漿體流變性對透水混凝土力學性能的影響研究

劉冬寧

(河北瑞志交通技術咨詢有限公司 石家莊市 050091)

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，由鋼筋混凝土建筑而成的城市出現(xiàn)了如積水、內(nèi)澇等“城市病”，給人民生活和城市發(fā)展帶來嚴重的影響[1-2]。基于日益突出的城市發(fā)展問題，各地城市大力推進“海綿城市”建設理念，而透水混凝土是在符合當下環(huán)境的一種新型綠色建筑材料[3-5]。近年來，透水混凝土在城市停車場、人行道、輕載道路等市政工程中得到了較為廣泛的應用，其透水性能、力學性能等是透水混凝土使用過程中需重點考慮的幾項指標，考慮到水泥用量在透水混凝土的各類組成物料中占比較大，而如何科學設置水泥漿體的比例，改善水泥漿體性質(zhì)，對于提高透水混凝土的使用效果將會起到促進作用[6-8]。首先通過改變外摻劑摻量控制調(diào)整水泥漿體的流動度與塑性黏度，然后將其加入骨料、外摻劑及拌和水中制備成透水混凝土試件，分別對不同漿體流動度和塑性黏度制備而成的透水混凝土進行力學性能研究，以期為透水混凝土的設計及工程應用提供參考。

1 試驗設計

1.1 原材料

(1)水泥：選用P·O 42.5級普通硅酸鹽水泥，其基本性能指標如表1所示。

表1 P.O 42.5普通硅酸鹽水泥性能指標

(2)骨料：單粒級玄武巖碎石，粒徑范圍為4.75～9.5mm，壓碎值為10.5%。

(3)外摻劑：增黏劑選用某化工公司生產(chǎn)的HMC羥乙基纖維素；減水劑選用聚羧酸系高效減水劑，減水率為26.3%。

(4)水：市政自來水。

1.2 試驗配比

通過利用外摻劑控制調(diào)整水泥漿體的流動度與塑性黏度，其中A組的塑性黏度固定為0.9Pa·s，流動度分別調(diào)為100mm、125mm、150mm、175mm、200mm；B組的流動度固定為150mm，塑性黏度分別調(diào)為0.3Pa·s、0.6Pa·s、0.9Pa·s、1.2Pa·s、1.5Pa·s；將水泥漿體中加入骨料、外摻劑及拌和水等制備成透水混凝土，水灰比取0.28，水泥與骨料質(zhì)量比取0.25，即水泥用量和骨料用量分別固定為380kg·m-3、1520kg·m-3，透水混凝土的配合比設計具體如表2所示。

表2 透水混凝土及漿體配合比設計

1.3 試驗成型及方法

按照常規(guī)透水混凝土的拌和工藝制備試驗試件，首先根據(jù)透水混凝土的設計配比，將水泥、骨料倒入攪拌機中干拌1min，然后分別加入水、減水劑、增黏劑再次攪拌3min，將混凝土拌和物取出分3層裝入試件模型中，同時逐層進行插搗30次，再用鐵塊將各試件模型上方覆蓋壓住，最后將其分別置于振動臺上振動0.5min，以確保試件能夠成型密實。在透水混凝土力學性能測試中抗壓強度試驗試件尺寸為150mm×150mm×150mm，抗折強度試驗試件尺寸為150mm×150mm×600mm。試件成型后先置于溫度為20℃±2℃的室內(nèi)養(yǎng)護1d，再依次取出并拆除模具，最后放入濕度為97%、溫度為20℃的標準條件下養(yǎng)護待測。

2 試驗結果與分析

2.1 漿體流動度對透水混凝土抗壓強度的影響

通過對不同流動度漿體制備的透水混凝土進行抗壓強度測試，得到7d、28d齡期時的抗壓強度變化曲線如圖1所示。

圖1 漿體流動度-抗壓強度變化曲線

由圖1可知，不同漿體流動度的透水混凝土抗壓強度隨著齡期的增大逐漸增大；在漿體塑性黏度一定時，隨著漿體流動度的增大，7d、28d齡期時透水混凝土抗壓強度均呈先增大后減小的變化趨勢，其中當漿體流動度由100mm增至150mm時，透水混凝土的抗壓強度隨之逐漸增大，當流動度達150mm時，7d、28d透水混凝土的抗壓強度分別達到了最大值30.25MPa和33.71MPa，當流動度繼續(xù)增大，透水混凝土的抗壓強度則逐漸減小。原因是水泥漿體在流動度較小的情況下呈偏干狀態(tài)，黏結能力較低，無法均勻包裹于骨料外表，故抗壓強度偏低；隨著水泥漿體流動度的增加，其黏結能力逐漸增強，骨料能被均勻的包裹，從而提高了透水混凝土的抗壓強度；但當漿體流動度過大時，泥漿會在自重和振動的共同作用下沉至拌和物的中、下層，故透水混凝土抗壓強度隨之逐漸降低。

