 0 1 0 0 k g m ， 有 效避免了常规技术途径中单掺纤维素醚、 硅灰、 低掺量的透水 混凝上专用添加剂等增稠材料对透水混凝土性能产生的负面 影响。 本文以超细粉煤灰为载体， 研制出一种卵石型透水混凝 上专川复合犁添加剂， 研究其对卵石型透水混凝 1 _I 工作性能、 透水性能以及力学性能的影响。 1 试验 1 1 试验用原材料 水泥： P 0 4 2 5 R水泥， 标准稠度用水量为2 6 8 ， 细度( 8 0 m筛筛余) 1 2 ， 安定性合格， 具体性能指标见表 l 。 表 1 水泥的性能指标 卵石： 6 8 m i l l 级配人造卵石， 洁净无泥， 经抛光处理， 表面) 匕 滑。 普通粉煤灰： I 级， 烧火昂 1 6 ， 细度9 3 ， 需水比9 2 ， 表观密度 2 3 2 g c m 。 减水剂： 采用聚羧酸高性能减水剂， 固含量8 5 ， 减水率 l 1 5 。 市售透水混凝土专用添加剂： 北京某公司生产， 推荐掺量 2 。 水： 自 来水。 1 2 卵石型透水混凝土专用复合型添加剂的 配方及制备方法 卵石型透水混凝土专用复合型添加剂应满足以下性能要 求： 既可以增加水泥浆体的黏性与保水性， 也可以增加水泥浆 体对卵石表面的包裹性及与卵石表面的粘结性能，从而使卵 石型透水混凝上拌合物具有良 好的黏聚性、 保水性与匀质性， 保证混凝土的综合性能， 确保工程施工质量。 本研究制备的复合型添加剂W原材料为： 超细粉煤灰， 密度2 5 0 g c m ， 比表面积1 2 5 0 m 2 k g ； 硅灰， 加密型， S i O 含量 9 3 ， 比表面积 2 0 0 0 0 m k g ； 锂渣， 浅黄色粉末状， 密度2 3 7 g c m ， 比表面积4 1 0 m k g ； 高分子增稠剂， 聚氧化乙烯， 呈白 色粉末状， 溶丁水， l l j 对分 质量为4 0 0 万 6 0 0 万。 复合型添加剂W配方中各种原材料的作用为： 超细粉煤 灰既是载体， 也可以起到分散、 保水、 增稠、 增强的作用； 锂渣 粉、 硅灰和高分子增稠剂起保水增稠作用， 其中， 硅灰还可以 起到增强的作用。 通过查阅文献以及试验对比， 设计了多个复 合型添加剂配方， 经过大量的试验验证， 最终确定复合型添加 剂W的配方见表2 。 表 2 复合型添加剂 W 的配方 按表 2 的质量配比称取各原材料， 加入混料机中， 充分 混合均匀，即可得到卵石型透水混凝 专用复合型添加剂 w。复合型添加剂W在透水混凝土中的适A用量为5 0 1 2 0 k g m ， 允许误差 5 k g 。 2 试验结果与分析 2 1 复合型添加剂 W 在 C 2 0卵石型透水混凝土中 的应用配合比 以透水路面中常用的C 2 0 透水混凝土为研究对象， 对比 评价复合型添加剂W的性能， 具体配合比见表3 ， 其中复合 型添加剂W使用内掺法， 等量取代部分水泥， 胶凝材料总用 量为4 0 0 k g m 。 表 3 C 2 0卵石型透水混凝土的设计配合比 编 胶凝卡 于 料， 减水 刺 水胶市傅透水混凝 i ： 号 _ 籽 ) 各 li齐 0 一W 比 用 添 加 剂 X0 8 0 2 0 O 1 3 5 0-2 0 2 x1 8 0 0 2 0 1 O 0 f ) 1 8 0 注 ： 备配 比混 凝 土 的 骨股 比均 为 4 _ 3 。 2 2 复合型添加剂 W 对 C 2 0卵石型透水混凝土 性能的影响 2 2 1 复合型添加剂 W 对 C 2 0卵石型透水混凝土 工作性能的。 影响 X 0 、 X l 卵石型透水混凝土拌合物照片分别见图1 、 图2 。 ( a ) 骨料外露 ( b ) 振动后浆体 F 沉 图 l X O卵石型透水混凝土拌合物 照片 N E W BUI L DI NG M ATE R I AL S 2 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 徐芬莲， 等： 卵石型透水混凝土专用复合型添加剂的试验研究 ( a )l ： 作性能好 ( b ) 振动后浆体不下沉 图 2 X1 卵石型透水混凝土拌合物照片 工作性能试验表明， X 0 混凝土拌合物的黏聚性、 包裹性和 保水性较差， 粗骨料( 卵石) 裸露较为严重， 混凝土匀质性较 差， 振动成型后部分浆体下沉( 见图1 ) ； 添加复合型添加剂W 的X l 混凝土拌合物黏聚性、 包裹性和保水性好， 粗骨料( 卵 石) 完全不裸露， 混凝上匀质性好， 振动成型后浆体不下沉( 见 图2 ) 。 