罐車運輸型預拌透水混凝土關鍵技術的研究

江曉君，王 瑋，謝國棟

(四川華西綠舍建材有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

“海綿城市”是“十三五”規劃中新型城鎮化發展的重要方向。自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”的建設將能有效解決一些城市的內澇問題、水資源短缺問題,有利于改善城市生態環境,增加社會效益,是新型城鎮化建設的迫切需求。

透水混凝土(Pervious Concrete)是由特定級配的骨料、水泥、水、外加劑和摻合料等按特定比例經特殊工藝制成的具有連續孔隙的多孔混凝土。其表觀密度一般為1 600～2 100 kg/m3，28 d抗壓強度10～40 MPa，抗折強度2～7 MPa，透水系數1～20mm/s，有效目標孔隙率為18%～22%。與普通混凝土相比，透水混凝土具有良好的透水透氣性、高效的蓄水能力以及良好的裝飾性，是“海綿城市”建設中值得推廣的一種新型材料。

預拌透水混凝土廣泛使用的一個瓶頸是解決預拌透水混凝土攪拌車罐車運輸問題，擴大市場半徑。目前透水混凝土運輸多半是使用翻斗車或者在工地現拌這兩種方式，且運輸時間一般控制在30 min以內的短距離施工。這兩種方式嚴重影響了透水混凝土的應用。透水混凝土與普通混凝土不同，其粘聚性大、流動性小、硬化快；攪拌均勻的透水混凝土裝入罐車時由于其黏度大，流動性差等特點容易導致堵塞入料口等情況，如果增加透水混凝土的水灰比使其流動性變大，使混凝土易于裝入混凝土罐車，會造成透水混凝土掛漿能力不足導致封底，堵孔等現象。

本研究將通過對罐車運輸型預拌透水混凝土工作性能評價關鍵技術進行研究，提出了新的工作性能評價標準。同時，根據目前罐車運輸型預拌透水混凝土遇到的入罐難等難題，開發了預拌透水混凝土專用外加劑，并討論了各因素對預拌透水混凝土的影響。在生產控制階段，對于關鍵節點提出了控制要求。

1 罐車運輸型預拌透水混凝土工作性能評價關鍵技術的研究

罐車運輸型預拌透水混凝土的工作性能與普通透水混凝土區別很大。由于混凝土攪拌罐車的下料口為漏斗型，普通混凝土呈流態化，能輕松依靠自身重力作用進入攪拌罐車，而傳統透水混凝土的控制標準為：一般在實際工程中拌合物以手攥成團為度，坍落度在50 mm內，在這種狀態下的透水混凝土黏度大且無流動度，在從主機放入罐車時會造成漏斗處混凝土堆積無法順利進入罐車內部。所以需要開發一種專門用于罐車運輸型預拌透水混凝土專用外加劑，提高透水混凝土的工作性能，但是在透水混凝土施工過程時候漿體又能包裹于骨料表面，而不會導致底部出現孔封閉的現象。所以需要重新探索一種適合罐車運輸型預拌透水混凝土的工作性能評價標準。

綜合考察現有試驗設備，充分考慮了試驗的可操作性及試驗設備的通用性等因數，本項目創新性提出用坍落度桶倒坍時間來對罐車運輸型預拌透水混凝土的工作性能進行部分評價。倒坍試驗具體操作為：首先將坍落度桶倒置放于平地，由試驗人員用雙手壓緊，另一名操作人員將新拌透水混凝土裝入倒置的坍落度桶內，裝滿后用抹刀平整，由操作人員將倒置的坍落度桶迅速提離地面約20 cm處，并用秒表記錄下混凝土排空的時間s。

為了準確評價罐車運輸型透水混凝土的工作性能，本項目對于該透水混凝土的出機狀態、坍落度、倒坍時間與透水混凝土從主機放入罐車漏斗狀態進行研究，試驗結果見表1。

表1 不同工作狀態下透水混凝土進入罐車能力對比

從試驗結果可知，隨著坍落度增加，透水混凝土的入罐車能力增加，但是坍落度增長能力有限，當透水混凝土達到200 mm以后，透水混混凝土容易出現成型試塊堵孔的現象，所以必須綜合考察倒坍時間數據來進行判斷，如果倒坍時間小于4 s則透水混混凝土雖然能入罐車但是會出現混凝土掛漿能力不足，從而造成透水混凝土底部堵孔的現象。所以把罐車運輸型預拌透水混凝土工作性能評價標準定為：坍落度控制在170～200 mm，且倒坍時間控制在4～7 s；罐車運輸型預拌透水混凝土出機狀態為：漿體包裹骨料，不流漿，用手握時顆粒之間不粘結。如圖1～4所示。

