透水混凝土用增強劑的研發

蘇偉東

（科之杰新材料集團福建有限公司）

0 引言

透水混凝土又稱多孔混凝土，是具有透水作用的功能型混凝土[1]。多孔透水混凝土的主要性能指標是空隙率、透水系數與抗壓強度，許多因素會影響多孔透水混凝土的這些性能，且這些因素的影響相互關聯、相互制約[2]。目前透水混凝土在人行橫道、公園廣場、停車場等場合已經得到了普遍的應用，但透水混凝土的多孔性結構使其強度普遍偏低，耐久性較差，所以推廣應用受到了限制，因此高強度透水混凝土的制備研究是目前研究的熱點。透水混凝土在生產運輸和澆筑成型過程中將不可避免地遭遇顛簸、振動等影響，易出現漿體下沉、無法包裹骨料等現象，導致透水混凝土無法滿足應用要求[3]；透水混凝土通過骨料間點接觸形成骨架傳遞荷載，水泥漿薄膜包裹骨料表面膠結成型，因此透水混凝土的強度偏低，一般在15～30MPa 范圍圈，實際工程應用工程應用中往往更低。本文研究從增強劑的角度出發，配制優質的增強劑，配制出抗壓強度不低于C35 的透水混凝土，用于改善透水混凝土的工作及強度不足的問題。

1 原材料與實驗依據

1.1 原材料

⑴閩福42.5 水泥（代號C1）：細度11.6%，凝結時間為初凝185min、終凝240min，水泥抗壓強度為28 天51.8MPa。

⑵碎石：本文采用某石廠5mm～10mm 花崗巖碎石（代號G），緊密堆積密度1530kg/m3。

⑶砂：采用機制砂作為透水混凝土的細集料（代號S），細度3.0，堆積密度1520kg/m3，含泥量：3.8%。

⑷礦粉：采用三鋼S95 級礦粉（代號K），密度2.9g/cm3，比表面積420m2/kg，燒失量0.9%；活性指數97%。

⑸水：自來水。

⑹增強劑：

①佳境大棕獅新材料有限公司PRC 生態混凝土增強劑；

②海綿城市透水工程材料SR-6 增強劑及SR-02 增強劑；

③綠境生態股份有限公司GX-6 增強劑；

④某公司透水增強劑，代號為GZ；

⑤自制透水增強劑，代號為ZQ。

1.2 實驗依據

抗壓強度測試實驗，按照GB/T 50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》。

新拌混凝土實驗，按照GB/T 50080－2016《混凝土拌合物性能試驗方法標準》。

透水混凝土應用技術規程：其中判斷初期和易性依據為手攥成團（拌合物應具有良好的粘聚性和包裹性，漿體能均勻包裹集料表面、但不流掛，手攥成團），手攥成團的標準：由于每個人的手掌大小不一，等拌合物出鍋后經人工來回手拌均勻后，一般每次手抓3 把，雙手捏住拌合物5 下左右至拌合物手捏成團，如果手攥成團且有漿體均勻包裹集料表面則表示這個和易性良好，如果手攥不成團、拌合物暗淡無光澤且呈現料散的狀態則表示這個和易性差(判斷手攥成團操作需同一個人測試），如圖1、圖2 所示。

圖1

透水混凝土透水率實驗方法按照DB3502/Z 5006－2015《透水水泥混凝土應用技術規范》。

2 實驗結果與分析

2.1 C35 配合比的選取

目前透水混凝土普遍應用在人行橫道、景觀路面、停車場等場合，且透水混凝土的多孔性結構使其強度普遍偏低，一般設計標號等級在C15～C20 之間，所以需先設計一個C35 基礎配合比（控制水膠比相同），使用某公司增強劑GZ；具體見表1。

