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  • 一種內疏水型透水混凝土的研制

    透水地坪罩面劑,雙丙聚氨酯密封劑首選邦偉建材BW303,耐黃變性能好,使用進口固化劑。


    【作者機構】 北華大學汽車與建筑工程學院
    【來    源】 《北華大學學報(自然科學版)》 2017年第4期P533-537頁
    【分 類 號】 TU528
    【分類導航】 工業技術->建筑科學->建筑材料->非金屬材料->混凝土及混凝土制品
    【關 鍵 字】 內疏水透水混凝土  正交試驗  抗壓強度  透水系數

    【摘    要】 將疏水劑引入透水混凝土中,研制一種內疏水型透水混凝土.采用正交試驗,以28 d抗壓強度和透水系數為試驗指標,研究孔隙率、水灰比、疏水劑種類3個因素及不同水平對內疏水型透水混凝土性能的影響;通過極差分析及綜合平衡法,分析各因素影響的主次關系,得出最優方案為孔隙率20%,水灰比0.28,荷葉疏水劑;通過對比試驗可知,在最優方案下,摻入4%疏水劑較不摻入疏水劑混凝土強度提高28.9%.

    隨著城市化進程的加快,大面積不透水性材料被應用于城市建設中,給生態環境造成了嚴重危害[1].如熱島效應、城市內澇、地下水資源短缺、地面沉降和地表徑流污染等等.透水混凝土是一種生態型環?;炷?,能有效緩解傳統不透水性材料鋪裝給環境造成的不良影響.玉井元治[2]將高分子樹脂和微細骨料摻入膠凝材料中,使透水混凝土的強度得到明顯提高;T Y Lo等[3]利用掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線分析系統,研究了輕骨料在透水混凝土中的應用.在我國,透水混凝土的研究和應用起步較晚.陳瑜等[4]采用正交試驗方法,優化了透水混凝土的配合比設計;鄭木蓮等[5]提出以骨料粒徑和均勻系數作為描述級配的控制指標,以水泥用量、水灰比和骨料級配為因素,采用正交試驗得出了透水混凝土配合比的經驗公式.

    總體來看,國內外關于透水混凝土的研究主要集中在配合比和骨料級配的優化方面,而對在膠凝材料中添加改性助劑的研究很少[6-15].目前,還沒有將疏水劑應用于透水混凝土的研究.摻入疏水劑是為了改變膠結層表面結構,使混凝土內部孔道具有疏水結構.理論上,內疏水透水混凝土具有以下優點:1)進入混凝土內部的水能夠順利排出,提高透水性能;2)防止雨水長期存積于透水混凝土內部而發生侵蝕破壞和凍融破壞,提高透水混凝土的耐久性能;3)結構層表面爽滑,具有一定的自潔、抗污性能,可在一定程度上防止透水孔隙堵塞,提高透水持久性;4)可以提高結構層黏結強度,提高強度.

    1 試驗材料與試驗過程

    1.1 試驗材料

    1)水泥:吉林市聯大水泥廠生產的42.5級硅酸鹽水泥;2)粗集料:吉林市市政采石場生產的玄武巖碎石,通過實驗室震擊式標準振擺儀對碎石進行篩分,人工清洗.技術指標見表1;3)疏水劑:選用3種不同類型的疏水劑,見表2;4)水:普通自來水;5)減水劑:哈爾濱興順建筑外加劑有限公司的XSM聚羧酸高效減水劑.

    表1 粗骨料基本物理性能

    Tab.1 Basic physical properties of coarse aggregate

    表2 疏水劑種類

    Tab.2 Species of hydrophobic agent

    1.2 試件制作與性能測試

    根據體積法計算材料配合比.采用水泥裹石法人工拌和混合料3 min,測試工作性能,分3層裝入100 mm×100 mm×100 mm立方體試模,每層均勻插搗25次.混凝土硬化后脫模,放入恒溫恒濕養護箱中,在溫度(20±2)℃,相對濕度95%條件下養護28 d.根據國家建筑材料行業標準CJJ/T135—2009《透水混凝土路面技術規程》測試透水性和抗壓強度,所用透水儀依據上述標準自行設計制作.裝置和自制的透水儀見圖1、圖2.

    圖1 透水系數試驗裝置
    Fig.1 Test unit of permeability coefficient

    圖2 自制透水儀
    Fig.2 Homemade permeable instrument

    2 試驗設計與試驗結果

    本次試驗分為兩部分:第1部分通過正交試驗確定內疏水透水混凝土配合比最優方案;第2部分對比按最優方案制作的內疏水型透水混凝土與普通透水混凝土的性能.

    正交試驗設計為3因素3水平,試驗指標為28 d抗壓強度和透水系數.在正交試驗前先對3種因素進行交互作用試驗,結果表明,3種因素沒有交互作用,故本次正交試驗不考慮交互作用.選用正交表L9(34)安排試驗,因素C(疏水劑種類)各水平的摻量均為4%(依據產品使用說明選取).因素水平、試驗方案及結果見表3、表4.采用最優方案,摻入疏水劑進行對比試驗.