圖1 預拌透水混凝土坍落度狀態

圖2 普通透水混凝土坍落度狀態

圖3 預拌透水混凝土手握狀態

圖4 預拌透水混凝土倒筒測試

2 預拌透水混凝土專用外加劑關鍵技術的研究

2.1 預拌透水混凝土專用外加劑設計思路

攪拌罐車運輸型預拌透水混凝土存在幾個方面的難點，普通透水混凝土為干硬性混凝土，黏度大，幾乎沒有流動性，很難放入攪拌罐車，如果可以放大流動度會造成骨料掛漿能力不足，造成透水混凝土底部漿體聚集，造成堵孔的現象。本研究設計了一種新型預拌透水混凝土專用外加劑，其主要構成為減水劑+膠粉+增稠劑+緩凝劑+憎水劑，其每種成分的設計目的如下。

1)減水劑。由于透水混凝土的強度主要是由膠結在骨料顆粒表面的水化膠凝材料的強度來提供的，所以需要通過低的水膠比來提高漿體的強度，從而保證透水混凝土的強度。聚羧酸減水劑有良好的減水效果，能使透水混凝土在低水膠比下保持工作性能。

2)緩凝劑。緩凝劑的添加有助于緩解膠凝材料的水化進程，使透水混凝土有一定的坍落度保持能力，從而確保透水混凝土能夠較長時間運輸，解決目前混凝土運輸半徑較小的缺陷。

3)增稠劑。增稠劑作用在于適當增加漿體的粘聚性，使得漿體均勻分散并粘附于骨料表面，避免漿體的流動性過大或過小，降低透水混凝土的性能。

4)憎水劑。憎水劑為憎水性表面活性劑，對混凝土拌合物有潤滑、分散、減水、引氣作用，能在初期改善透水混凝土拌合物的和易性，使新透水混凝土擁有良好的坍落度，使混凝土能順利通過漏斗形狀的混凝土罐車的入口，順利進入罐車內部。隨著反應的進行，憎水劑中的羧酸基(-COOH或-C00R)與水泥漿中的氫氧化鈣反應，形成不溶性鈣皂的溥膜的絡合吸附層，長鏈的烷基在水泥表面形成憎水層。憎水劑的加入還使得硬化的透水混凝土的透水能力增加，這是由于憎水劑的加入使得透水混凝土骨料砂漿表面形成憎水層，其表面與水的接觸增加，使得透水混凝土內部有效的透水孔洞增多，從而能增加透水混凝土的透水能力。

5)膠粉。膠粉的加入在初期階段在攪拌后均勻的分散到新拌混凝土內部，可再分散乳膠粉顆粒的“潤滑作用”使得透水混凝土的初期能夠有良好的工作性能，在多種外加劑協同作用下使得透水混凝土在初期具有很好的流動性，能夠順利放入攪拌罐車內。隨著透水混凝土中的膠凝材料的不斷水化，乳膠顆粒逐漸團聚成膜，增加了骨料之間的粘結力，使得透水混凝土在較高流動度進入罐車后，在一定時間過后卸料出來時候能夠有良好的粘聚性，不出現堵孔，封底等現象。并且乳膠粉在砂漿表面形成了膜也提高了混凝土的憎水性，降低了吸水率，提高了透水混凝土的透水能力。

2.2 預拌透水混凝土專用外加劑配合比對于預拌透水混凝土性能的影響

由于減水劑均使用液態聚羧酸減水劑，與普通混凝土外加劑基本相同，其他為粉劑，所以將其他組分外加劑按比例混合，組成了預拌透水混凝土專用外加劑。下面討論不同外加劑配合比對透水混凝土的影響。其具體配合比見表2。

表2 預拌透水混凝土專用外加劑配合比對于混凝土性能的影響

由試驗結果可知，隨著膠粉摻量的增加，透水混凝土黏度降低，表現為坍落度增加且倒坍時間縮短，總的來說，膠粉的加入對于透水混凝土的工作性能改善明顯，但是從強度數據可知，隨著膠粉的加入透水混凝土強度先增加后降低，其峰值出現在膠粉摻量為0.5%時。這是由于少量膠粉加入，膠粉乳化后與水泥水化產物共同形成具有強度的估價，使得透水混凝土顆粒之間粘結強度增加，從而提高了透水混凝土的強度，但是隨著膠粉摻量增加，過多的乳膠膜使得硬化水泥漿體柔性過大，從而使得強度降低，綜合成本及透水混凝土性能等方面考慮，乳膠粉摻量控制為0.5%。不同膠粉摻量對于透水混凝的抗壓強度影響見圖5。