表1 C35 透水混凝土配合比

其中：由于透水混凝土屬于干硬性混凝土，坍落度普遍偏下甚至幾乎為0，因此其工作性能優劣主要在于其骨料表面漿體的工作狀態。在無法定量評價透水混凝土工作性能的條件下，通過對其漿體的飽滿程度的測試，手攥成團為判定透水混凝土的工作性。配合比中保持增強劑用量一樣的前提下，通過控制用水量使其透水混凝土初始手攥成團，觀察其后期抗壓強度。見表2。

表2 透水混凝土抗壓強度與透水性能測試結果

實驗小結：通過上述實驗得出，在等初始和易性狀態的前提下，隨著漿體用量的增加，透水混凝土的強度逐漸提高，膠材用量430～550kg/m3范圍內，每增加40kg/m 膠材用量，透水混凝土強度幾乎可以提高一個強度等級；且透水率及抗壓強度均可滿足實驗C35 的要求

2.2 增強劑的篩選

選取C35 透水混凝土配合比4，在保證透水混凝土拌合物和易性（發亮、手攥成團）相近的前提下，分別對不同增強劑抗壓強度的篩選，選取抗壓強度最好的增強劑。性能試驗如表3。

表3 不同增強劑的性能實驗

實驗小結：在拌合物初始和易性相近的前提下（發亮、手攥成團），ZQ 的抗壓強度為36.8MPa，明顯比其它幾個增強劑至少高1 個強度等級以上，其后是GZ 的抗壓強度為32.2MPa，而PRC 和SR-6 雖然透水率高，可是28 天抗壓強度明顯低很多。因為增強劑對抗壓強度的提升作用越明顯，透水混凝土的透水系數越低，現上述看似“矛盾”的原因在于一方面增強劑促進了新拌透水混凝土的粘聚性，能夠保證漿體包裹骨料的均勻性；另一方面增強劑中的增強組分促進了漿體的密實，減少了骨料間缺陷，混凝土強度隨之提高。

2.3 細集料對透水混凝土強度的試驗分析

透水混凝土雖然采用最佳級配的粗集料，還是存在比較大的空隙率，如果可以在保證其具有良好的透水能力的前提之下盡量的填充剩余的空隙，就會使得透水混凝土變得更為密實，獲得更大的強度。對于混凝土強度提升的方法比較多，一般使用的為硅灰可以起到良好的作用，增強過渡區域的作用。但是因為硅灰的價格比較高，不適合大規模的使用，為此本文提出摻入比較經濟并可靠的砂用來改善透水混凝土的強度。配合比如表4。

其中配合比砂率分別為0、5%、10%以及15%，通過調整增強劑用量使透水混凝土拌合物初期和易性相近（手攥成團），觀察其后期抗壓強度。性能試驗如表5。

實驗小結：伴隨著砂率的提升，透水混凝土的抗壓強度也隨著變大，這是因為細集料的存在，增大了促進之間的接觸點數目，同時包裹在記錄外面的水泥砂漿的厚度也是在明顯的提升，增加了集料之間的粘結能力，內部更為密實，使得透水混凝土的強度大幅度提升，所以加入適量的細集料對于透水混凝土強度是有利的，但是不能增加過多，否則就會導致透水混凝土變得密實，失去其透水功能，其中以5%為最佳。

表4 透水混凝土配合比

表5 不同砂率性能實驗

3 結論

⑴透水混凝土摻入不同增強劑后抗壓強度明顯提高，而自制增強劑比其它幾個增強劑至少高1 個強度等級以上，且透水率和抗壓強度均滿足本文C35 的要求。

⑵透水混凝土隨著漿體用量的增加，透水混凝土的強度逐漸提高，膠材用量在430～550kg/m3范圍內，每增加40kg/m 膠材用量，，透水混凝土強度幾乎可以提高一個強度等級。

⑶透水混凝土的強度伴隨著砂率的增加而增加，在砂率為5%最佳，強度既能滿足C35，同時還可以保證透水系數于0.5～5mm/s 之內。砂率為10%以上雖然強度高可是透水率降低很多，透水混凝土的透水系數與強度存在著矛盾,強度增大, 則透水系數降低。