这是由于复合型添加剂W中的超细粉煤灰颗粒， 其球形 形状和光滑表面有利于减小水泥浆体中颗粒表面的内摩擦 力， 增强水泥浆体的分散性， 改善浆体对骨料包裹的均匀性： 硅灰粒径极小， 主要是0 5 m以下的颗粒， 能填充水泥浆体 孔隙， 显著改善水泥浆体的密实性， 增加了水泥浆颗粒之间的 密实度I ， 从而提高了透水混凝土拌合物的黏聚性： 同时， 复合 型添加剂W中的锂渣粉是一种具有较大内比表面积的多孔 结构材料， 其对水具有较大的吸附能力， 与水有较强的亲和力， 增强了混凝土的保水性， 高分子增稠剂也增强了混凝土的保 水性。 同时， 试验中也可以发现， 掺入复合型添加剂W后， 降低 了卵石型透水混凝土的减水剂掺量及单方用水量，延长了混 凝土的可操作时问， X 0 的可操作时间仅为2 0 m i n ， X l 的可操 作时间达到5 0 m i n ， 无需在施工过程中额外加水来调节透水混 凝土的施工性能， 这样更有利于现场混凝土施工操作及质量控 制。 这是由于复合型添加剂W中的超细粉煤灰近似全球的微 细颗粒填充于水泥浆体的基相之中，能置换出颗粒间隙的填 充水， 起到了很好的物理减水作用， 增大了混凝土的流动性， 并且在低水胶比的条件下，超细粉煤灰与高性能减水剂复掺 时， 发挥了两者的减水协同效应， 减水效果更为明显【3 l6 1 。 2 2 2 复合型添加剂 w对 C 2 0卵石型透水混凝土 透水性能及力学性能的影响 透水混凝土为多孔结构， 在保证一定孔隙率的前提下， 孔 隙结构、 凝胶层强度与厚度、 粗骨料颗粒与颗粒之间的连接点 是影响透水混凝土力学性能的关键，而其透水性能主要与孔 径大小、 孔隙分布、 连通度及孔隙率等有关。 X O 、 x l 卵石型透 水混凝土的透水性能及力学性能见表4 。 2 6 新型建筑材料 2 0 1 4 4 表 4 x o 、 x1卵石型透水混凝土的透 水性 能及 力学性能 由表4可。 知： ( 1 ) 复合型添加剂W明显地改善了混凝土的透水性能， 这 是因为复合型添加剂W的掺入改善了拌合物的工作性能， 水 泥浆均匀包裹骨料颗粒，将颗粒胶结成具有均匀贯通孔隙网 络的整体， 在设计孔隙率一定的情况下， 提高了连通度及孔隙 的均匀性， 使透水性能提高。 ( 2 ) 复合型添加剂W明显地改善了混凝土的力学性能， 这 是由于： 对于普通混凝土， 当骨料的强度确定以后， 提高胶结 材料浆体的强度是提高混凝土强度的最基本措施，但对于透 水混凝土， 由于是点接触的多孔结构， 骨料本身的强度高， 骨 料之间的胶结层相对较弱， 限定了混凝土强度的极限， 浆体强 度的提高对透水混凝土整体强度的贡献相对较小I I I 。透水混 凝土的强度受多种因素的影响， 与水泥浆本身强度相比， 水泥 浆包裹骨料的均匀性与厚度对透水混凝土强度的影响更大。 在混凝土中加入复合型添加剂W后， 拌合物工作性能得到显 著改善， 成型硬化后得到了优良的多孔结构， 同时， 复合型添 加剂W中的超细粉煤灰的物理减水效果， 降低了混凝上的水 胶比， 以及硅灰的超细颗粒填充作用， 都有利于胶凝材料体系 的强度提高。因此， x 1 透水混凝土的强度较高。 3 结语 本文以超细粉煤灰为载体， 通过复合硅灰、 锂渣、 高分子 增稠剂等材料，研制出一种卵石型透水混凝土专用的复合型 添加剂W， 在混凝土中的适宜用量为5 0 1 2 0 k g m 3 ，允许误 差 5 ， 根据实际需求， 直接加入混凝土中即可使用， 操作方 便， 适用于现场施工操作， 也便于混凝土质量控制。 通过分析对比结果表明， 复合型添加剂W可明显提高水 泥浆体的黏性与保水性，增加水泥浆体对卵石表面的包裹性 与粘结性， 使卵石型透水混凝土拌合物具有良 好的黏聚性、 保 水性与匀质性，解决了卵石型透水混凝土粗骨料表面裹浆差 的问题， 从而提高了该混凝土的施工性能、 透水性能及力学性 能， 确保工程施工质量， 具有良 好的技术效益与社会效益。 参考文献： 【 1 】 宋中南， 石云兴 透水混凝土及其应用技 术 MI 北 京： 中国建筑工 业出版社 ， 2 0 1 1 ( 下转第 4 5页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 郝勇， 等： 配筋加气混凝土墙体抗震性能分析 图 7 偏心荷载作 用有 限元 网格划分 在低周反复荷载作用下，墙体的破坏首先从洞口的顶端 开始开裂，然后逐渐蔓延开来。 裂缝的开裂首先从承重墙开 始， 并逐渐向 外保 温墙体进行蔓延， 达到洞口的四 个角均产生 开裂， 最后墙体的开裂蔓延至构造柱边沿。 承重墙体的整体裂缝是从洞口的四周首先开裂，并沿着 砌体和构造柱的连接部位开始蔓延，开裂以后逐渐蔓延至构 造柱， 二次开裂主要在砌体中的部分最多， 混凝土部分未产生 二次开裂。墙体的开裂蔓延过程见图8 。 图 8 墙体开洞后的裂缝蔓延过程 在偏心荷载的作用下， 分析墙体的破坏模式， 可以发现外 保温墙体在低周反复荷载的作用下，极容易脱落并和外墙分 离。