无砂多孔混凝土基本性能的试验研究.pdf

2 0 1 1 年 第 1 0期 (总 第 2 6 4 期 ) N u mb e r 1 0in 2 0 1 1 ( T o t a l No 2 6 4 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES E ARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 0 0 0 8 无砂多孔混凝土基本性能的试验研究 钟文乐 ，陈蓓 z ，蒋凤昌 ，朱威 。 ( 1 泰州职业技术学院，江苏 泰州 2 2 5 3 0 0 ； 2 南京理工大学 泰州科技学院，江苏 泰州 2 2 5 3 0 0 ；3 同济大学 建筑工程系，上海 2 0 0 0 9 2 ) 摘要： 试验研究了无砂多孔混凝土水泥浆体流动度与浆体配合比关系， 并经过试配得出无砂多孔混凝土适于采用的浆体流动度范围。 研 究了浆体流动度、 骨胶比对多孔混凝土孔隙率和抗压、 抗折强度的影响， 并发现随骨胶比增大， 多孔混凝土强度降低。 分析了浆体与骨料 对多孔混凝土性能的综合作用。 提出了无砂多孔混凝土配合比设计的合理方法。 关键词： 浆体流动度；骨胶比；孔隙率；强度 中图分类号： T U 5 2 8 2 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) 1 0 0 0 2 2 0 3 Ex per i men t al s t udy on ba sic pr o per t i e s o f por ou s con c r e t e ZHONG W e n- l e ， CHEN P e i 2 , J I ANG Fe n g c h a n g ， Z HU W e i ( 1 T a i z h o u P o l y t e c h n i c C o l l e g e ， T a i z h o u2 2 5 5 3 0 ， C h i n a ； 2 T a i z h o u I n s t i t u t e ， Na n j i n g U n iv e r s i t yo f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， T a i z h o u 2 2 5 3 0 0 ， Ch i n a 3 De p a r t me n t o f B u i l d i n g E n g i n e e r i n g ， T o n Ni Un i v e r s i ty， S h ang h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： T h e r e l a t i o n b e t w e e n mi x p r o p o r t i o n o f c e me n t s l u r r y a n d i t s fl u i d i ty i n p o r o u s c o n c r e t e w a s s t u d i e d b y e x p e r i me n t s ， an d a s u i t a b l e r a n g e o f c e me n t s l u r r y fl u i d i ty i n p o r o u s c o n c r e t e wa s g i v e n a c c o r d i n g t o a t e s t E x p e r i me n t s a l s o s t u d i e d t h e v a ri a t i o n o f b o t h t h e s