圖5 不同膠粉摻量對于透水混凝土抗壓強度影響

通過對于不同防水劑摻量下預拌透水混凝土性能的研究可知，少量的防水劑能夠改善透水混凝土的工作性能，表現為坍落度增加，且倒坍時間減少，利于透水混凝土進入罐車，當摻量大于1%后，由于需水量增加，使得透水混凝土工作性能及強度均有所下降。

綜合來說，通過各組分的協同配合，使得專用外加劑能夠使新拌透水混凝土能夠呈現料漿能夠包裹在骨料顆粒表面不流淌，能夠有足夠的流動性能夠滿足透水混凝土進入罐車的要求。且在研究中還發現，改配方下的專用外加劑能在30 min后小幅度降低透水混凝土的流動性及增加混凝土的粘聚性，這樣就能保證罐車內的透水混凝土在運送到工地施工時粘聚性良好，不會出現封底的質量問題。不同防水劑摻量對于預拌透水混凝土抗壓強度影響見圖6。

圖6 不同防水劑摻量對于預拌透水混凝土抗壓強度影響

3 預拌透水混凝土生產控制關鍵技術

3.1 預拌透水混凝土配合比設計

預拌透水混凝土配合比設計與普通透水混凝土配合比設計相同，主要根據設計要求，參照《透水水泥混凝土路面技術規程》(CJJ/T 135-2009)來進行透水混凝土配合比設計。

3.2 投料順序

先放入骨料及70%水攪拌15 s，再放入水泥、硅灰及透水專用外加劑和減水型外加劑及剩余水，攪拌90 s出料。透水混凝土的用水量必須嚴格控制，合適的用水量攪拌出的混凝土表面能裹漿，但是不流漿。

3.3 拌合物的性能

透水混凝土拌合物性能必須滿足如下要求：漿體包裹骨料、不流漿，用手握時顆粒之間不粘結，初機坍落度180～200 mm。

3.4 下料速度控制

新拌透水混凝土由于其特殊性，所以較普通混凝土流動性能差，所以在攪拌完成后進入主機時應采取點動方式，控制好下料速度，保證透水混凝土的落下罐車漏斗的速度與主機出料速度相匹配，避免出現混凝土悶出現象。

3.5 運 輸

運輸系統應設計較為科學的行車路線，組織充足的運輸車輛，以保證透水混凝土澆筑的順利進行，每車運距控制在30～120min。經研究發現，透水混凝土由于為干硬性混凝土，所以罐車運輸轉動過程中阻力很大，所以透水混凝土每車最大裝載方量應為每車額定裝載量的70%，每車約5～7 m3為宜。當產品運抵工地后應快速攪拌3 min后再進行出料。

4 工程應用

該技術已成功應用于成都市中和街道道排工程、成都市天府新區道路改造等工程。其中成都市中和街道道排工程中透水混凝土設計強度為25 MPa，透水系數≥8 mm/s。本工程實際生產中運輸距離為1.5 h，溫度為30℃，全程采用混凝土攪拌罐車運輸。根據工程要求及運輸實際，本項目在配制透水混凝土專用外加劑時適當提高了緩凝組分的量，并且在出機坍落度適當增加，控制為(200±10)mm，倒筒時間控制為(5±1)s。出罐車時坍落度測試為(170±10)mm，坍落度為(8+1)s。最終透水混凝土強度為26.5 MPa，透水系數為8.3 mm/s。圖7為工程中罐車卸料情況；圖8為透水混凝土澆筑完成后情況。

圖7 工程中罐車卸料情況

圖8 透水混凝土澆筑完成后情況

5 結 論

1)罐車運輸型預拌透水混凝土工作性能評價標準定為：坍落度控制在170～200 mm，且倒坍時間控制在4～7 s；罐車運輸型預拌透水混凝土出機狀態為：漿體包裹骨料、不流漿，用手握時顆粒之間不粘結。

2)罐車運輸型預拌透水混凝土專用外加劑主要構成為減水劑+膠粉+增稠劑+緩凝劑+憎水劑，該外加劑加入能解決透水混凝土罐車運輸問題。

3)生產控制階段關鍵點為透水混凝土投料攪拌順序及時間點控制、透水混凝土工作性能的控制、下料過程的速度控制及運輸過程中裝載量及運輸時間的控制。在做好以上控制的條件下，罐車運輸型透水混凝土生產可以規模化。

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