    表3 因素水平

    Tab.3 The factor and level

    表4 試驗方案及結果

    Tab.4 Test scheme and result

    3 試驗結果分析

    由于本試驗為兩個試驗指標的正交試驗,因此采用綜合平衡法分析試驗結果.對試驗結果進行極差分析,得出因素的主次和最優方案,見表5,各因素與各指標的趨勢見圖5、圖6.

    表5 試驗結果分析

    Tab.5 Test result analysis

    3.1 最優方案確定

    由表5可見:對于抗壓強度和透水系數兩個指標而言,3種因素的極差均是RA>RB>RC,所以各因素對兩個指標影響的主次順序為A(設計孔隙率) >B(水灰比)>C(疏水劑種類).3種因素的不同水平對兩個試驗指標的影響不同,因此對于不同試驗指標存在不同的優方案.抗壓強度指標的優方案為A1B2C3,透水系數指標的優方案為A3B1C3.因此,需要通過綜合平衡法得出綜合的優方案.

    因素A:對于兩個試驗指標,A(設計孔隙率)都是最主要的因素.由圖3、圖4可見,隨著孔隙率的增加,抗壓強度減小,透水系數增大.對抗壓強度指標取A1好,對于透水系數指標取A3好.在使用混凝土材料時,首先要考慮強度必須要滿足一定使用要求,再考慮其功能性.由表5可見,選擇A1,強度雖然較高,但是透水系數過??;選擇A2,強度相對降低不是很明顯,但是卻能保持較高的透水系數.因此,綜合考慮兩種指標,選取A2.

    因素B:對于兩個試驗指標,因素B(水灰比)都是相對于A的次要因素.由圖3、圖4可見,隨著水灰比的增大,抗壓強度先增大后減小,而透水系數一直減小.對于抗壓強度指標取B2好,對于透水系數指標取B1好.由表5可見,B2B1相比,強度較高,且透水系數相差不大,能保證良好的透水性能.因此,綜合考慮兩個指標,選取B2.

    因素C:對于兩個試驗指標,因素C(疏水劑種類)都是影響程度最小的因素.由圖3、圖4可見,3種類型的疏水劑對強度和透水系數的影響相差不大,對于抗壓強度指標和透水系數指標都是取C3更好.

    通過以上綜合平衡法確定的最優方案為A2B2C3,即設計孔隙率取20%,水灰比取0.28,疏水劑種類選擇AD3105荷葉疏水劑.

    圖3 各因素與強度關系
    Fig.3 Relationship between factors and strength

    圖4 各因素與透水系數關系
    Fig.4 Permeability coefficient and factors

    3.2 混凝土性能對比

    在相同條件下,摻與不摻疏水劑的透水混凝土性能對比見表6.由表6可見:與普通透水混凝土相比,摻入4%荷葉疏水劑的透水混凝土強度提高了28.9%,透水系數稍微有所下降.其原因是普通水泥膠結層存在微小的毛細孔腔和微裂縫,而荷葉疏水劑的摻入可以填充這些微小空隙,增強水泥黏結層強度,使透水混凝土強度得到提高;透水系數有所下降是因為水泥熟料在發生水化反應過程中,體系中的疏水劑以微小固態顆粒的形式吸附在硬化后的膠結層表面,形成了一種致密的面層.由于該面層很薄,只能將一些極其微小的空隙封閉,并且阻止水滲透到這些微小空隙之中,造成透水系數有所下降.

    表6 兩種透水混凝土性能對比

    Tab.6 The contrast between two kinds of pervious concretes

    4 結 論

    本文研制了一種內疏水型透水混凝土.選取設計孔隙率、水灰比、疏水劑種類3個因素,每個因素選取3個水平,以28 d抗壓強度和透水系數為指標進行正交試驗,得出了內疏水透水混凝土的最優方案,并將最優方案與不摻入疏水劑的混凝土進行了對比試驗,得出如下結論:

    1)隨著設計孔隙率的增大,抗壓強度減小,透水系數增大;隨著水灰比的增大,抗壓強度先增大后減小,透水系數一直在減小.在進行內疏水混凝土配合比設計時,應該綜合考慮這兩方面性能,選擇適當的配合比.

    2)在3個因素中,對內疏水透水混凝土性能指標影響最大的因素是設計孔隙率,水灰比次之,疏水劑的種類影響最小.通過綜合平衡法確定的最優方案為A2B2C3,即設計孔隙率為20%,水灰比為0.28,選用荷葉疏水劑.

    3)在相同條件下,摻入一定量的疏水劑會使透水混凝土的強度得到提高.其中,摻入4%荷葉疏水劑的效果最顯著,混凝土強度提高了28.9%,且對透水系數影響不大,能夠保證較好的透水性能.

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