预拌透水混凝土的工作性与力学性能试验研究

强 军

(江苏省科佳工程设计有限公司,江苏 无锡 214002)

引言

“海绵城市”作为新一代城市的雨洪管理概念,意味着一座城市能在面临环境的大小变化和自然发生的灾害时能够有较好的弹性应对反应,可以让城市像海绵一样达到吸水、蓄水、渗水、净水的作用[1]。透水混凝土是一种广泛应用于透水铺装措施中的新型生态型的道路材料,其渗水透水能力良好,具有一定的强度,因此也日益受到人们的关注[2-4]。《透水水泥混凝土路面技术规程CJJ/T 135-2009》[5]规定透水水泥混凝土宜采用强制性搅拌机进行搅拌,搅拌机的容量应根据工程量、施工进度、施工顺序和运输工具等参数选择。新拌混凝土出机至作业面运输时间不宜超过30 min。透水水泥混凝土从搅拌机出料,运至施工地点进行摊铺、压实直至浇筑完毕的允许最长时间:施工气温5≤T＜10（℃）,允许最长时间2.0（h）；施工气温10≤T＜20（℃）, 允许最长时间1.5（h）；施工气温20≤T＜32（℃）, 允许最长时间1.0（h）。目前国内透水混凝土的施工大多是在工地现场或附近利用小型强制性拌和设备现拌,然后使用翻斗车进行运输,基本没有通过大型混凝土拌和楼进行工厂化拌和的预拌透水混凝土。这主要是由于透水混凝土的粘聚性较大、流动性很差并且硬化很快,如果长距离长时间采用罐车运输极易出现罐车入料口被透水混凝土堵塞的情况[6]。然而,采用在工地现场或附近利用小型拌和设备现拌透水混凝土,每次拌和出料量仅约0.5 m3,每次拌和对配合比也很难做到严格控制,透水混凝土的拌和质量无法得到严格保障。因此,解决预拌透水混凝土的罐车长距离运输问题成为透水混凝土高质量应用的关键,需要找到一种改性剂能够提高透水混凝土的工作性能,既能保证透水混凝土的各项强度指标要求和透水性能要求,又能提高透水混凝土的流动性,有效提高透水混凝土允许的运输时间和运输距离,使预拌透水混凝土得以广泛应用,保证透水混凝土施工质量。本研究通过采用可再分散乳胶粉作为改性剂对预拌透水混凝土的工作性、力学性能和透水性能进行了研究。

1 试验概况

1.1 原材料及配合比

胶凝材料为P.O 42.5 普通硅酸盐水泥,其基本物理性能见表1。石子为玄武岩碎石,其基本性能指标见表2。外加剂为一种新的预拌透水混凝土增强剂,固含量为56%。水为普通自来水。试验的配合比以可再分散乳胶粉掺量为变量,具体见表3。

表1 普通硅酸盐水泥物理力学性能

表2 粗骨料基本物理性能

表3 试验配合比/(kg/m3)

1.2 试件制备及试验方法

试件制备过程如下：（1） 将搅拌机内部尤其是搅拌头进行预湿；（2）将石子和50%的水加入搅拌机搅拌30 s；（3） 倒入已经混合好的水泥和可再分散乳胶粉,再搅拌30 s；（4） 将剩余的水和增强剂加入搅拌机中,搅拌60 s；（5） 出料。测定坍落度后装模成型试件。

采用标准养护,首先将装模成型好的试模放入YH-90B 型号的标准养护箱,内部环境温度20±2℃、相对湿度95%以上,养护24 h 后拆模。拆模时不得严重磕碰边角,使得骨料脱落。拆模后的试块继续放置标准养护箱内养护至要求的龄期后再取出进行试验。透水系数的测定依据JC/T2558-2020《透水混凝土》[7]测定,试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm。力学性能测试按照GB/T 50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》[8]的规定进行,抗压强度试验试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm,抗折强度试验试件尺寸为100 mm×100 mm×400 mm；每组测试3 个试件,试验结果取平均值。

