透水混凝土实验研究.pdf

李青林等： 透水混凝土实验研究 1 9 透水 混凝 土实验研 究 李青林 ， 代晓东 ， 陈兵 ( 1 中交烟 台环保疏浚有 限公司 。 山东烟台2 6 1 1 0 8 ； 2 上海交通大学土木 系 上海2 0 0 2 4 0) 【 摘要】 文中针对透水混凝土强度偏低和透水性能不理想 ， 采用间断级配的粗集料构建混凝土强度， 通过 调整水泥浆用量配制出强度达到 3 3 5 MP a ， 透水系数为 1 4 5 c m s 的高性能透水混凝土。研究结果表明： 对于由间 断级配粗骨料配制的透水混凝土， 随着所采用的粗骨料粒径的减小， 其抗压强度增大而透水系数减小。 【 关键词】 透水混凝土； 间断级配； 透水系数 【 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 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 1 9 0 4 透水混凝土最重要的技术性能是其 良好 的渗透 性 ， 这与其内部相互连通的孔隙直接相关。1 9 7 6年， Ma l h o t r a 通过大量试验研究了各原材料的组成对透水 混凝土力学性能的影响 ， 后来 M e i n i n g e r 也做了类似 的研究 ， 除了探讨材料的性能与透水混凝土抗压强度 关系外 ， 还重点研究了透水混凝土内部的含气量与抗 压强度关系 。最近， G h a f o o r i 和 C r o u c h等也做了大 量 的相关 试验 研究 ， 重 点研 究 了材料 的 构成与 透 水混凝土抗压强度关系。近年来， 由于环保工程的发 展， 透水混凝土 日渐成为一个研究热点 。然而， 有 关透水混凝土的配 比设计与制备工艺还存在着很多 问题， 要达到广泛应用， 还需要做大量的工作。 文中提出了一种透水混凝土配 比设计方法， 以间 断级配的粗集料相互堆积构建混凝土强度骨架， 以一 定量水泥浆作为包敷润滑材料 ， 使 间断级配的粗集料 形成整体 ， 彼此间存在相互连通的孔隙， 从而实现其 具有足够的强度并具有良好的透水、 透气性。 1 透水混凝 土结构特征 与配 匕 设计 方法 图1 透水性混凝土结构模 型 包裹骨料 的水泥浆 骨料 孔隙 透 水混凝 土通常 由单一 级配 的粗 骨料 构成 ， 粗 骨 料之间由水泥浆硬化后进行粘结形成整体 ， 如图 1所 示。与普通混凝土不同， 其内部孔隙率可以达到 1 5 3 0 ， 为了实现透水混凝土具有 良好的孑 L 隙率和较高 的抗压强度 ， 配比设计 时必须考虑其两者之间的平 衡。研究表明， 透水混凝 土的单位体积水泥浆用量和 骨料粒径 为主要 影响 因素。基 于此 ， 提 出如 下透水 混 凝 土配 比设计方法 ： ( 1 ) 确定单位体积粗骨料用量。按 J G J 5 39 2 普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法 紧 密度测试方法测 出碎 石紧密堆 积密度 ， 假 定透 水 混凝 土强度骨架主要由粗骨料构建， 因此， 单位体积粗骨 料用量为所用粗骨料紧密堆积状态下堆积密度。 ( 2 ) 计算单位体积的水泥浆用量。考虑到水泥 浆主要用于粘结粗骨料， 用量太小， 粗骨料颗粒周 围 缺乏浆体包裹； 用量过大， 影响了其透水性， 因此其必 然存在一个最佳用量。通过大量的试验表面粗骨料 周围包裹一层 1 0 m m的水泥浆其效果最佳 ， 其理论计 算公式为： ： 6 一 h pc p 式中， 为单位体积浆体用量； h为包裹粗骨料水 泥浆厚度 ， 文 中为 1 0 m m； p 为水泥浆密 度 ； p 为粗 骨 料密度； d为粗骨料平均粒径； 为修正系数 ， 主要与粗 骨料表面粗糙度有关， 一般取值0 6 5 0 7 5 。 2试验 ( 1 ) 试 验 材料 。