所以， 应该加强外保温墙体和内承重墙之间的拉结作用。 偏心荷载作用下墙体开裂破坏的分析结果见表5 。 表 5 偏心荷载作用下墙体开裂破坏的分析结果 通过上述分析数据可以发现以下规律： 承重墙体在偏心 荷载大小相等的情况下，外墙体的偏心载荷大小能够明显地 影响墙体的开裂荷载和开裂位移，随着外保温墙体所受到的 极限力逐渐增大， 开裂位移也开始逐渐变小， 呈现下降趋势。 这主要是由于偏心荷载的加大， 导致外保温墙体首先开裂。 偏 心荷载的大小是决定墙体开裂部位的主要原因。 极限承载力随着墙体偏心荷载的变化影响不大，但是极 限位移有明显变小的趋势，其中方案五中的墙体破坏是从外 墙体的失稳破坏开始。 外墙的破坏， 导致了保温墙和承重墙分 离。 4 结论 ( 1 ) 墙体内灰缝中加设水平拉结筋， 延性要优于在洞口 上 下部位加设水平配筋条带。 ( 2 ) 墙体开洞的情况下， 裂缝先从洞口四角边沿处首先开 裂。未开洞的情况下， 墙体会从构造柱的底端首先开裂。 ( 3 ) 偏心荷载作用下外保温墙体和承重墙很容易分离， 注 意保温墙体和承重墙体之间的拉结作用。 参考文献： 【 1 1 D a v i d Z Ya n k e l e v s k y ， t z h a k A v n o n A u t o c l a v e d a e r a te d c o n c r e t e b e h a v i o r u n d e r e x p l o s i v e a c t i o n E J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i als ， 1 9 9 8 ， 1 2( 6 7 )： 3 5 9 3 6 4 2 2 Ht i l y a K u s ， T h o ma s C a r l s s o n Mi c r o s t mc t u r a l i n v e s t i g a t i o n s o f n a t u r a l l y a n d a r t i fic i a l l y we a t h e r e d a u t o c | a v e d a e r a t e d c o n c r e t e J C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 3 ， 3 3 ： 1 4 2 3 - 1 4 3 2 【 3 】 赵成文， 高连玉， 周培厚 蒸压加气混凝土砌体抗压强度试验研 究 c P 国工程建设标准化协会砌体结构专业委员会 蒸压加气 混凝土砌块砌 体结构研究 ， 2 0 1 0 4 】 于敬 海 新 型轻质 加气 混凝土 承重砌 体抗震 性能 的研究 D 天 津： 天津大 学， 2 0 0 8 【 5 吴会 阁， 赵均 ， 凌沛春， 等 设芯柱 的蒸压加气 混凝 土砌体承重墙 抗震性 能试验 J 】 北京工业大学学报 ， 2 0 1 3( 1 ) ： 5 1 5 6 6 】 G B T 1 1 9 6 8 - 1 9 9 7 ， 蒸压加气混凝 土砌块【 S 】 7 7 J G J q l 7 2 0 o 8 ， 蒸压加气混凝 土应用 技术【 S 】 【 8 】 尹新生 ， 巴盼锋 ， 蔡婧娓， 等 配筋加气混凝土墙 竖向极限承载力 分析 J 】 新型建筑材料， 2 0 1 0( 1 0 ) ： 3 4 3 7 A ( 上接第 2 6页) 2 】 DB 1 1 ， r 7 7 5 2 0 1 0 ， 透水混凝土路面技术规程【 S 3 】 龙湘敏 ， 谢友 均， 刘宝举 超细粉煤 灰在低水胶 比浆体 中的密 实 填充作用【 J 混凝土 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 3 8 4 0 4 】 周士琼 ， 李益进 ， 尹健 ， 等 超细 粉煤灰 的性 能研 究 J 硅 酸盐学 报 ， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 5 )： 5 1 3 5 1 6 5 谢友均 超 细粉煤 灰高性 能混 凝土 的研 究与应用 【 D 长沙 ： 中南 大学 ， 2 0 0 6 6 6 刘金梅 ， 卢 忠远 ， 严云 超 细粉煤 灰与高效减 水剂复 合减水效应 研究 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 4 ) ： 1 2 0 1 2 4 A N E W BUl L Dl NG M AT ER I AL S 4 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m