l u r r y fl u i d i ty a n d a g g r e g a t e c e me n t r a t i o S i n flu e nc e o n the c o mp r e s s i v e a n d the f l e x u r a l s t r e ng t h， a s we l l a s t he p o r o s i t y o f t he p o r o u s c o n c r e t e Th e r e s u l t s i n d i - c a t e d t h a t the s t r e n g t h o f p o r o u s c o n c r e t e r e d u c e s wh e n t h e a g gre g a t e c e me nt r a t i o i n c r e a s e s T he s l u r r y an d t h e a g gre g a t e s c o mpr e h e n s i v e i n flu e n c e o n t h e pr o p e r t y o f po r o u s c o n c r e t e wa s ana l y z e d， a n d a s i mpl e me t h o d o f p r o p o rti o n d e s i g n i n g o f p o r o u s c o n c r e t e wa s p r o p o s e d K e ywo r d s ： c e me n t s lu r r yfl u i d i ty； a g gre g a t e c e me n t r a t i o ； p o r o s i t y ； s t r e n g t h 0 引言 无砂多孔混凝土是一种具有较高孔隙率， 同时具有一定强度 的新型混凝土材料。 采用这类混凝土建造城市路面、 停车坪等市 政坡面结构， 将起到加快雨水渗入地下、 调节地表温度等作用_1 _ 。 将经过孔隙碱环境改造后的无砂多孔混凝土应用于城市河流护 坡建造， 坡面可生长绿色植被， 能够改善大气环境和城市景观嘲 。 无砂多孔混凝土由水泥浆体与特定级配骨料拌合得到， 为改 善拌合物工作性能或调节成品孔隙内环境的酸碱性 ， 一般还在 水泥浆内加入粉煤灰等胶结材。 由于采用特殊的制作和成型工 艺 ， 此类混凝土成型后在其填充空间内形成“ 沙琪玛骨架” 型【 3 _ 的材料分布特点 ， 构造出了数量可观的连通孔隙， 从而使其具 备了优良的透水性和透气性， 并保证了一定强度。 保证无砂多孔混凝土具备一定数量连通孔隙和足够强度 的关键是合理的配合比与恰当的成型工艺 。 配合比与成型工 艺二者相互影响， 共同决定着材料的性能。 目前国内对无砂多孔 混凝土配合比的研究并不充分， 本课题以浆体流变特性( 流动 度 ) 和骨浆比两个关键参数为主要研究对象 ， 探索了无砂多孔 混凝土的配合比设计方法和此类混凝土的基本物理力学性能。 1 试验研 究概况 1 1 试 验材料 水泥为 P 0 4 2 5 级水泥； 骨料为玄武岩碎石 ； 制备用水为 收稿 日期 ：2 0 1 1 4 3 1 22 普通 自 来水； 萘系高效减水剂 ， 减水率不低于 1 5 ； 粉煤灰符合 G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 ( 用于水泥和混凝土中的粉煤灰 标准中6 1 规 定的F类 I I 级灰要求。 1 2 合理浆体流动度的初步确定 水泥浆作为无砂多孔混凝土的胶结材 ， 对多孔混凝土的 性能具有至关重要 的影响。 