护坡板透水性混凝土力学性能与耐久性的试验研究.pdf

2 0 1 2 年 第 4 期 (总 第 2 7 0 期 ) N u mb e r 4 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 7 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 T HEOl TI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 8 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 2 0 4 0 0 7 护坡板透水性混凝土力学性能与耐久性的试验研究 程火焰，朱荡荡。李伟 ( 湖南科技大学 土木工程学院，湖南 湘潭 4 1 1 2 0 1 ) 摘要： 介绍了透水性混凝土护坡板的应用技术背景， 通过对不同孔隙率( 1 5 、 2 0 、 2 5 ) 条件下透水性混凝土的力学性能和耐久性能 试验 ， 重点分析适合护坡板混凝土的透水性、 力学性能和耐久性的指标性能， 归纳出振捣时间、 孔隙率与透水性等关联因素对透水性混凝土 的抗压强度和抗冻耐久性能影响， 为透水性混凝土应用于护坡板提供试验参考， 并推动生态环保的透水性混凝土护坡板的研制和应用。 关键词： 透水性混凝土；护坡板；孔隙率；力学性能；耐久性能 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 2 ) 0 4 0 0 1 7 0 4 Expe r i m e n t a l s t ud y On phy s i ca l pr ope r t i e s a nd dur a bi l i t y of pe r v i ous c onc r e t e s l ope pr ot ec t i on pl a t e CHENG Hu o - y a n， ZHU Da n g- d a n g， L IW e i ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， H u n a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， X i a n g t an 4 1 1 2 O l ， C h i n a ) Abs t r a c t ： T he a pp l i c a t i o n t e c hn o l o gy ba c k g r o u n d o f s l o p e p r o t e c t i o n b o a r d whi c h ma d e o fp o r o u s c o nc r e t e i s i n t r o d u c e d in t h i s a r t i c l e Un d e r t h e c o n d i ti o n o f d i ff e r e n t p o r o s i ty( 1 5 、 2 0 、 2 5 ) ， me c h ani c a l p r o p e r t i e s and d u r a b i l i t y o f p o r o u s c o n c r e t e a r e t e s t e d F r o m t h e ma i n a n a l y s i s o f wa t e r p e r me a b i l i ty ， me c h an i c a l p r o p e r t i e s a n d d u r a b i l i ty o f s l o p e p r o t e c ti o n b o a r d ， the a s s o c i a t e d f a c t o r s o f v i b r a t i n g ti me ， p o r o s i ty and p e r me - a b i l i t y wh i c h i n fl u e n c e d o n c o mp r e s s i v e s t r e n g t h删a n t i f r e e z e d u r a b i l i t y C an b e s u mma r i z e d T h e t e s t a n a l y s i s a b o v e p r o v i d e s r e f e r enc e and p