透水孔對(duì)混凝土透水磚性能影響研究

范宗青

青海省建筑建材科學(xué)研究院有限責(zé)任公司 青海 西寧 810008

引言

目前的普通混凝土透水磚制備中存在強(qiáng)度和透水性相互矛盾的問(wèn)題。本研究擬從透水磚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，在透水磚上預(yù)留透水孔，使透水磚通過(guò)預(yù)留的透水孔透水，從而制備出即能滿足強(qiáng)度要求，又能滿足透水性要求的新型混凝土透水磚。

1 原材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

①水泥選用祁連山水泥股份有限公司生產(chǎn)的52.5普通硅酸鹽水泥；②骨料：采用人工碎石，骨料粒徑選用5～20mm；③減水劑：采用聚羧酸高效減水劑；④粉煤灰：由華能熱電提供，一級(jí)；⑤硅灰：由青海藍(lán)天公司提供；⑥水：采用自來(lái)水[1]。

2 透水孔尺寸和位置設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)混凝結(jié)構(gòu)透水磚配合比的基礎(chǔ)上，同時(shí)對(duì)透水孔尺寸大小和透水孔位置進(jìn)行了不同的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)和制備了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的混凝土結(jié)構(gòu)透水磚，并對(duì)其抗壓強(qiáng)度、透水系數(shù)、抗凍性和耐磨性性能進(jìn)行了測(cè)試。

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)透水磚不同尺寸大小透水孔的制備及其性能研究

本研究中將混凝土結(jié)構(gòu)透水磚結(jié)構(gòu)以及透水孔形狀設(shè)計(jì)為圓臺(tái)型，圓臺(tái)型透水孔尺寸分為上截面直徑和下截面直徑，設(shè)計(jì)3組模具上截面直徑和下截面直徑分別依次增大（模具如圖1所示）。

圖1 不同透水孔尺寸大小的混凝土結(jié)構(gòu)透水磚制備模具

不同透水孔尺寸大小的透水磚抗壓強(qiáng)度、凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率和透水系數(shù)測(cè)試方法同上述的測(cè)試方法，其測(cè)試結(jié)果如下表1所示。

表1 不同透水孔尺寸大小的混凝土結(jié)構(gòu)透水磚性能測(cè)試結(jié)果

表1中可以看出，隨著透水孔尺寸的增大，透水磚凍融前后的抗壓強(qiáng)度值都減小，但透水系數(shù)隨著透水孔尺寸的增大而增大。圖2為凍融前后不同尺寸大小透水孔的透水磚抗壓強(qiáng)度柱狀圖，從圖中可以看出，凍融后透水磚的抗壓強(qiáng)度值相比凍融前的抗壓強(qiáng)度值有所降低，但降低值都較小，由此可以計(jì)算出抗壓強(qiáng)度損失率，從計(jì)算出的數(shù)據(jù)可知，經(jīng)25次凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率隨著透水孔尺寸增大而增大。

圖2 凍融前后混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚抗壓強(qiáng)度柱狀圖

2.2 不同透水孔位置的混凝土結(jié)構(gòu)透水磚的制備及其性能研究

研究將混凝土結(jié)構(gòu)透水磚的透水孔設(shè)計(jì)不同的位置，以保證透水孔數(shù)量和尺寸大小相同但布局不同，如圖3所示[2]。

圖3 不同透水孔位置的混凝土結(jié)構(gòu)透水磚制備模具

不同透水孔位置的混凝土結(jié)構(gòu)透水磚抗壓強(qiáng)度、凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率和透水系數(shù)測(cè)試方法同上述的測(cè)試方法，其測(cè)試結(jié)果如下表2所示。

