透水混凝土地坪強(qiáng)度的因素探討
文章出處：世博銳
發(fā)表時(shí)間：2017-12-26 06:12:01
透水混凝土地坪強(qiáng)度的因素探討
早在20世紀(jì)中后期，歐、美、日本等國家為了尋求與自然共同發(fā)展，開發(fā)出一種有利于維護(hù)生態(tài)平衡的透水混凝土，這種透水混凝土由于綠色環(huán)保、吸收噪音、多孔隙、輕質(zhì)、透氣性及透水性較好等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛運(yùn)用，直至目前依然被應(yīng)用于廣場、停車場、公園等地，為保持生態(tài)平衡起到了巨大的作用。相比于國外，我國雖然對透水混凝土的研究也比較早，但是由于其抗壓強(qiáng)度過低等原因在我國并沒有得到廣泛運(yùn)用，以前多數(shù)透水混凝土強(qiáng)度通常都不會(huì)超過20MPa，也正是由于強(qiáng)度原過低的原因，使透水混凝土的運(yùn)用得到限制。深圳市聯(lián)歐科技發(fā)展有限公司根據(jù)以往透水混凝土強(qiáng)度不高的問題，通過查閱大量資料進(jìn)行透水混凝土成型方式及粗集料級(jí)配、細(xì)集料的摻量、水灰質(zhì)量比等對透水混凝土強(qiáng)度的影響，得出能夠配制出強(qiáng)度高于30MPa的透水混凝土，并且能夠滿足透水路面層的材料要求。
一、透水混凝土原料及實(shí)驗(yàn)流程
1、透水混凝土原料選擇
透水混凝土一般選擇硅酸鹽類水泥，水泥硬度評(píng)級(jí)為42.5，集料混合兩類不同顆粒大小的石屑，A類顆粒大小范圍為5～10mm，BA類顆粒大小范圍為5～25mm，混合強(qiáng)力吸水制劑、一般砂石。而攪拌的水選擇一般生活飲水，粗料為5～25mm的持續(xù)級(jí)配。
2、透水混凝土實(shí)驗(yàn)步驟：
成型壓實(shí)方法
一般透水混凝土保留的漿液不多，而且細(xì)料所占比例極小，因而在成型過程中不能單純采取機(jī)器完成振搗，不然就會(huì)導(dǎo)致所有水泥黏在底側(cè)，從而導(dǎo)致底側(cè)透水混凝土過稠，也喪失透水效果。而在本次調(diào)查中，主要是以土工輕度擊實(shí)操作，完成層次的擊打。首層在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/3高位置；次層為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼麄€(gè)高度位置，實(shí)驗(yàn)流程：第一次，將拌制好的水泥灌至實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?/3高位置(規(guī)格體積為100mm×100mm×100mm)，以錘子敲打4次，當(dāng)灌滿實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼麄€(gè)高度，則連續(xù)敲打4次；第二次，各層都敲打8次；第三次，各層都敲打10次；第四次，各層都敲打13次。
透水性混凝土空置率檢測
預(yù)制的級(jí)配石塊以科學(xué)的配比進(jìn)行混合，放滿整個(gè)鐵質(zhì)圓柱體容器中(總?cè)莘e為10升)，然后再灌水至水滿，最后再排出水，根據(jù)排出的容積算出級(jí)配石塊的空置率，而且各組測試均為多次，最后算得均值。
滲水參數(shù)檢測
檢測水泥的滲水參數(shù)主要是以自行研制的設(shè)備作為基礎(chǔ)，設(shè)備的原理是基于變壓原理。整個(gè)設(shè)備外觀為長方體塑料筒，上下不密封，設(shè)施表面以刻度進(jìn)行標(biāo)識(shí)便于讀數(shù)。具體檢測流程為：將滲水設(shè)備直接裝在試件上，然后以橡皮泥對滲水設(shè)備的里外進(jìn)行嚴(yán)格封閉，特別是封堵一些主要的空隙；進(jìn)行檢測過程，需將水直接灌滿塑料筒，待刻度讀數(shù)穩(wěn)定在200mm，就可以開始記錄時(shí)間，即t0，當(dāng)刻度讀數(shù)降低至0刻度位置，則可以記錄時(shí)間，即t1。而流過試件表側(cè)的水量為2升，流過時(shí)間計(jì)算為t1～t0。最后可以算出滲水參數(shù)，V=200/(t1～t0)，所有試件測試多次，計(jì)算均值。
二、試驗(yàn)結(jié)果與分析
1、密實(shí)方法對滲水水泥硬度的作用