胶结材强度对混凝土性能的影响 显而易见， 具体到无砂多孑 L 混凝土这种特殊材料 ， 浆体的流变 特性也在很大程度上决定着混凝土的物理力学性质 。 水泥浆 体流变特性对无砂多孔混凝土物理力学性质的影响主要取决 于浆体在骨料上的附着情况： 一方面， 适当的浆体附着厚度将 有利于混凝土受压时骨料之间传力顺畅； 另一方面， 合理的浆 体附着厚度能够保证混凝土浇筑成型时浆体不致大量滑落至 混凝土填充空间底部 ， 造成底部堵塞 ， 有效孔隙数量降低 。 以 B i n g h a m模型近似描述水泥浆体的流变 ， 其流变特性主要取决 于浆体剪切应力屈服值和其塑性黏度， 而水泥浆体在骨料上的 附着状况 ， 主要取决于前者 ， 浆体剪切应力屈服值越高 ， 则浆 体在骨料上的附着厚度越大。 目前 ， 较为精确测定水泥浆体值 的方法非常复杂， 本研究采用浆体流动度刻画水泥浆体流变粹性， 这一参数简单易测， 并在很大程度上与浆体值所反映的特I生 一致。 试验依据 G B T 2 4 1 9 -2 0 0 5 水泥胶砂流动度测定方法 嘲测 定浆体流动度。 采用 1 5 0 、 1 6 5 、 1 8 0 mm 3种流动度的水泥浆体分别与粒径 1 0 1 6 mm饱和面干骨料预拌， 根据水泥浆体在骨料上的附着情 况初步确定合理浆体流动度范围。 骨料浆体附着情况见图 1 。 图 1 粒 径 1 0 1 6 mm骨料 浆体 附着情况 图 从图 1 可见， 流动度 1 5 0 n l i 1 的水泥浆体在骨料表面附着厚 度不佳， 表面干燥 ， 虽黏聚性好 ， 但工作性很差； 流动度 1 8 0 mm 的水泥浆体黏聚陛差， 在骨料表面附着厚度稀薄； 流动度 1 6 5 mm 的水泥浆体黏聚性较好， 在骨料表面附着厚度较大， 表面湿润 ， 利于骨浆黏结 ， 较符合设计要求。 初步确定合理浆体流动度为 1 6 0 1 8 0 mm之间 。 需要说明的是 ， 浆体在骨料表面的附着情况并不仅仅由浆 体流动度确定 ， 骨料形态、 骨料含水状态等因素都将影响浆体 附着情况 ， 应用中需针对不同骨料状况进行骨浆预拌 ， 以确定 相应的最佳浆体流动度。 1 3 浆 体 配合 比 在确定设计需求的浆体流动度后， 需要进行浆体配合 比设 计以达到要求。 本试验研究了水胶比、 减水剂掺量 、 外掺粉煤灰 对浆体流动度的影响。 1 4 骨胶比选择 骨胶比是形成无砂多孔混凝土“ 沙琪玛骨架” 结构的最关 键因素。 骨胶比值大， 骨料含量多， 胶结材含量相对减少， 从而 使骨料表面附着的浆体稀薄， 带来更高的孑 L 隙率和更好的透水 性 ， 但这会降低骨料之间的黏结， 并使混凝土受力时骨料之间 传力路线不流畅， 导致多孔混凝土强度偏低。 应用中针对不同透水性要求 ， 可选择不同骨胶比。 一般多孔 混凝土骨胶比在 4 5 7之间， 本研究取骨胶比 4 8 、 5 _ 3 、 5 8 、 6 3 、 6 8 分别制作试块。 1 5 试 块 制作 为获得连续孔隙， 制备无砂多孔混凝土的骨料一般级配合 比较单一 ， 有时为获得较高强度 ， 也采用一定范围内的连续级 配骨料6 】 。 本试验采用粒径 1 0 1 6 单一级配骨料制作试块。 材料 配合比见表 3 ， 制作时先拌浆体， 再投骨料。 采用标准试模， 依据 表 1 水 泥净浆材料配合 比与流动度测试 表 2 掺粉煤灰水泥浆体材料配合比与流动度测试 相同碾压条件碾压成型。 碾压条件如下： 滚轮质量 5 0 2 k g ， 直径 3 0 c m， 碾压速度 0 1 7 r n s ， 每个试块碾压 1 0遍。 制作完成后移 入标准养护室养护。 2 试验 结果分析 2 1 浆体 配合 比与 流动度 浆体流动度主要取决于水胶比和减水剂用量， 从图 2 、 3中 可见， 水胶比越大， 减水剂用量越高， 浆体流动度越大。 粉煤灰 由于其 自身颗粒完整而光滑， 它对浆体流动度也产生积极作用。 