表2 不同透水孔位置的混凝土結(jié)構(gòu)透水磚性能測(cè)試結(jié)果

從表2可以看出，由試模4和試模5制備的透水磚的抗壓強(qiáng)度和凍表融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率不同，這表明透水孔位置不同造成其性能抗壓強(qiáng)度和凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率也有所差異，造成這種差異的原因應(yīng)該是透水磚受力時(shí)所受應(yīng)力位置不同，導(dǎo)致其強(qiáng)度和接受抗壓破壞的能力不同。并且由試模4和試模5制備的透水磚的透水系數(shù)差異不大，這說(shuō)明當(dāng)透水孔的數(shù)量和尺寸大小一樣時(shí)，透水孔位置的布局對(duì)于透水系數(shù)性能影響不大。

2.3 混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚的制備及其性能研究

為了實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)透水磚透水速度快而又不易堵塞的目的，本研究在以上試驗(yàn)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚，即混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚分為上下兩層：下層結(jié)構(gòu)為上述帶圓臺(tái)型透水孔的混凝土結(jié)構(gòu)透水磚，其厚度為40mm，上層結(jié)構(gòu)為由混凝土孔隙透水的混凝土透水磚，其厚度為20mm。

在研究混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚性能時(shí)，下層結(jié)構(gòu)中圓臺(tái)型透水孔截面尺寸分別為試模1、2、3透水孔上截面和下截面的尺寸，但其高度減小為40mm（如圖4）。因此制備混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚時(shí)，也制備了三種不同透水孔尺寸大小的混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚。

圖4 不同透水孔尺寸大小的混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚制備模具

混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚抗壓強(qiáng)度、凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率和透水系數(shù)測(cè)試方法同上述的測(cè)試方法，其測(cè)試結(jié)果如下表3所示。鑒于對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)透水磚耐久性能考慮，對(duì)制備的混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚的耐磨性進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試方法依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T25993-2010 《透水路面磚和透水路面板》和GB/T《無(wú)機(jī)地面材料耐磨性能試驗(yàn)方法》的規(guī)定，其測(cè)試結(jié)果如表3所示。

從表3數(shù)據(jù)可以看出，混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚隨著下層結(jié)構(gòu)中透水孔尺寸的增大，混凝土結(jié)構(gòu)透水磚的凍融前后的抗壓強(qiáng)度值都減小，但透水系數(shù)隨著透水孔尺寸的增大而增大。不同試模制備的混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚的耐磨性能值相差不大，且都滿足透水路面磚耐磨性要求。這是因?yàn)槟湍バ阅茉囼?yàn)面是混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚的上層結(jié)構(gòu)，而混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚的上層結(jié)構(gòu)都是20mm厚的骨料間孔隙透水的混凝土透水磚，其制備時(shí)基本配比一樣，因此，不同試模制備的混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚的耐磨性能值相差不大。

表3 復(fù)合混凝土結(jié)構(gòu)透水磚性能測(cè)試結(jié)果

圖5中可以看出，凍融后混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚的抗壓強(qiáng)度值相比凍融前的抗壓強(qiáng)度值有所降低，由此可以計(jì)算出抗壓強(qiáng)度損失率，從計(jì)算出的數(shù)據(jù)可知，經(jīng)25次凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率隨著透水孔尺寸增大而增大[3]。

圖5 凍融前后混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚抗壓強(qiáng)度柱狀圖

3 結(jié)束語(yǔ)

①預(yù)留透水孔尺寸大小的改變會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)透水磚的性能，隨著透水孔尺寸的增大，混凝土結(jié)構(gòu)透水磚的凍融前后的抗壓強(qiáng)度值都減小，但透水系數(shù)隨著透水孔尺寸的增大而增大；②預(yù)留透水孔位置的改變會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)透水磚的性能，不同預(yù)留透水孔位置會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)透水磚受力時(shí)應(yīng)力位置不同；④混凝土復(fù)合結(jié)構(gòu)透水磚中預(yù)留的透水孔結(jié)構(gòu)，不僅能有效解決普通混凝土透水磚強(qiáng)度和透水系數(shù)相互矛盾的問(wèn)題，而且上層骨料間孔隙透水的結(jié)構(gòu)能有效解決混凝土結(jié)構(gòu)透水磚耐磨性和易堵塞問(wèn)題。