運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)配比，基于擊打頻率解析其對于水泥硬度和密度的作用，也由于擊打頻率更加頻繁，水泥硬度及密度也在不斷升高。其關(guān)鍵的原因在于擊打過于頻繁，有效擠壓了水泥自身的空隙，甚至保證水泥內(nèi)部沒有空隙，表現(xiàn)更高的密實(shí)度。
2、粗料級(jí)配對空置率的作用
考慮細(xì)料在滲水水泥的占比極低，因而也可以得出結(jié)論，滲水水泥的主要構(gòu)成為粗料，因而粗料的級(jí)配也會(huì)對水泥的空置率產(chǎn)生顯著的作用，因而探尋粗料的級(jí)配也是十分關(guān)鍵的。
3、水灰質(zhì)量比對透水混凝土強(qiáng)度及透水系數(shù)的影響
其實(shí)，不管是哪種種類的混凝土，影響混凝土性能最重要的因素始終是水灰質(zhì)量比，最根本的原因便是在透水混凝土中，水灰質(zhì)量不僅影響著其強(qiáng)度，同時(shí)對透水混凝土透水性也有著一定影響，因此，在透水混凝土制作過程中，有效選擇水灰質(zhì)量比是保證透水混凝土制作能否合格的主要因素。通常來說，水灰質(zhì)量比所采用基準(zhǔn)配合比一般是0.20，0.22，0.24，0.26，0.28，0.30。通過配合比可以發(fā)現(xiàn)，它們之間是呈一個(gè)遞進(jìn)關(guān)系的，換句話說，伴隨著水灰質(zhì)量比的不斷增加，透水混凝土的強(qiáng)度也必然會(huì)大幅度增強(qiáng)，最后呈現(xiàn)平緩狀態(tài)，而透水系數(shù)則會(huì)呈現(xiàn)出下降的趨勢。對于這一方面，國內(nèi)外的專業(yè)也有一定的研究，通過水灰質(zhì)量比增加透水混凝土強(qiáng)度，然后呈現(xiàn)出強(qiáng)度不增加或是降低的狀態(tài)，根據(jù)專家得出的結(jié)論，這種情況并不是偶然的實(shí)驗(yàn)失誤結(jié)果，有著重大的原因影響著整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
4、透水混凝土強(qiáng)度及透水系數(shù)綜合分析
通常來說，根據(jù)T．C．Hansen的孔隙率理論，混凝土的強(qiáng)度主要取決于孔隙率，孔隙率的計(jì)算方式是根據(jù)T．C．Hansen的孔隙率理論演變而來的：F/f0=1－S1－S2 (1)
其中，f為透水混凝土的強(qiáng)度，f0無孔隙水泥石的強(qiáng)度，用空置率帶入(1)得：f/f0=1－k1Vp1－k2Vp2 (2)
在粗集料的空置率處于較穩(wěn)定的情況時(shí)，水灰質(zhì)量比對透水混凝土強(qiáng)度的影響取決于公式(2)進(jìn)行計(jì)算，Vp1、Vp2的變化取決于影響的程度。當(dāng)水灰質(zhì)量比較小時(shí)，隨著水灰質(zhì)量比的增加，Vp2將增加，而Vp1將減小，由于存在著水泥水化的原因，有相當(dāng)一部分水將和水泥水化形成了固相而沒有全變成孔隙，因此Vp1減小的量要大于Vp2增加的量，Vp1的減少占主導(dǎo)，即公式(1)中S1+S2將減小，所以透水混凝土的強(qiáng)度f將隨著水灰質(zhì)量比的增加而增加，同時(shí)，水灰質(zhì)量比較小的試驗(yàn)結(jié)果也是類似。
與此同時(shí)，在水灰質(zhì)量比不斷上漲的情況下，Vp1、Vp2兩者的變化基本是一樣的，如果出現(xiàn)這種情況，那就表明透水混凝土的強(qiáng)度已經(jīng)夠了，可以不需要在強(qiáng)度方面下手了。
換句話說，此時(shí)的透水混凝土與已密實(shí)混凝土的強(qiáng)度基本處于同一水平了，在這種情況下，水灰質(zhì)量比得到最佳的質(zhì)量比。在公式(1)中，隨著水灰質(zhì)量比超過最佳值后，不停止進(jìn)行繼續(xù)增加，S1+S2也將同時(shí)增大。所以，透水混凝土的強(qiáng)度f將隨著水灰質(zhì)量比的增加而減小，符合水灰質(zhì)量比定規(guī)則。
三、結(jié)語
成型密實(shí)操作可以保證滲水水泥的硬度及密度得以上升，而且水泥的硬度及密度上升的規(guī)律往往與擊打的頻率存在顯著相關(guān)性。不過擊打次數(shù)高于18次，則滲水水泥的硬度及密度趨于穩(wěn)定。這也表現(xiàn)出滲水水泥的滲水參數(shù)與硬度存在沖突，即為反比關(guān)系，簡單而言，硬度增加，則滲水參數(shù)減小。因而在具體規(guī)劃流程中則需要優(yōu)先考慮滲水參數(shù)的最小化，方能保證硬度的最大化。
