不同孔隙率透水混凝土抗凍性試驗研究

賈文文，顏廷聘，謝慧東

（山東華森建材集團有限公司，山東 濟南 250101）

0 前言

透水混凝土的應用越來越廣泛，應用中除卻抗壓強度和透水率等必備指標外，抗凍性對透水混凝土的影響也是至關重要的。由于透水混凝土路面水分不容易滯留，并且冬季落在上面的降雪比普通混凝土更容易融化，因此不容易遭受凍害。如果透水路面經使用后孔隙發生淤堵，則容易使水分滯留，容易發生凍害。諸多學者對透水混凝土配合比設計、透水性能影響因素及制備工藝做出大量研究[1-13]，但是對透水混凝土抗凍融性能的研究較少。本試驗主要研究不同設計孔隙率及可分散乳膠粉、硅粉等因素對透水混凝土抗凍融性能的研究。

1 試驗概況

1.1 試驗原料

（1）水泥：淄博市寶山 P·O42.5 水泥，物理性能如表 1 所示。

（2）骨料：5～10mm 碎石，物理性能見表 2。

（3）減水劑：天津飛龍聚羧酸高性能減水劑，摻量 2.5%。

（4）可分散乳膠粉：易來泰膠粉。

（5）硅粉：SiO2含量＞90%。物理性能見表 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 試驗方法

1.2.1 攪拌及成型方式

將可分散乳膠粉和硅粉加入水泥中，攪拌均勻，攪拌過程中采用二次投料方法，首先將骨料倒入攪拌機中，加入 1/3 的水攪拌 30s，然后加入水泥攪拌 30s，再加入外加劑和剩余水攪拌 5min 后出料。試塊成型方式按照 DB 11/T 775—2010《透水混凝土路面技術規程》分兩層裝入試模，第一層裝入 2/3 位置處，用搗棒均勻插搗 11 下，然后裝入第二層高出試模上表面 20mm，均勻插搗 11 下，再次往試模中填料至高出試模上表面10mm 處，將三組試模呈三角形擺放，上表面覆蓋覆膜膠合板，然后用附著式平板振動器振動 30s，刮平試模，覆膜養護 24 小時后拆模，拆模后放入養護室中養護，分別測量 28d 后抗壓強度和質量、凍融 25 個循環后抗壓強度和質量。

1.2.2 凍融試驗方法

在混凝土標準養護室中養護 28d 后，將一組試塊取出放置烘箱中干燥，烘箱溫度設置在 60℃，干燥后稱其質量到恒重，記錄其干燥質量為 M。然后將該組試塊放置溫度為 (20±10)℃ 水中浸泡 24h，取出后用擰干濕毛巾擦拭掉試塊表面水分，放入溫度為 -15℃ 抗凍試驗機中，降溫至 -15℃ 開始計時，冷凍 4h，后取出，放入 (20±2)℃ 水中浸泡 2h，此為一個循環。依次 25 個循環后，將試塊取出擦干表面水分，放入 60℃ 烘箱中烘干至恒重，記錄凍融后干燥質量為 M0。

凍融試驗后質量損失率按式 (1) 計算，結果計算精確至 0.1%。

式中：ΔM——凍融循環后的質量損失率，%；

M——標準養護下的質量平均值，g；

M0——凍融循環后的質量平均值，g。

將一直在混凝土標準養護室養護的試塊取出放置一段時間，用混凝土抗壓試驗機測試抗壓強度，紀錄為R；然后將凍融后試塊用混凝土抗壓試驗機測試抗壓強度，紀錄為 R0。

凍融試驗后抗壓強度損失率按式 (2) 計算，結果計算精確至 0.1%。

式中：

ΔR——凍融循環后的抗壓強度損失率，%；

R——標準養護下的抗壓強度平均值，g；

R0——凍融循環后的抗壓強度平均值，g。

1.2.3 試驗配合比

透水混凝土主要有膠凝材料、骨料、水及添加劑混合而成具有一定連通孔隙的混凝土。配合比計算公示如式 (3)。

其中：

mg、mc、mw、ma——分別為單位體積混凝土中粗骨料、水泥、水、外加劑用量，kg/m3；

ρg、ρc、ρw、ρa——分別為粗骨料、水泥、水、外加劑的表觀密度，kg/m3；

P——設計孔隙率，分別為 15%、18%、22%、25%。

mg取 0.95×粗骨料質量，0.95 為粗骨料修正系數，W/C 取 0.30。膠粉摻量為 2%，硅粉摻量為 6%。

1.2.4 混凝土工作性試驗方法

參照普通混凝土工作性的基礎上，將檢測筒放置在跳桌中心，透水混凝土拌合物分三次裝入檢測筒，每次裝入混凝土用搗棒由邊緣至中間均勻插搗 15 次，最后一次插搗完畢后，刮去多于透水混凝土，使混凝土拌合物與檢測筒持平。將檢測筒緩慢垂直提起，立刻開動跳桌，完成 25 次跳動，拌合物坍塌或下沉。用鋼尺測量檢測筒與坍落后混凝土拌合物最高點之間的高度差，即為透水混凝土振動坍落度；測量坍落后透水混凝土垂直方向擴展度最大值與最小值，其平均值即為透水混凝土振動擴展度。

2 試驗結果及分析

試驗配合比及結果見表 4 和表 5。

由表 5 試驗結果可以看出：

（1）設計孔隙率不同，透水混凝土 25 次凍融循環后抗壓強度損失率和質量損失率不同。設計孔隙率越大，抗壓強度損失率越大，質量損失率越大。

（2）摻加 2% 膠粉時，透水混凝土 28d 抗壓強度影響不大，25 次凍融循環后抗壓強度損失率和質量損失率較小，改善效果明顯；由于膠粉能增強膠凝材料的粘結力，使透水混凝土振動擴展度和坍落度改善效果明顯。

表4 試驗配合比

表5 試驗結果

（3）摻加 6% 硅粉后，增強了透水混凝土抗壓強度，減小了透水混凝土 25 次凍融循環后抗壓強度損失率和質量損失率；對透水混凝土振動擴展度和坍落度基本無影響。

（4）透水混凝土中膠凝材料單方用量超過 400kg后，25 個凍融循環后抗壓強度損失率減小至 1% 左右，質量損失率減小；由于膠凝材料過多，振動擴展度增大，振動坍落度基本不變。

3 結論

（1）透水混凝土設計孔隙率越小，透水混凝土28d 抗壓強度越大，經 25 次凍融循環后，抗壓強度損失率和質量損失率越小。

（2）透水混凝土中摻加膠粉時，增強了透水混凝土中材料之間的粘結力，抗壓強度損失率和質量損失率減小，有效增強了透水混凝土的抗凍性；同時改善了透水混凝土的工作性。

（3）透水混凝土摻加硅粉，能提高透水混凝土抗壓強度，同時可以降低 25 次凍融循環后抗壓強度損失率和質量損失率。