减水剂能保证浆体在具备所要流动度并减少用水 ， 从而保证材 料 强度 。 表 3 无砂多子 L 混凝土配合 比、 强度、 孑 L 隙率测试 表 水泥净浆水胶比为O 2 7 、 O 2 8时， 减水剂用量在 2 2 2 3 的微小变化带来净浆流动度的突变； 水胶比为 0 2 1 的掺粉煤灰 浆体流动度也存在这种突变。 在流动度的突变阶段 ， 浆体流变特 性对用水量的变化非常敏感 ， 应用中应尽量避开有可能导致流 动度突变的水胶比范围。 2 2 骨胶 比与孔 隙率 孔隙率与骨胶比呈正相关关系是显而易见的， 图4显示了 骨胶比变化时， 总孔隙率与有效孑 L 隙率的变化程度的不同： 骨胶 23 表 3 不 同体积掺量混凝 土抗弯韧性指标 对于素混凝土的韧性指数设为 l ， 在本试验中， 当钢纤维掺量 0 5 聚丙烯 0 1 5 时， 混凝土的弯曲韧性指数， 5 、 ， 。 、 达到最高， 分别比素混凝土提高了3 5 、 7 4 、 1 7 1 倍 ， 分别为 4 5 4 ， 8 4 3 ， 1 8 1 。 说明混凝土掺入钢纤维和聚丙烯纤维后 ， 混凝土弯曲韧性指数 和残余强度均有了更进一步的显著提高。 但是， 并不意味着纤维 掺量越大越好， 纤维掺量越大， 导致混凝土的初始缺陷就越大。 继续增大纤维掺量， 混凝土弯曲韧性指数的增长速度明显减缓， 个别力学性能指标可能还有下降。 3结论 ( 1 ) 钢纤维的掺入对于纤维混凝土的初裂荷载影响不大， 而对混凝土的峰值荷载以及韧性指数的提升均有明显的增强 作用， 但是聚丙烯纤维在抑制初始裂缝 ， 提高初裂挠度中有着 较大的贡献。 ( 2 ) 混凝土在掺人钢一 聚丙烯混杂纤维后， 弯曲韧生得到很大 提高。 当钢纤维掺量为 0 5 一 1 0 ， 聚丙烯纤维掺量为 O 1 一 0 1 5 时， 纤维混凝土弯 曲韧性指数 ， 5 介于 3 9 6 ,- -4 5 4之间， ， 10 介于 6 9 8 8 4 3 之间， 介于 1 5 2 l 8 1 之间； 残余强度 R 介于 5 1 7 2 - 8 7 9 1 之间， 。 介于 3 2 6 1 5 9 5 3之间。 理想的弹性材料弯曲 上接第 2 1 页 一 年间抗弯强度及抗压强度的特性发展情况。 结论如下： ( 1 ) 较无粉煤灰试件 F 0龄期 2 8 d以后抗弯强度无增长相 比，掺有粉煤灰的混凝土试件 2 8 d以后抗弯强度增长显著， 且 3 6 5 d 后仍有继续增长趋势。 ( 2 ) 龄期 2 8 d以后抗弯强度的增长率随着粉煤灰取代率的 增大而提高。 由此可知， 粉煤灰置换率越高， 粉煤灰水化反应强 度发展效果越明显。 ( 3 ) H VF A混凝土抗弯强度增长率大于抗压强度增长率， 此 为粉煤灰与水泥水化反应产物 c s H的填充效果使混凝土密 实性提高。 可推定抗拉强度也有增强。 因此可以判定 H VF A混 凝土适用于道路路面铺装施工。 上接第 2 4页 究 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 1 8 2 1 2 】冯辉荣 ， 罗仁安 ， 樊建超 “ 沙琪玛骨架” 绿化混凝土的研制试验f J 】 上 海大学学报： 自然科学版 ， 2 0 0 5 ， 1 1 ( 6 ) ： 6 3 9 6 4 4 3 】高建明， 许国东， 吕锡武 多孔混凝土综合生态效应的试验研究 J J 东 南大学学报： 自然科学版 ， 2 0 0 8 ， 3 8 ( 5 ) ： 7 9 4 7 9 8 【 4 】陈瑜 ， 吴学毅 路面多孔水泥混凝士制备技术研究综述【 混凝土 ， 2 0 0 9 ( 7 ) ： 1 2 3 1 2 6 5 G B T 2 4 1 9 -2 0 0 5 ， 水泥胶砂流动度测定方法 s 】 中华人民共和国国 韧性指数的值分别为 5 、 1 0 和 3 0 ， 残余强度 R = 1 0 0 ， 这说明混杂 纤维混凝 土已经表现 出较好 的韧性。 ( 3 ) 在试验中， 当钢纤维和聚丙烯纤维体积掺量达到 1 和 O 1 5 时， 混凝土的弯曲韧性指数最大， 如果在此基础上继续增加 钢纤维和聚丙烯纤维含量， 纤维混凝土弯曲韧陛可能仍有提高， 但 对弯曲韧胜指数的提升幅度很小。 结合混凝土的工作性能以及经 济因素综合来考虑， 推荐使用上述的钢纤维和聚丙烯的体积掺量。 参考文献 ： 1 】张明远 ， 倪铁权， 卢哲安 层布式钢纤维混凝土路面荷载应力分析f J 长江大学学报 ： 自科版理工卷， 2 0 0 7 2 郭丽萍， 孙伟 ， 郑克仁， 等磨细矿渣和粉煤灰掺量对混凝土弯曲疲 劳性能的影D NJ 东南大学学报： 自然科学版， 2 0 0 6 3 石国柱 冈 纤维混凝土弯曲韧性和断裂性能试验研究 D 郑州： 郑州 大学， 2 0 0 5 【 4 】 梅华东 层布式钢纤维混凝土弯拉强度增强机理及细观力学分析 D 】 武汉 ： 武汉理工大学， 2 0 0 6 5 】 朱海堂 ， 高丹盈， 谢丽， 等钢纤维高强混凝土弯曲韧性的研究l J 1 _ 硅 酸盐学报， 2 0 0 4 6 孙增智， 申爱琴， 胡长顺聚丙烯酰胺对混凝土抗折强度和弯曲韧性 的影响 J 交通科技， 2 0 0 4 7 毕巧巍， 赵鹏飞 混杂纤维轻骨料混凝土的力学性能及抗碳化性能叨 大连交通大学学报， 2 0 0 8 【 8 】 赵鹏飞， 毕巧巍， 杨兆鹏 纤维轻骨料混凝土力学及抗渗性能研究【 J J _ 低温建筑技术 ， 2 0 0 8 【 9 】 杨明华 公路隧道路面柔性水泥混凝土应用研究【 D 武汉： 武汉理工 大学， 2 0 0 5 1 0 欧阳斌 聚丙烯纤维混凝土在地下室墙中的应用研究【 D 杭州： 浙江 大学 ， 2 0 0 5 作者简介 联系地址 联 系电话 权莉( 1 9 7 9 一 ) ， 女， 工程师， 国家一级建造师， 研究方向： 混 凝土抗裂研究。 河南省南阳市河南油田水电厂基建管理部( 4 7 3 1 3 2 ) 1 3 5 9 8 2 7 O 5 9 0 参 考文献 ： 【 1 杨爱伦， 江雍年 ， 赵星敏 ， 等煤炭的真实成本一 2 0 1 0 年中国粉煤灰调 查报告 R 绿色和平 2 G B J 1 6 4 9 0 ， 粉煤灰混凝土应用技术规范i s 1 9 9 0 3 扇正典， 浜田砘夫， 等 一廿、卜7 了 ， 、 y 。耘压5 2 、夕l J 配合 I 二 亨为寅稳的研究 I J 1 土木学会 文集， 2 0 0 2 ， 7 1 8 ( v 一 5 7 ) ： 1 9 3 1 作者简介： 毛明杰( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 副教授， 博士， 主要研究方向结构工程 及新型建筑材料。 联系地址： 宁夏银川西夏区贺兰山西路 4 8 9 号 宁夏大学土木与水利 学院( 7 5 0 0 2 1 ) 联系 电话 ： 0 9 5 1 2 0 6 2 4 4 6 家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会 6 】 郑木莲， 陈拴发， 王秉纲基于正交试验的多孔混凝土配合比设计方 法【 J J 同济大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 6 ， 3 4 ( 1 0 ) ： 1 3 1 9 1 3 2 3 作者简介 联 系地址 联 系电话 钟文乐( 1 9 6 6 一 ) ， 男， 副教授， 主要从事建筑施工技术的理 论研究与工程应用。 江苏省泰州市迎春东路 8 号 高职院求是楼( 2 2 5 3 0 0 ) l 5 0 0 61 7 5 5 0 8 2 7