聚羧酸減水劑和乳膠粉對透水混凝土性能的影響研究

引言隨著我國生產(chǎn)力水平的不斷提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平逐漸增強(qiáng)。近年來，房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分迅速，相應(yīng)的城市建設(shè)也是這個時代所必需的，城市路面基本都被水泥瀝青等路面取代，而這些路面往往都是由阻水材料所鋪就，因此這些路面是不透水的，在特定情況下就會給城市的生態(tài)環(huán)境帶來不利影響。透水混凝土屬于綠色環(huán)保材料，是由骨料、水泥和水拌制而成的一種具有連續(xù)孔徑的混凝土。其既有一定的強(qiáng)度又有一定的透水性，在保證透水混凝土透水性的同時又要兼顧其強(qiáng)度，因此其強(qiáng)度不是很高，一般都在C20～C30之間[1]。目前，國內(nèi)的透水混凝土多用于人行道、自行車道、室外停車場等，不能用于道路等級為主路及以上的路面。為了更好地推動透水性混凝土這種新型材料的發(fā)展，適應(yīng)國家對于海綿城市建設(shè)的需求，還需要對其進(jìn)行深入的研究。本文主要研究了聚羧酸減水劑對透水混凝土強(qiáng)度、連續(xù)空隙率、工作性能的影響。

1、試驗(yàn)部分

1.1原材料

句容臺泥水泥有限公司P·O42.5普通硅酸鹽水泥；3～5mm石子；蘇州市興邦化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)的粉體聚羧酸高性能減水劑PC-9320；瓦克聚合物材料（上海）有限公司提供的VINNAPAS?

8550A乳膠粉；?？蠂H貿(mào)易（上海）有限公司的95級硅灰。

1.2制備方法制備透水混凝土混合料時，為保證其良好的工作性，特別是當(dāng)使用3～5mm單級配碎石作為骨料時，宜制定合適的制備工藝和流程。首先在骨料中加入20%～30%的水?dāng)嚢?0s，整體潤濕后再加入膠凝材料和外加劑，使膠凝材料均勻包裹在潮濕的骨料表面，加入外加劑之后再充分?jǐn)嚢?min，以保證混合料具有良好的和易性和工作性。1.3性能測試方法透水混凝土的主要性能指標(biāo)為強(qiáng)度和滲透性能，強(qiáng)度通過抗壓強(qiáng)度及抗劈裂強(qiáng)度來表征，滲透性能通過其孔隙率來表征?？箟簭?qiáng)度：根據(jù)GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的方法進(jìn)行測試，試塊尺寸為150mm×150mm×150mm，每組準(zhǔn)備3個同樣的試塊按照不同要求進(jìn)行7d或28d養(yǎng)護(hù)，測定結(jié)果取平均值。劈裂抗拉強(qiáng)度：根據(jù)GB/T50081—2002的方法進(jìn)行測試，試驗(yàn)中將劈裂鋼墊條放置在試塊上下兩側(cè)，將壓力機(jī)調(diào)好位置壓住鋼墊條將鋼墊條和透水混凝土固定，然后施加荷載測定其破壞荷載。孔隙率：透水混凝土的孔隙按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為連通孔隙、半連通孔隙和封閉孔隙，孔隙率又分為總孔隙率和有效孔隙率。連通孔隙和封閉孔隙的總和與透水混凝土試件總孔隙的比為總孔隙率。一般情況下雨水只能從連通孔隙滲入地下，即只有連通孔隙才能有較好的滲透性能，而半連通孔隙沒有過水性能，只具有一定的蓄水能力，水流在半連通孔隙中是相對停滯的狀態(tài)[2]，從水運(yùn)動的角度來說是無效的，但其中的水在疏干的時候能排干，對于排水來說是有效的，因此連通孔隙和部分有蓄水能力的半連通孔隙都可以稱為有效孔隙率。準(zhǔn)確地說有效孔隙率的大小直接影響著透水混凝土的滲透性能，一般透水混凝土的有效孔隙率控制在15%～25%。

1.4配合比設(shè)計本試驗(yàn)采用正交設(shè)計，進(jìn)行配方體系的優(yōu)化，混凝土強(qiáng)度的影響因素一般為水泥用量、水灰比等，而透水混凝土的強(qiáng)度與透水系數(shù)成反比，混凝土強(qiáng)度越高透水系數(shù)越低，因此選取聚羧酸減水劑、水泥、乳膠粉及硅灰的摻量為四因素，每個影響因素選取三個變化水平，見表1。該試驗(yàn)是四因素三水平試驗(yàn)，選取L9(34)即可滿足試驗(yàn)要求，具體配合比見表2。表1影響因素和變化水平表2透水混凝土配合比2、結(jié)果與分析