水 泥选 用普 通 硅酸 盐 4 2 5级 水泥， 粉煤灰选用 级灰 ， 粗集料选用了三种间断级 配的碎石 ， 其相关性能技术指标见表 1 。 表 l 粗骨料性能特征 ( 2 ) 试验配比。通过提出的配 比设计方法 ， 计 算 出单位体积水 泥浆用量 为 3 7 5 k g m 到 5 4 0 k g n l ， 为 得到不同强度等级的透水混凝土， 调整单位体积用水 量和水灰比， 其具体配合比见表 2 。 ( 3 ) 试样制作。称取规定重量 的水泥、 粗集料 和水， 按 以下工序搅拌成型： 将粗骨料与 3 0 的拌和 水预湿搅拌 1 mi r t ； 依次加入粉煤灰 、 水泥并搅拌 I ra i n ； 2 0 低温建筑技术 2 0 1 2年第 6期( 总第 1 6 8期 ) ( 4 ) 试件养护与测试。选用不同标准尺寸的试 件测试不同性能参数。抗压强度测试选用 1 5 0 r m n X 1 5 0 m m x 1 5 0 m m立方体试模 ， 透水性能测试采用直径 为 1 0 0 m m， 高度 为 1 5 0 m m的圆柱体 ， 测试龄期 均为 2 8 d ， 以上每组 3组试件进行测试， 取平均值。 试件成型 2 4 h后， 脱模 ， 将试件置于标准养护室养 护至规定 龄期 。透水 系数 测 试采 用透 水采 取 测试 装 置， 试验过程 中， 试件上部维持 1 2 c m的水压 ， 试件的 透水系数采用下式计算 ： K =O D A H( t 2 一t 1 ) 式中， 为透水系数 c m s ； Q为从时间t 到t ， 渗透 的总水 量 ； D为 试件 的厚 度 ， 此处 是 1 5 0 mm； A为试 件 表面 积； 日 为渗 透水 压， 此处 为 1 2 c m； 、 t 。为测 试 时间。 3 试 验结果与讨论 3 1 抗压强度 3 1 1 水泥浆用量对抗压强度 的影 响 图2给出不同水灰比条件下单位体积水泥浆用量 对抗压强度的影响 。从 图中可看 出， 对 于 相 同水灰 比 条件下 ， 透水混凝土抗压强度随单位体积水泥浆用量 增大而提高 ， 但增加的幅度随着水灰比的增大而将降 低。当单位体积水泥浆用量相同时， 水灰 比对透水混 李青林等： 透水混凝土实验研究 2 1 凝土抗压强度影响与粗集料粒径有关。粗骨料为 5一 l O m m 时， 在 单 位 体 积 水 泥 浆 用 量 为 3 0 03 5 0 k g m 之间， 其抗压强度随水灰比增大而增大； 而当 单位体积水泥浆用量达到4 0 0 k g m， 其抗压强度随 水灰比增大而降低。当水泥浆用量一定条件下， 水灰 比越大其包裹效果 越好 ， 故强度越高。试验结果表 明， 在给定的水灰比条件下， 水泥浆用量存在一个最 佳值。 4 0 O 3 5 骤 1 5 墨 O 3 5 时 3 0 皇2 5 2 0 嘿 1 5 爨l O 0 5 一l O mm 1 0 1 6 ram 1 6 - 21 ram ( a )w c = o 2 5 5 l 0 mm 1 0 1 6 mm 1 6 21 ram ( b )w e = O 3 0 5 一l O mm 1 0 -1 6 mm l 6 - 21 ram ( c )w c =- O 3 5 图2 单位体积水泥浆用量对透水混凝土抗压强度影响 3 1 2 集料粒径对抗压强度 的影 响 图 3给 出粗骨料粒径对透水 混凝 土抗压 强度 的影 响。从图中可看出： 在相同水灰比和水泥浆用量条件 下， 透水混凝土抗压强度随粗骨料粒径增大而降低。 对于水灰比为0 2 5 ， 单位体积水泥浆用量为 4 0 0 k g m 的透水混凝土， 粗骨料粒径为5一l O m m的混凝土 其 2 8 d抗压强度较粒径为 1 62 1 m m时提高了4 5 。 这表明 ： 粗骨料粒径 对于 透水混凝 土抗压 强度具 有 十 分重要的影响。对于透水混凝土， 其粒径越小， 其内 部结构更加密实从而强度更高。 