r o - mot e s the d e v e l o p me n t a nd the a p pl i c a t i o n f o r the e c ol o g i c a l an d e n v i r o n me n ta l p r o t e c t i o n b o a r d Ke y W O r d s ： p e r v i o u s c o n c r e t e ； s l o p e p r o t e c t i o n p l a t e ； p o r o s i ty； me c h an i c a l p r o p e r t i e s ； d u r a b i l i ty 0 引言 我国是世界上生态环境问题最多、 水土流失最严重的国家 之一， 我国国土面积的 6 5 为山地 、 丘陵、 地貌， 而且存在不同 程度的侵蚀， 尤其是近年来 ， 国家的建设速度大幅增加 ， 道路交 通 、 矿山开采、 大坝水库、 河流运输的开发建设， 带来了大量的 坡面， 随之而来的问题就是水土流失和地质灾害隐患。 因此 ， 加 强对边坡灾害防治是个长期、 紧迫的维护生态安全的重要任务。 在分析对比生态护坡和普通护坡的优劣之后， 通过笔者的 试验研究和理论分析 ， 透水性混凝土护坡板的优势在于： 一方 面能够保证一定的强度和整体稳定性， 另一方面能有效的控制 雨水人渗和避免在护坡表面积水产生径流。 所以， 对透水性混凝 土护坡板的研究具有一定的经济和生态效益。 并且研发此类并 具有合适透水率、 抗压强度、 抗冻耐久性的透水性混凝土应用 于护坡板 ， 对地质灾害和干旱洪涝频繁发生的有效防治发挥一 定的积极作用。 1 原材料 1 1水 泥 水泥为 P O 4 2 5 级水泥， 水泥性能指标如表 1 。 表 1 水泥技术性能指标 1 。 2 粗骨料 粗骨料的技术性能指标如表 2 。 表 2 粗 骨料技术性 能指标 碎石粒径 mm 紧密堆积密度 ( k g m3 )表观密度 ( k g m3 )吸水率 5 1 0 1 4 9 3 2 71 0 1 0 1 1 3 外加剂 本试验只添加一种外加剂， 即萘系高效减水剂， 其掺量为 水泥质量的 0 ： 5 t ； 添加时必须先加水， 最后加减水剂。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 1 0 1 7 基金项目：湖南省教育厅一般项目( 0 7 C 2 8 4 ) 2 配合比设计、 试块制作及养护 2 1配合 比设计 设计了 3种 目标孔隙率来考察原材料对透水性混凝土的 影响程度 ， 设计了本配合比 】 ( 见表 3 ) 。 2 2 试块制作及养护 试块采用标准模具( 1 5 0 m mx l 5 0 mmx l 5 0 mm) 制作成型。 由于透水性混凝土试块存在大量的孑 L 洞， 容易失水 ， 干燥很快 ， l 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表3 单位体积透水性混凝土配合比各材料用量 所以养护非常重要 ， 尤其是早期养护 ， 为了避免混凝土中水分的 大量蒸发， 以保证湿度和水泥充分水化， 本试验采用浇水养护。 3 透水性混凝 土基本物理性 能试验 方法 3 1孔 隙率 孔隙率测定 ： 孔隙率作为透水混凝土结构的主要参数， 能够 反应透水陛混凝土内部结构， 通过孔隙率的测定能基本了解透水 混凝土的透水l生 能。 本试验孔隙率的测定参照文献 5 中的方法。 3 2透 水 系数 透水系数是影响透水性混凝土的排水性能的重要指标 ， 本 试验透水系数的测定参照文献【 5 中的方法。 3 3抗 压 强度 透水性混凝土试块抗压强度依据 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 中有关规定进行试验， 加荷速 度为 0 3 0 5 MP a s ， 抗压强度取 3个试块强度平均值。 3 4 抗 冻 耐久性 3 4 1 冻融试验方法 根据 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ( 普通混凝土长期性能和耐久性能 试验方法标准 的要求 ， 冻融试验分为慢冻法、 快冻法 、 单面冻 融法( 盐冻法 ) 3种， 本试验的冻融循环次数和制度参考和结合 了慢冻法、 快冻法 2种方法 ， 试验过程采用快冻法， 评价标准采 用慢冻法的评价标准来评价。 3 4 2 试验样块 样块按 照标 准要求制成 1 5 0 mmx l 5 0 m mx l 5 0 mt n的立方 体 ， 冻融试件每组制作 3 块。 