2.2 漿體流動度對透水混凝土抗折強度的影響

通過對不同流動度漿體制備的透水混凝土進行抗折強度測試，得到7d、28d齡期時的抗折強度變化曲線如圖2所示。

圖2 漿體流動度-抗折強度變化曲線

根據(jù)圖2可知，隨著齡期的增大，不同漿體流動度的透水混凝土抗折強度均逐漸增大；隨著漿體流動度的增大，透水混凝土的抗折強度也均呈先增大后減小的變化趨勢，其中當流動度為100mm時，7d、28d透水混凝土的抗折強度為2.11MPa和3.51MPa；當流動度為150mm時，7d、28d的抗折強度為3.12MPa和4.4MPa，分別較流動度100mm時增加了47.9%、25.4%；當流動度為200mm時，7d、28d的抗折強度2.13MPa和3.42MPa，較流動度150mm時減小了31.7%、22.3%。原因是，在適宜的流動度情況下漿體的黏結能力才能達到最佳狀態(tài)，且骨料包裹程度更為充分均勻，故混凝土的抗折強度增大。

2.3 漿體塑性黏度對透水混凝土抗壓強度的影響

通過對不同塑性黏度漿體制備的透水混凝土進行抗壓強度測試，得到7d、28d齡期時的抗壓強度變化曲線如圖3所示。

圖3 漿體塑性黏度-抗壓強度變化曲線

由圖3可知，不同漿體塑性黏度的透水混凝土抗壓強度隨著齡期的增大逐漸增大；在漿體流動度一定時，隨著漿體塑性黏度的增大，7d、28d齡期時透水混凝土抗壓強度均呈先增大后減小的變化趨勢，其中當塑性黏度由0.3Pa·s增至0.9Pa·s時，透水混凝土的抗壓強度隨之逐漸增大，當塑性黏度達到0.9Pa·s時，7d、28d抗壓強度均達到最大值，而當塑性黏度繼續(xù)增大，抗壓強度則逐漸減小，且在1.2～1.5Pa·s范圍內(nèi)抗壓強度減幅比較明顯。原因是在塑性黏度小時，水泥漿體的稠度與拉拔黏結強度均較低，無法穩(wěn)定地包裹于骨料表面，故抗壓強度較低；當塑性黏度在一定范圍內(nèi)增大，漿體的黏結黏附能力逐漸增強，故混凝土的抗壓強度也得到提高；當塑性黏度繼續(xù)增大后，水泥漿體過度黏稠，使得包裹的骨料呈松散干澀狀，故透水混凝土的抗壓強度降低。

2.4 漿體塑性黏度對透水混凝土抗折強度的影響

通過對不同塑性黏度漿體制備的透水混凝土進行抗折強度測試，得到7d、28d齡期時的抗折強度變化曲線如圖4所示。

圖4 漿體塑性黏度-抗折強度變化曲線

根據(jù)圖4可知，隨著齡期的增大，不同漿體塑性黏度的透水混凝土抗折強度都逐漸增大；隨著漿體塑性黏度的增大，各齡期時透水混凝土抗折強度均呈先增大后減小的變化趨勢，其中當塑性黏度為0.3Pa·s時，7d、28d透水混凝土的抗折強度為2.48MPa和3.74MPa；當塑性黏度為0.9Pa·s時，7d、28d的抗折強度為3.12MPa和4.4MPa，分別較塑性黏度0.3Pa·s時增加了25.8%、17.6%；當塑性黏度為1.50Pa·s時，7d、28d的抗折強度1.15MPa和2.13MPa，較塑性黏度0.9Pa·s時減小了63.1%、51.6%。原因是在適宜的塑性黏度情況下，漿體的稠度與拉拔黏結強度才能達到最佳狀態(tài)，使得骨料包裹程度更為充分均勻，因此透水混凝土的抗折強度增大。

3 結語

(1)隨著齡期的增大，不同漿體流動度或塑性黏度制備的透水混凝土抗壓強度、抗折強度均逐漸增大。

(2)隨著漿體流動度的增大，透水混凝土抗壓強度、抗折強度呈先增大后減小變化；隨著塑性黏度的增大，透水混凝土抗壓強度、抗折強度也呈先增大后減小變化。

(3)適宜的流動度或塑性黏度能夠使?jié){體的稠度與拉拔黏結強度達到最佳狀態(tài)，使其包裹于骨料表面更加充分均勻，從而增強透水混凝土的抗壓、抗折強度。