3 2 透水性 表 2给 出了水 泥浆用量 和粗骨料粒径对透水混 凝 土透水系数的影 响。从表中数据可以看 出 ： 粗骨料粒径 对透水系数有较大影 响 ， 当透 水混凝土配 比相 同时 ， 粗 骨料粒径越小， 其透水系数越小。主要因为当粗骨料粒 径较大时 ， 相应地单位体 积的 比表面积较 小 ， 相互之 间 接触面减小从 而易于形成孔 隙。对 于相 同粒径粗骨料 配制的ff t 7 J 混凝土， 透水系数随单位体积水泥浆用量增 大而迅速降低。当单位体积水泥浆用量继续增大， 多余 的水泥浆将会填充到粗骨料形成的孔隙中并致使其透 水系数大幅度下降。此外， 与普通混凝土相似， 透水混 凝土透水系数随水灰比增大而增大。 40 3 O 罨 2 0 幽 1 O 0 3 0 譬 越2 0 黑 1 0 0 3 O 皇 氲2 0 骤 要l O 0 3 0 0k g- n l 一 3 5 0 k g I l l 一 4 0 0 k g n l 一 ( a )w c - O 2 5 3 0 0 k g I1 1 一 3 5 0 k g n l 一 4 0 0 k g l i t 一 ( b)w =- O 3 0 3 0 0 k g m一 3 5 0 k g m一 4 0 0 k g 。 m ( c )w e =- O 3 5 图3 骨料粒径对透水混凝土抗压强度影响 4结 语 ( 1 ) 利用文 中提出的透水混凝 土配 比设计方 法， 利用单级配的粗骨料构件透水混凝土强度 ， 骨料 之间以包裹 1 to n i 左右的水泥浆进行粘结 ， 能够制备出 符合工程需求的透水性混凝土， 其 2 8 d 抗压强度达到 3 3 5 MP a ， 透水 系数达 到 1 4 5 c m s 。 ( 2 ) 对于间断级配的无砂大孔透水混凝土， 其 单位体积的水泥浆用量具有一个最佳用量 ， 以满足将 粗集料进行包裹住形成一层 1 O m m包敷粘结层而构 成一个整体。 ( 3 ) 对于间断级配的无砂大孔透水混凝土 ， 集 料粒径越小， 其强度越大， 而透水系数越小； 相反， 则 反之。因此， 为满足两者需求， 应选择一个合适 的集 料粒径。 2 2 低温建筑技术 2 0 1 2年第 6期 ( 总第 1 6 8期 ) 水泥乳化 沥青 稳定碎石抗冻性 能试验研究 王一琪 ， 程培峰 ， 王开生 ( 1 东北林业大学土木工程学院 哈尔滨1 5 0 0 4 0； 2 黑龙江省交通科学研究所 。 哈尔滨1 5 0 0 8 0) 【 摘要】 在大量试验研究的基础上， 将水泥乳化沥青稳定碎石试件的乳化沥青用量、 水泥剂量两方面因素 对试件抗冻性能的影响进行了研究分析 ， 得 出了相应的影响规律及作用机理。结果表明： 乳化沥青用量不超过 3 时， 经过 5次冻融循环后的无侧限抗压强度损失和质量变化率均随着乳化沥青用量的增加而逐渐减小； 水泥乳 化沥青稳定碎石试件的强度损失和质量变化率均随着水泥剂量的增加呈逐渐减小的趋势变化o 【 关键词】 乳化沥青； 水泥稳定碎石； 抗冻性能； 作用机理 【 中图分类号】 T U 5 2 8 4 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 2 2 0 3 我 国 目前普 遍 采 用 的半 刚性 基 层 ， 存 在严 重 缩 裂、 引发反射性开裂、 抗冻性能差以及耐久性不足等 问题 ， 是 导致路 面达 不 到设计 年 限的重要 原 因 ， 寒 区 公路更是如此。大多数的基层混合料属于有孔隙材 料 ， 当受到冻融循环作用的时候， 混合料的孔隙内壁 会受到水冰相变膨胀产生附加内力的挤压与松弛的 反复作用， 经过数次冻融循环作用后， 材料会失去其 中一部分或全部的强度。路面的强度与使用寿命将 受到半刚性基层混合料的低温性能的直接影响， 基层 混合料的低温性能差会引起基层强度的明显降低， 导 致路面结构的整体性破坏 ， 因此， 沥青路面( 特别是薄 沥青路面) 的开裂破坏与半刚性基层材料的抗冻性能 息息相关。