早在20世紀(jì)中后期，歐、美、日本等國家為了尋求與自然共同發(fā)展，開發(fā)出一種有利于維護(hù)生態(tài)平衡的透水混凝土，這種透水混凝土由于綠色環(huán)保、吸收噪音、多孔隙、輕質(zhì)、透氣性及透水性較好等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛運(yùn)用，直至目前依然被應(yīng)用于廣場、停車場、公園等地，為保持生態(tài)平衡起到了巨大的作用。相比于國外，我國雖然對透水混凝土的研究也比較早，但是由于其抗壓強(qiáng)度過低等原因在我國并沒有得到廣泛運(yùn)用，以前多數(shù)透水混凝土強(qiáng)度通常都不會(huì)超過20MPa，也正是由于強(qiáng)度原過低的原因，使透水混凝土的運(yùn)用得到限制。深圳市聯(lián)歐科技發(fā)展有限公司根據(jù)以往透水混凝土強(qiáng)度不高的問題，通過查閱大量資料進(jìn)行透水混凝土成型方式及粗集料級(jí)配、細(xì)集料的摻量、水灰質(zhì)量比等對透水混凝土強(qiáng)度的影響，得出能夠配制出強(qiáng)度高于30MPa的透水混凝土，并且能夠滿足透水路面層的材料要求。
一、透水混凝土原料及實(shí)驗(yàn)流程
1、透水混凝土原料選擇
透水混凝土一般選擇硅酸鹽類水泥，水泥硬度評(píng)級(jí)為42.5，集料混合兩類不同顆粒大小的石屑，A類顆粒大小范圍為5～10mm，BA類顆粒大小范圍為5～25mm，混合強(qiáng)力吸水制劑、一般砂石。而攪拌的水選擇一般生活飲水，粗料為5～25mm的持續(xù)級(jí)配。
2、透水混凝土實(shí)驗(yàn)步驟：
成型壓實(shí)方法
一般透水混凝土保留的漿液不多，而且細(xì)料所占比例極小，因而在成型過程中不能單純采取機(jī)器完成振搗，不然就會(huì)導(dǎo)致所有水泥黏在底側(cè)，從而導(dǎo)致底側(cè)透水混凝土過稠，也喪失透水效果。而在本次調(diào)查中，主要是以土工輕度擊實(shí)操作，完成層次的擊打。首層在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/3高位置；次層為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼麄€(gè)高度位置，實(shí)驗(yàn)流程：第一次，將拌制好的水泥灌至實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷?/3高位置(規(guī)格體積為100mm×100mm×100mm)，以錘子敲打4次，當(dāng)灌滿實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼麄€(gè)高度，則連續(xù)敲打4次；第二次，各層都敲打8次；第三次，各層都敲打10次；第四次，各層都敲打13次。
透水性混凝土空置率檢測
預(yù)制的級(jí)配石塊以科學(xué)的配比進(jìn)行混合，放滿整個(gè)鐵質(zhì)圓柱體容器中(總?cè)莘e為10升)，然后再灌水至水滿，最后再排出水，根據(jù)排出的容積算出級(jí)配石塊的空置率，而且各組測試均為多次，最后算得均值。
滲水參數(shù)檢測
檢測水泥的滲水參數(shù)主要是以自行研制的設(shè)備作為基礎(chǔ)，設(shè)備的原理是基于變壓原理。整個(gè)設(shè)備外觀為長方體塑料筒，上下不密封，設(shè)施表面以刻度進(jìn)行標(biāo)識(shí)便于讀數(shù)。具體檢測流程為：將滲水設(shè)備直接裝在試件上，然后以橡皮泥對滲水設(shè)備的里外進(jìn)行嚴(yán)格封閉，特別是封堵一些主要的空隙；進(jìn)行檢測過程，需將水直接灌滿塑料筒，待刻度讀數(shù)穩(wěn)定在200mm，就可以開始記錄時(shí)間，即t0，當(dāng)刻度讀數(shù)降低至0刻度位置，則可以記錄時(shí)間，即t1。而流過試件表側(cè)的水量為2升，流過時(shí)間計(jì)算為t1～t0。最后可以算出滲水參數(shù)，V=200/(t1～t0)，所有試件測試多次，計(jì)算均值。
二、試驗(yàn)結(jié)果與分析
1、密實(shí)方法對滲水水泥硬度的作用