2 结果与讨论

2.1 工作性

图1 为各组的坍落度实测值和90 min 坍落度经时损失值。如图1 所示,随着可再分散乳胶粉掺量的增加,预拌透水混凝土的坍落度持续增长,90 min 坍落度经时损失先下降后上升。其中,可再分散乳胶粉掺量为1.5%时,预拌透水混凝土的90 min 坍落度经时损失最小,而坍落度经时损失率呈现出先下降后上升的趋势,在可再分散乳胶粉掺量为1.5%时的坍落度经时损失率也是最小,只有10%,相比于不掺可再分散乳胶粉的空白参照组,坍落度经时损失率为29.4%。这是由于可再分散乳胶粉的加入,改善了预拌透水混凝土的工作性能,增大了流动性,从而提高了预拌透水混凝土的坍落度并降低了其坍落度经时损失。但随着掺量的增加,胶粉与水形成的乳胶液增大了预拌透水混凝土拌合物的粘聚性,在一定程度上对预拌透水混凝土拌合物的工作性能有所降低,同时还使得坍落度经时损失加大。

图1 可再分散乳胶粉掺量对（a）坍落度和(b)90min 坍落度经时损失的影响

2.2 抗压强度和抗折强度

图2 为各组28 d 抗压强度。如图2 所示,随着可再分散乳胶粉掺量的增加,预拌透水混凝土的28 d抗压强度呈现出先上升后下降的趋势。在可再分散乳胶粉的掺量为1.0%时,预拌透水混凝土的28 d 抗压强度最大,达到了32.39 MPa,随着掺量的继续增加,抗压强度不升反降。28 d 抗折强度的试验结果见图3。从图3 可以看出随着可再分散乳胶粉掺量的增加,预拌透水混凝土的28 d 抗折强度呈现出先上升后下降的趋势,与抗压强度变化趋势较为一致,这证明抗折强度与抗压强度存在一定程度的相关性。这是由于少量胶粉的掺入,与水形成乳胶液体,使得预拌透水混凝土拌合物的粗骨料之间粘结强度提高,改善了其力学性能,但掺量继续提升之后,过多的乳胶液体使得预拌透水混凝土拌合物具有更大的柔度,从而降低了强度。

图2 各组28 d 抗压强度

图3 各组28 d 抗折强度

2.3 透水系数

透水混凝土由于其透水和储水的功能,所以具有生态友好性。各组的透水系数的试验结果见图4。不难发现,随着可再分散乳胶粉掺量的增加,预拌透水混凝土的透水系数几乎呈现直线下降,透水性能逐步降低。这是由于可再分散乳胶粉的掺入使得胶凝浆体的粘度增大,增加了预拌透水混凝土的粘聚性,提高了预拌透水混凝土拌合物的密实度,内部孔隙度和孔隙的连通性下降,导致其透水系数的降低。但是掺有2.0%的可再分散乳胶粉的透水混凝土的透水系数为3.13 mm/s,仍然具有较高的透水能力。根据JC/T2558-2020《透水混凝土》规范中规定,对于轻载型透水混凝土透水系数不得小于0.5 mm/s,在降水较多的地区透水系数不得低于1 mm/s,所有配比仍然可以满足其透水系数的最低使用要求。

图4 可再分散乳胶粉掺量对预拌透水混凝土透水系数的影响

3 结论

采用单因素分析法研究了可再分散乳胶粉掺量（0%～0.2%）对预拌透水混凝土工作性,抗压强度、抗折强度和透水系数的影响,可以得到以下结论：

（1） 可再分散乳胶粉的掺入使得预拌透水混凝土的工作性能得到改善,不仅增大了预拌透水混凝土的坍落度,使其达到了200 mm 以上,90 min 坍落度经时损失也更小。

（2） 透水混凝土的抗压强度和抗折强度随着可再分散乳胶粉掺量的增加而先增加后降低。可再分散乳胶粉掺量为1.0%时的28 d 抗压强度最高达到了32.39 MPa,28 d 抗折强度最高达到了5.86 MPa,完全可以满足轻载型透水混凝土的最低强度要求。

（3） 透水混凝土的透水系数随着可再分散乳胶粉掺量的增加而减少,相对水泥的掺量为2.0%时透水系数最低为3.13 mm/s,可以满足轻载型透水混凝土的最低透水系数要求。