孔隙率對多孔混凝土強度影響的試驗研究

孫艷紅

本文研究的多孔混凝土是以水泥、水、減水劑和改性劑共同為結合料,摻入到符合級配要求的集料中,經拌和得到的混合料,再經過成型和養護后,形成符合多孔混凝土基層瀝青路面各項性能指標要求的一種新型基層材料。與普通密級配混凝土不同,多孔混凝土混合料在集料的粒徑、水泥含量和水灰比等方面有著一些專門和特殊的要求,為保證透水性就必須具有一定的孔隙率,以實現多孔混凝土多孔且連通的特點,同時又必須保證作為路面結構組成部分能承受的荷載作用,因此多孔混凝土配合比設計研究在整個道路透水基層研究中占有非常重要的地位,需要綜合各(多)方面因素進行多孔混凝土的配合比設計,多孔混凝土基層材料設計必須同時滿足排水和強度兩方面的性能要求,本文主要研究孔隙率和級配對多孔混凝土強度的影響。

多孔混凝土屬于骨架空隙結構,細觀上可看作一個個水泥膠漿包裹著的集料顆粒相互膠結形成。這種顆粒之間存在著一定的彈性空間,從而使孔隙率的調節可以實現,通過室內試驗時模具體積內的填料量可進行控制調節。

結合本文研究內容,試驗設計時,選定水灰比為0.35,不摻入改性劑,選用級配1(粒徑4.75 mm～9.5 mm的集料)和級配2(粒徑9.5 mm～19 mm的集料)分不同的孔隙率水平和組合級配相同孔隙率水平7 d,28 d的抗壓、抗彎拉強度進行統計分析強度統計值見表1,表2。

表1 級配1不同孔隙率所對應的強度 MPa

表2 級配2不同孔隙率所對應的強度 MPa

由表1和表2可知,多孔混凝土的抗壓強度和抗彎拉強度隨著孔隙率的增大而減小,為更直觀的進行分析,繪制級配1和級配2條件下孔隙率與強度的關系圖見圖1,圖2,級配1和級配2在不同孔隙率、不同齡期下抗壓強度和抗彎拉強度關系如圖3,圖4所示。

由圖3,圖4可知,對于同一集料粒徑,孔隙率與強度是此消彼長的關系,隨著孔隙率的增大,多孔混凝土的抗壓強度和抗彎拉強度都明顯的下降。這是由于孔隙的存在,減小了多孔混凝土承受荷載和抵抗變形的有效斷面面積。

單一級配相同孔隙率時,在較低水平孔隙率條件下,粒徑小的集料級配抗壓強度高于粒徑大的集料級配;在較高水平孔隙率條件下,粒徑小的集料級配抗壓強度低于粒徑大的集料級配。對于多孔混凝土,不同級配時水泥與集料的膠結面積會不一樣,通過這些互相搭接的接觸點傳遞力的作用不同;同時不同級配時石料之間的嵌擠能力也不同。在較低水平孔隙率時,粒徑小的集料級配膠結面積大的效果更加明顯;在較高水平孔隙率時,粒徑大的集料級配嵌擠能力強的效果更加明顯。所有水平相同孔隙率條件下,粒徑小的集料級配抗彎拉強度都要高于粒徑大的集料級配,這是因為在其他條件相同的情況下,試塊的抗彎拉強度主要受膠結面積的影響。

本文研究采用的集料級配的有效孔隙率ne均大于臨界孔隙率20%,可以滿足道路基層對多孔混凝土排水性能的要求。因此在滿足排水的前提下盡可能的采用小孔隙率,以獲得較大的抗壓強度和抗彎拉強度。

[1]鄭木蓮.多孔混凝土排水基層研究[D].西安:長安大學博士論文,2004.

[2]王永福,李彩云.無砂多孔混凝土做承重透水層的施工技術[J].施工技術,2002(4):12-13.

[3]徐定華,徐 敏.混凝土材料科學概論[M].北京:中國標準出版社,2002.

[4]霍 亮.透水性混凝土路面材料的制備及性能研究[D].南京:東南大學碩士論文,2005.