2.1工作性能評估透水混凝土是一種由單級配粗骨料和膠凝材料加水混合之后配制而成的存在連續(xù)孔隙的混凝土。目前對于透水混凝土的研究主要集中在強(qiáng)度、孔隙率和耐久性方面，而對其工作性能的研究較少。但透水混凝土的工作性能對其強(qiáng)度、孔隙率和透水性等有著極其重要的影響。實(shí)際試驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)均表明：當(dāng)新拌透水混凝土的漿體流動性較大或者水泥漿體用量較多時，在模具中成型的透水混凝土?xí)霈F(xiàn)底部封堵的情形，而在實(shí)際施工中較多的漿體會流入透水混凝土的底部，影響透水混凝土的透水性。當(dāng)新拌透水混凝土的漿體流動度太小時[3]，由于漿體粘度過大，振動過程中不能使?jié){體均勻包裹骨料表面，導(dǎo)致透水混凝土強(qiáng)度的下降。因此，新拌透水混凝土的工作性能對硬化后透水混凝土的強(qiáng)度、孔隙率和耐久性有著重要的影響。而對新拌透水混凝土工作性能的研究能夠確定合適的漿體流動度和合適的漿體用量，對透水混凝土的施工和研究均有著重要的指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)采用如圖1所示的裝置，進(jìn)行工作性能評估，方法如下：（1）將透水混凝土均勻裝入三菱形坍落度筒中；（2）采用振動棒板插到25次；（3）均勻提起三菱形坍落度筒；（4）觀察混凝土是否分散和坍落度高度。工作性能主要評估的是表觀水膜、定型性、松散型。表3為透水混凝土影響因素和變化水平對其工作性能的影響，由表3可知，各組分初始工作性能的影響順序?yàn)椋篜C-9320＞乳膠粉8550A＞水泥=硅灰；其中減水劑存在著最佳摻量。PC-9320作為一種改性聚羧酸減水劑，其存在高減水、高保塑和抗垂掛性能。表3影響因素和變化水平對混凝土工作性能的影響2.2各組分對透水混凝土需水量的影響通常水膠比越低混凝土的強(qiáng)度越高，但相應(yīng)的透水混凝土的透水率越低。表4為透水混凝土影響因素和變化水平對其水膠比的影響，由表4可以看出，保持初始工作性能一致時，減水劑的摻量影響因子最大，因?yàn)闇p水劑通過潤濕、靜電位阻穩(wěn)定以及空間位阻[4]，降低表面張力，減少了水泥顆粒表面水膜的厚度，提高了流動性，各組分對水膠比的影響順序?yàn)椋篜C-9320＞水泥＞乳膠粉8550A＞硅灰。表4影響因素和變化水平對混凝土水膠比的影響2.3各組分對透水混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響混凝土是一種脆性材料，水泥基透水混凝土也是，在受拉時很小的變形就要開裂，在斷裂前沒有殘余變形?；炷恋目估瓘?qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/10～1/20，且隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，比值降低?；炷猎诠ぷ鲿r一般不依靠其抗拉強(qiáng)度，但抗拉強(qiáng)度對于抗開裂性有重要意義，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗拉強(qiáng)度是確定混凝土抗裂能力的重要指標(biāo)[5]。有時也用抗拉強(qiáng)度來間接衡量混凝土與鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度等。透水混凝土的強(qiáng)度比較低，表面骨料抗剝落性能差，因此本試驗(yàn)采用劈裂抗拉強(qiáng)度評估其抗剝落性能，乳膠粉具有極突出的粘結(jié)強(qiáng)度，可提高透水混凝土的柔性并有較長的開放時間，賦予透水混凝土優(yōu)良的耐堿性，改善透水混凝土的粘附性、粘合性、抗折強(qiáng)度、防水性、可塑性、耐磨性能和施工性，在透水混凝土中更具有較強(qiáng)的柔韌性[6]。表5為透水混凝土影響因素和變化水平對其劈裂抗拉強(qiáng)度的影響，由表5可知，各組分對混凝土7d劈裂抗拉強(qiáng)度的影響順序?yàn)椋篜C-9320＞硅灰＞乳膠粉8550A＞水泥；各組分對混凝土28d劈裂抗拉強(qiáng)度的影響順序?yàn)椋汗杌遥舅啵救槟z粉8550A＞PC-9320，乳膠粉作用在后期體現(xiàn)優(yōu)異。表5影響因素和變化水平對混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度的影響2.4各組分對透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響表6為影響因素和變化水平對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，本試驗(yàn)設(shè)計混凝土強(qiáng)度為C30,由表6可知，各組分對混凝土7d抗壓強(qiáng)度的影響順序?yàn)椋篜C-9320＞乳膠粉8550A＞硅灰＞水泥；各組分對混凝土28d抗壓強(qiáng)度的影響順序?yàn)椋汗杌遥舅啵綪C-9320＞乳膠粉8550A，硅灰作用在后期體現(xiàn)優(yōu)異。表6影響因素和變化水平對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響2.5各組分對透水混凝土連續(xù)空隙率的影響透水混凝土與普通混凝土最大的區(qū)別就在于其特殊的排水功能要求，因此，為了滿足工程需要，必不可少地要進(jìn)行透水混凝土基本物理性能的研究。本試驗(yàn)對于透水混凝土基本物理性能的研究主要是分析其實(shí)測孔隙率。表7為影響因素和變化水平對混凝土連續(xù)空隙率的影響，由表7可知，各組分對混凝土連續(xù)空隙率的影響順序?yàn)椋篜C-9320＞水泥＞硅灰＞乳膠粉8550A，在相同的目標(biāo)孔隙率及水灰比的條件下，減水劑摻量對透水混凝土實(shí)測孔隙率的影響最大，因?yàn)槠浣档土吮砻嫠酀{體的吸附層而不降低強(qiáng)度，因此聚羧酸減水劑PC-9320可以提高連續(xù)空隙率。水泥用量越大混凝土的強(qiáng)度越高，但同時堵塞了空隙，硅灰是一種超細(xì)礦物摻合料，其可提高混凝土強(qiáng)度，提高塑性混凝土的黏度，降低漿體固化結(jié)構(gòu)的缺陷。表7影響因素和變化水平對混凝土連續(xù)空隙率的影響結(jié)論

（1）聚羧酸減水劑的低摻量、高減水率，可降低用水量，提高透水混凝土的工作性能、抗壓強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度，且提高了連續(xù)空隙率。（2）可再分乳膠粉因其良好的粘結(jié)能力，提高了透水混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度，增強(qiáng)了抗剝落性能。（3）綜合混凝土工作性能、抗剝落性能、抗壓強(qiáng)