另制备同样形状尺寸的对比试件。 由于实验室设备和试验时间限制， 本试验仅进行了少量试件组 数的冻融试验， 试验数据可能存在比较大的离散性。 试块采用振 动成型， 振捣时间为 1 2 S ， 标准养护。 3 4 3 终止试验条件 ( 1 ) 已达到 2 5 次循环( 本试验预设的抗冻等级为 D 2 5 ) 。 ( 2 ) 抗压强度损失率达到2 5 。 ( 3 ) 质量损失率达 5 ， 一组试件的平均质量损失率取该组 3 个试件的均值， 冻融试验数据见表 4 6 。 4 试验数据 结果及分析 4 1 孔 隙率 本试验的透水性混凝土试块不含细集料 ， 从结构上来讲， 试块是一个由水泥胶体包裹的粗集料的堆集体 ， 堆集体之间的 孔隙即为试块的孔隙 ， 由图 1 可以看出： 随着水灰 比的增大， 透 水性混凝土实测孔隙率变大 ， 同时随着振捣时间的增加 ， 实测 孔隙率变小， 水灰比增大， 水泥的用量变小， 包裹粗集料的胶体 变少， 粗集体之间的孔隙变大， 实测的孔隙率变大， 而振捣时间 的增加 ， 提高了试块的密实度 ， 所以振捣时间增加会降低实测 孔隙率。 4 2 透水 系数 由图2可以看出： 透水系数随水灰比和振捣时间的变化规 】 8 振捣时 司I s ( c ) W C = 0 3 2 图 1 实测孔隙率随振捣时间变化 曲线 律同孔隙率相似 ， 随着水灰比的增大， 透水性混凝土透水系数 变大， 同时随着振捣时间的增加 ， 透水系数率变小 ， 水灰 比增 大， 水泥的用量变小， 包裹粗集料的胶体变少 ， 粗集体之间的孔 隙变大， 连通的孔隙几率增大， 透水系数随之增加， 而振捣时间 的增加， 提高了试块的密实度， 且振捣时间过长， 使得水泥在试 块底部密实， 透水系数降低。 4 _ 3抗压 强度 由数据表 6和图 3可知： 采用振动台振捣， 振捣时间对 试块的抗压强度影响很有规律， 从图3曲线变化图上可以看出： 不振捣的试块抗压强度 比较低， 随振捣时间的增加， 试块强度 逐渐提高， 当振捣时间为 0 - 6 S 时， 强度随振捣时间变化趋势比 较平缓； 当振捣时间为 6 1 2 S 时， 此时试块强度提高幅度很快， 试块的强度和密实度趋于最佳， 当振捣时间超过 1 2 S 时 ， 随振 捣时间增加 ， 强度反而下降。 这是因为振捣时间过长 ， 水泥浆体 在混凝土底部密实 ， 黏结面积减小 ， 使得试块上部水泥浆体不 足， 从而使强度降低。 4 4抗 冻耐 久性 由表 4 6中数据可知： 同一水灰 比下， 孔隙率越大， 抗冻性 能越差。 主要表现在抗压强度方面， 冻融次数越多， 抗压强度损 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 振捣时间， s ( a ) W C= O 2 8 6 岔 5 l 4 籁 3 1 j s 2 喇 l 振 捣时 间 ， s ( b ) W C = O 3 0 0 3 6 9 1 2 1 5 1 8 振 捣 时间 ， s ( e ) W C = O 3 2 图 2 实测透水 系数随振捣时 间变化 曲线 2 5 日 20 l 5 越 营 1 0 5 日 山 皇 、 骥 山 皇 、 醴 幽 辖 0 3 6 9 振捣 时问 ， s ( a ) W C= O 2 8 1 8 振捣 时间 ， s ( b ) W C= O 3 0 表 4 W C = O 2 8冻融试验数据统计表 振捣 时间 s ( c ) W C = O 3 2 图 3 抗压 强度 随振捣时 间变化 曲线 一 旦、 籁峨 喇 一 ， g 一 、 *霪 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 失率越多。 因为孔隙率的大小直接决定了透水性混凝土中可冻 水的多少， 二者之间成正比关系， 孔隙率越大， 可冻水越多， 反 之亦然。 水灰比越大 ， 透水性混凝土抗冻性能越差， 主要表现为 质量损失方面， 冻融次数越多， 质量损失越大。 水灰比大小决定 了透水性混凝土中的水泥和水的含量， 水灰比大 ， 水泥含量就 小， 形成连接骨料的胶凝就少， 此部分是薄弱环节 ， 冻融循环的 进行会破坏胶凝物质表面， 使胶凝质量减少 ， 从而进一步影响 其抗压强度。 5结论 ( 1 ) 透水性混凝土随着水灰比的增大， 实测孔隙率和透水 系数变大 ， 同时随着振捣时间的增加 ， 实测孔隙率和透水系数 变小 。 ( 2 ) 采用振动台振捣， 振捣时间对试块的抗压强度影响很 有规律， 存在一个最佳振捣时间， 在最佳振捣时间之前， 强度随 振捣时间增加而提高 ， 在最佳振捣时间之后， 强度随振捣时间 增加反而下降。 