運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)配比，基于擊打頻率解析其對于水泥硬度和密度的作用，也由于擊打頻率更加頻繁，水泥硬度及密度也在不斷升高。其關(guān)鍵的原因在于擊打過于頻繁，有效擠壓了水泥自身的空隙，甚至保證水泥內(nèi)部沒有空隙，表現(xiàn)更高的密實(shí)度。
2、粗料級(jí)配對空置率的作用
考慮細(xì)料在滲水水泥的占比極低，因而也可以得出結(jié)論，滲水水泥的主要構(gòu)成為粗料，因而粗料的級(jí)配也會(huì)對水泥的空置率產(chǎn)生顯著的作用，因而探尋粗料的級(jí)配也是十分關(guān)鍵的。
3、水灰質(zhì)量比對透水混凝土強(qiáng)度及透水系數(shù)的影響
其實(shí)，不管是哪種種類的混凝土，影響混凝土性能最重要的因素始終是水灰質(zhì)量比，最根本的原因便是在透水混凝土中，水灰質(zhì)量不僅影響著其強(qiáng)度，同時(shí)對透水混凝土透水性也有著一定影響，因此，在透水混凝土制作過程中，有效選擇水灰質(zhì)量比是保證透水混凝土制作能否合格的主要因素。通常來說，水灰質(zhì)量比所采用基準(zhǔn)配合比一般是0.20，0.22，0.24，0.26，0.28，0.30。通過配合比可以發(fā)現(xiàn)，它們之間是呈一個(gè)遞進(jìn)關(guān)系的，換句話說，伴隨著水灰質(zhì)量比的不斷增加，透水混凝土的強(qiáng)度也必然會(huì)大幅度增強(qiáng)，最后呈現(xiàn)平緩狀態(tài)，而透水系數(shù)則會(huì)呈現(xiàn)出下降的趨勢。對于這一方面，國內(nèi)外的專業(yè)也有一定的研究，通過水灰質(zhì)量比增加透水混凝土強(qiáng)度，然后呈現(xiàn)出強(qiáng)度不增加或是降低的狀態(tài)，根據(jù)專家得出的結(jié)論，這種情況并不是偶然的實(shí)驗(yàn)失誤結(jié)果，有著重大的原因影響著整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
4、透水混凝土強(qiáng)度及透水系數(shù)綜合分析
通常來說，根據(jù)T．C．Hansen的孔隙率理論，混凝土的強(qiáng)度主要取決于孔隙率，孔隙率的計(jì)算方式是根據(jù)T．C．Hansen的孔隙率理論演變而來的：F/f0=1－S1－S2 (1)
其中，f為透水混凝土的強(qiáng)度，f0無孔隙水泥石的強(qiáng)度，用空置率帶入(1)得：f/f0=1－k1Vp1－k2Vp2 (2)
在粗集料的空置率處于較穩(wěn)定的情況時(shí)，水灰質(zhì)量比對透水混凝土強(qiáng)度的影響取決于公式(2)進(jìn)行計(jì)算，Vp1、Vp2的變化取決于影響的程度。當(dāng)水灰質(zhì)量比較小時(shí)，隨著水灰質(zhì)量比的增加，Vp2將增加，而Vp1將減小，由于存在著水泥水化的原因，有相當(dāng)一部分水將和水泥水化形成了固相而沒有全變成孔隙，因此Vp1減小的量要大于Vp2增加的量，Vp1的減少占主導(dǎo)，即公式(1)中S1+S2將減小，所以透水混凝土的強(qiáng)度f將隨著水灰質(zhì)量比的增加而增加，同時(shí)，水灰質(zhì)量比較小的試驗(yàn)結(jié)果也是類似。
與此同時(shí)，在水灰質(zhì)量比不斷上漲的情況下，Vp1、Vp2兩者的變化基本是一樣的，如果出現(xiàn)這種情況，那就表明透水混凝土的強(qiáng)度已經(jīng)夠了，可以不需要在強(qiáng)度方面下手了。
換句話說，此時(shí)的透水混凝土與已密實(shí)混凝土的強(qiáng)度基本處于同一水平了，在這種情況下，水灰質(zhì)量比得到最佳的質(zhì)量比。在公式(1)中，隨著水灰質(zhì)量比超過最佳值后，不停止進(jìn)行繼續(xù)增加，S1+S2也將同時(shí)增大。所以，透水混凝土的強(qiáng)度f將隨著水灰質(zhì)量比的增加而減小，符合水灰質(zhì)量比定規(guī)則。
三、結(jié)語
成型密實(shí)操作可以保證滲水水泥的硬度及密度得以上升，而且水泥的硬度及密度上升的規(guī)律往往與擊打的頻率存在顯著相關(guān)性。不過擊打次數(shù)高于18次，則滲水水泥的硬度及密度趨于穩(wěn)定。這也表現(xiàn)出滲水水泥的滲水參數(shù)與硬度存在沖突，即為反比關(guān)系，簡單而言，硬度增加，則滲水參數(shù)減小。因而在具體規(guī)劃流程中則需要優(yōu)先考慮滲水參數(shù)的最小化，方能保證硬度的最大化。