不同孔隙率透水混凝土抗冻性试验研究

贾文文，颜廷聘，谢慧东

（山东华森建材集团有限公司，山东 济南 250101）

0 前言

透水混凝土的应用越来越广泛，应用中除却抗压强度和透水率等必备指标外，抗冻性对透水混凝土的影响也是至关重要的。由于透水混凝土路面水分不容易滞留，并且冬季落在上面的降雪比普通混凝土更容易融化，因此不容易遭受冻害。如果透水路面经使用后孔隙发生淤堵，则容易使水分滞留，容易发生冻害。诸多学者对透水混凝土配合比设计、透水性能影响因素及制备工艺做出大量研究[1-13]，但是对透水混凝土抗冻融性能的研究较少。本试验主要研究不同设计孔隙率及可分散乳胶粉、硅粉等因素对透水混凝土抗冻融性能的研究。

1 试验概况

1.1 试验原料

（1）水泥：淄博市宝山 P·O42.5 水泥，物理性能如表 1 所示。

（2）骨料：5～10mm 碎石，物理性能见表 2。

（3）减水剂：天津飞龙聚羧酸高性能减水剂，掺量 2.5%。

（4）可分散乳胶粉：易来泰胶粉。

（5）硅粉：SiO2含量＞90%。物理性能见表 3。

表1 水泥物理性能

表2 骨料物理性能

表3 硅灰物理性能

1.2 试验方法

1.2.1 搅拌及成型方式

将可分散乳胶粉和硅粉加入水泥中，搅拌均匀，搅拌过程中采用二次投料方法，首先将骨料倒入搅拌机中，加入 1/3 的水搅拌 30s，然后加入水泥搅拌 30s，再加入外加剂和剩余水搅拌 5min 后出料。试块成型方式按照 DB 11/T 775—2010《透水混凝土路面技术规程》分两层装入试模，第一层装入 2/3 位置处，用捣棒均匀插捣 11 下，然后装入第二层高出试模上表面 20mm，均匀插捣 11 下，再次往试模中填料至高出试模上表面10mm 处，将三组试模呈三角形摆放，上表面覆盖覆膜胶合板，然后用附着式平板振动器振动 30s，刮平试模，覆膜养护 24 小时后拆模，拆模后放入养护室中养护，分别测量 28d 后抗压强度和质量、冻融 25 个循环后抗压强度和质量。

1.2.2 冻融试验方法

在混凝土标准养护室中养护 28d 后，将一组试块取出放置烘箱中干燥，烘箱温度设置在 60℃，干燥后称其质量到恒重，记录其干燥质量为 M。然后将该组试块放置温度为 (20±10)℃ 水中浸泡 24h，取出后用拧干湿毛巾擦拭掉试块表面水分，放入温度为 -15℃ 抗冻试验机中，降温至 -15℃ 开始计时，冷冻 4h，后取出，放入 (20±2)℃ 水中浸泡 2h，此为一个循环。依次 25 个循环后，将试块取出擦干表面水分，放入 60℃ 烘箱中烘干至恒重，记录冻融后干燥质量为 M0。

冻融试验后质量损失率按式 (1) 计算，结果计算精确至 0.1%。

式中：ΔM——冻融循环后的质量损失率，%；

M——标准养护下的质量平均值，g；

M0——冻融循环后的质量平均值，g。

将一直在混凝土标准养护室养护的试块取出放置一段时间，用混凝土抗压试验机测试抗压强度，纪录为R；然后将冻融后试块用混凝土抗压试验机测试抗压强度，纪录为 R0。

冻融试验后抗压强度损失率按式 (2) 计算，结果计算精确至 0.1%。

式中：

ΔR——冻融循环后的抗压强度损失率，%；

R——标准养护下的抗压强度平均值，g；

R0——冻融循环后的抗压强度平均值，g。

1.2.3 试验配合比

透水混凝土主要有胶凝材料、骨料、水及添加剂混合而成具有一定连通孔隙的混凝土。配合比计算公示如式 (3)。

其中：

mg、mc、mw、ma——分别为单位体积混凝土中粗骨料、水泥、水、外加剂用量，kg/m3；

ρg、ρc、ρw、ρa——分别为粗骨料、水泥、水、外加剂的表观密度，kg/m3；

P——设计孔隙率，分别为 15%、18%、22%、25%。

mg取 0.95×粗骨料质量，0.95 为粗骨料修正系数，W/C 取 0.30。胶粉掺量为 2%，硅粉掺量为 6%。

1.2.4 混凝土工作性试验方法

参照普通混凝土工作性的基础上，将检测筒放置在跳桌中心，透水混凝土拌合物分三次装入检测筒，每次装入混凝土用捣棒由边缘至中间均匀插捣 15 次，最后一次插捣完毕后，刮去多于透水混凝土，使混凝土拌合物与检测筒持平。将检测筒缓慢垂直提起，立刻开动跳桌，完成 25 次跳动，拌合物坍塌或下沉。用钢尺测量检测筒与坍落后混凝土拌合物最高点之间的高度差，即为透水混凝土振动坍落度；测量坍落后透水混凝土垂直方向扩展度最大值与最小值，其平均值即为透水混凝土振动扩展度。

2 试验结果及分析

试验配合比及结果见表 4 和表 5。

由表 5 试验结果可以看出：

（1）设计孔隙率不同，透水混凝土 25 次冻融循环后抗压强度损失率和质量损失率不同。设计孔隙率越大，抗压强度损失率越大，质量损失率越大。

（2）掺加 2% 胶粉时，透水混凝土 28d 抗压强度影响不大，25 次冻融循环后抗压强度损失率和质量损失率较小，改善效果明显；由于胶粉能增强胶凝材料的粘结力，使透水混凝土振动扩展度和坍落度改善效果明显。

表4 试验配合比

表5 试验结果

（3）掺加 6% 硅粉后，增强了透水混凝土抗压强度，减小了透水混凝土 25 次冻融循环后抗压强度损失率和质量损失率；对透水混凝土振动扩展度和坍落度基本无影响。

（4）透水混凝土中胶凝材料单方用量超过 400kg后，25 个冻融循环后抗压强度损失率减小至 1% 左右，质量损失率减小；由于胶凝材料过多，振动扩展度增大，振动坍落度基本不变。

3 结论

（1）透水混凝土设计孔隙率越小，透水混凝土28d 抗压强度越大，经 25 次冻融循环后，抗压强度损失率和质量损失率越小。

（2）透水混凝土中掺加胶粉时，增强了透水混凝土中材料之间的粘结力，抗压强度损失率和质量损失率减小，有效增强了透水混凝土的抗冻性；同时改善了透水混凝土的工作性。

（3）透水混凝土掺加硅粉，能提高透水混凝土抗压强度，同时可以降低 25 次冻融循环后抗压强度损失率和质量损失率。