本试验获得了一个最佳的振捣时间为 1 2 s 。 ( 3 ) 通过对比研究， 获得了适用于护坡板的透水性混凝土 最佳配合 比为 0 2 8 ， 目标孔隙率为 1 5 ， 因为在不振捣的情况 下， 其抗压强度可以达到 1 4 8 V l P a 。 振捣时间为 1 2 s 时的抗压强 度可以达到 2 4 6 MP a ， 能满足其施工荷载的要求。 上接 第 1 6页 北京 ： 中国工业出版社 ， 1 9 6 5 【 2 】2 向艳国， 何唯平气孔对混凝土抗氯离子渗透性能影响的试验研究叨 公 路 ， 2 0 0 9 ( 2 ) ： 1 6 1 1 6 3 【 3 】S A MAH A H R， HO V E R K C I n fl d n c e o f mi c mc mc k i n g o n t h e in a s s t r a n s p o r t p r o p e r t i e s o f c o n c r e t e J A C I Ma t e ri a l s J o u rnal， 1 9 9 2， 8 9( 4 ) ： 41 6 4 2 4 【 4 J4 袁承斌， 张德峰， 刘荣桂 ， 等 不同应力状态下混凝土抗氯离子侵蚀 的研究【 J 河海大学学报： 自然科学版， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 1 ) ： 5 0 5 4 【 5 】方永浩 ， 李志清， 张亦涛持续压荷载作用下混凝土的渗透性 J 硅酸 盐学报， 2 0 0 5 ， 3 3 ( 1 0 ) ： 1 2 8 1 1 2 8 6 6 】 何世钦， 贡金鑫 弯曲荷载作用对混凝土中氯离子扩散的影响 J 】 建 筑材料学报， 2 0 0 5 ， 8 ( 2 ) ： 1 3 4 1 3 8 【 7 】N A K HI A， XI E Z ， A S I Z A， e t a 1 C h l o r i d e p e n e t r a t i o n i n c o n c r e t e u n d e r c o u p l e d h y g r o m e e h a n i c al l o a d i n g s J C o n d i t i o n Mo n i t o ri n g o f Ma t e ri als a n d S t r u c t ur e s AS CE， 8 4 9 4 f 8 S A T O M， L S HI MO R I H_C h l o ri d e p e r me a b i l i t y o f c o n c r e t e u n d e r s t a t i c an d r e p e a t e d c o m p r e s s i v e l o a d i n g J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h， 1 9 9 5 ， 2 5 ( 4 ) ： 8 0 3 8 0 8 9 9 陈拴发 高性能混凝土应力腐蚀与腐蚀疲劳特性研究【 D 】 南京： 东南 大学， 2 0 0 5 【 1 o J 辛雷 循环荷载作用下高性能混凝土轴拉性能及耐久性损伤研究 D 1 青岛： 青岛理工大学， 2 0 1 0 【 1 1 陈拴发 ， 廖卫东， 郑木莲 腐蚀疲劳下的高性能混凝土渗透性及破坏 机理f J 】 武汉理工大学学报， 2 0 0 5 ， 2 7 ( 8 ) ： 3 1 3 4 【 1 2 WA N G K J ， J A N S E N D C， S HA H S P ， e t a 1 P e r m e a b i l i t y s t u d y o f c r a c k e d e o n c r e t e C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e ar c h ， 1 9 9 7 ， 2 7 ( 3 ) ： 3 8 1 3 93 【 1 3 X U 燕， 易成 ， 郭婷婷， 等 损伤对混凝土氯离子渗透性能影响的试验 研究【 混凝土， 2 0 0 8 ( t 0 ) ： 1 - 4 2 0 ( 4 ) 同一水灰比下 ， 孔隙率越大， 抗冻性能越差， 主要表现 在抗压强度方面。 同一孔隙率下 ， 水灰比越大， 透水性混凝土抗 冻性能越差 ， 主要表现为质量损失方面。 ( 5 ) 本研究获得的透水性混凝土抗冻等级为 D2 5 ， 所以在 适用范围上有所限制， 一般应用于气候比较温和的地域。 参考文献 ： 1 冯乃谦 实用混凝土大全【 M 】 北京： 科学出版社， 2 0 0 1 2 】 张朝晖， 王沁芳 ， 等 透水混凝土配合比研究与设计 J 】 混凝土 ， 2 0 0 8 ( 6 ) ： 1 2 0 1 2 2 【 3 张朝晖， 王沁芳， 杨娟透水混凝土强度和透水性影响因素研究 J 混 凝土， 2 0 0 8 ( 3 ) ： 7 - 9 4 蒋正武， 孙振平， 王培铭若干因素对多孔透水混凝土性能的影fl J J 建筑材料学报， 2 0 0 5 ( 1 0 ) ： 5 1 3 5 1 9 【 5 】 程火焰， 李伟 关于透水性混凝土试块振捣时间的探讨 J 湖南工程 学院学报， 2 0 1 1 ( 6 ) 作者简介 ： 联系地址： 联系电话 ： 程火焰( 1 9 6 9 一 ) ， 男， 副教， 工学硕士， 主要从事混凝土结构 研究。 湘潭市桃园路( 4 1 1 2 O 1 ) 1 3 97 5 28 9 9 4 3 【 1 4 D J E R B I A， B O N NE T S ， K H E L I D J A， e t a1 I n fl u e n c e o f t r a v e r s i n g c r a c k o n c h l o r i d e d iffu s i o n i n t o c o n c r e t e J C e m e n t and C o n c r e t e R e s e arc h ， 2 0 0 8 ， 3 8 ( 6 ) ： 8 7 7 8 8 3 【 1 5 H E A RN N， L O K G Me a s u r e me n t o f p e r m e a b i l i t y u n d e r u n i a x i a l c o m p r e s s i o n - a t e s t m e t h o d J A C I Ma t e ri a l J o u r n al， 1 9 9 8 ， 9 5 ( 6 ) ： 6 9 1 6 9 4 【 l 6 】 张武满， 巴恒静， 孙伟， 等 重复载荷作用下矿渣混凝土的渗透性 J 】 深圳大学学报 ： 理工版， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 4 ) ： 3 5 2 3 5 6 【 1 7 】 蒋金洋， 孙伟， 王晶， 等 弯曲疲劳载荷作用下结构混凝土抗氯离子 扩散性能 J 】 东南大学学报： 自然科学版 ， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 2 ) ： 3 6 2 3 6 6 【 l 8 】 蒋金洋， 孙伟， 李文婷， 等 疲劳荷载与环境因素耦合作用下结构混 凝土的耐久性研究 J 】 工业建筑， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 1 1 ) ： 6 - 8 【 1 9 】 朱劲松， 宋玉普 混凝土双轴抗压疲劳损伤特性的超声波速法研究叫 岩石力学与工程学报 ， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 1 3 ) ： 2 2 3 0 2 2 3 4 2 0 王怀亮， 宋玉普 不同尺寸混凝土试件受压状态下超声波传播特性 研究 J 】 大连理工大学学报， 2 0 0 7 ， 4 7 ( 1 ) ： 9 0 - 94 2 1 】 赵霄龙， 卫军 以超声波声速构筑混凝土冻融损伤变量 c 第八届全 国建设工程无损检测技术学术会议论文集， 2 0 0 4 2 2 1 孟宏睿 高温作用后混凝土力学性能及无损检测的试验研究【 D 】 西 安： 西安建筑科技大学， 2 0 0 5 【 2 3 李敏 高强混凝土受火损伤及其综合评价研究【 D 南京： 东南大学， 2 0 0 5 【 2 4 】 曹凌坚， 吕朝坤 超声法检测高温后混凝土抗压强度的试验研究 J 混凝土， 2 0 0 9 ( 6 ) ： 1 9 2 0 作者简介： 联系地 址 联系电话 孙培华( 1 9 8 7 一 ) ， 男 ， 硕士研究生， 研究方向： 混凝土结构耐 久性研究 。 大连市甘井子区凌工路 2 号 大连理工大学土木工程学院 结构实验室( 1 1 6 0 2 4 ) 1 5 8 41 1 6 2 7 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m