该文以有效防止半刚性基层反射裂缝的 产生 为研 究 目的 ， 将 研 究 对 象 定 为水 泥 稳 定 碎石 材 料， 将适量的乳化沥青加入水泥稳定碎石基层混合料 中 ， 既可 以保持水泥稳 定碎石基 层混合料 强度较 高 的 优势， 同时又能够降低其抗压回弹模量， 这将有助于 提 高水 泥稳定碎石 的抗裂性 能 ， 从而使 道路 的使 用寿 命得 以延 长 ， 具 有 良好 的经济效益 。该 文着重 研究 了 乳 化沥青 在加入水 泥稳定 碎石混合 料 中时 ， 乳 化沥青 用 量和水 泥剂 量这 两方 面 因素对 水泥 稳定 碎石 试件 的抗冻性能影响。 参考文献 1 M a l h o t r a ， V M N ofi n e s c o n c r e t ei t s p r o p e r t i e s a n d a p p l i c a t i o n s J A C I M a t e ri a l s J o u m a l ， 1 9 7 6 ， 7 3 ( 1 1 ) ： 6 2 8- 6 4 4 2 M e i n i n g e r ， R C N of i n e s p e r v i o u s c o n c r e t e f o r p a v i n g J C o n c r e t e I n t e rna t i o n al， 1 9 8 8 ， l 0 ( 8 ) ： 2 02 7 3 C r o u c h K L ， C a t e s M A ， D o t s o n V J ， Ho n e y c u t t K R， B a d o e D A Me a s u rin g t h e e ffe c t i v e a i r v o i d c o n t e n t o f P o r t l a n d c e me n t p e r v i o u s p a v e me n t s J C e me n t ， C o n c r e t e a n d A g g r e g a t e s ， 2 0 0 3 ， 2 5 ( 1 ) ：1 62 0 4 Gh a f o o r i ， N a d e r B u i l d i n g a n d n o n p a v e m e n t a p p l i c a t i o n o f n o一 1 试验概况 1 1 原材料试验 本试验采用海伦亚泰水泥厂生产的 P 0 4 2 5 级 普通硅酸盐水泥。选用的乳化沥青为阳离子乳化沥 青， 其具体技术指标见表 1 。 由 公路沥青路面设计规范) J T G D 5 0 2 0 0 6中对 水泥稳定碎石的级配范围的具体规定， 经过分析粗集 料与细集料的筛分试验结果后 ， 对四档集料的掺配 比 例进行适当的调整， 表 2为混合料合成级配的通过百 分率 。 表 1 乳化沥青技术指标 fi n e s c o n c r e t e J J o u rnal of Ma t e ri a l s i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 5， 7 ( 4 ) ： 2 8 62 8 9 5 霍亮， 高建明透水性泥凝土透水系数的试验研究 J 混凝 土与水 泥制品 ， 2 0 0 4 ， ( 1 ) ： 4 44 6 6 杨静， 蒋国梁 透水性混凝土路面材料强度的研究 J 混凝 土 ， 2 0 0 0。 ( 1 0) ： 2 7 3 2 收稿日期 2 0 1 2 一 O 1 一 l 2 作者简介 】 李青林 ( 1 9 7 8一) ， 男 ， 山东 烟台人 ， 工 程师 ， 从 事 现场施工管理 。