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摘要:文章比较了多孔生态混凝土在碾压成型和插捣成型下的力学性能、透水性能以及孔隙率的变化规律。试验结果表明,碾压成型的方法增加了多孔混凝土孔隙的均匀性,提高了连通空隙率,增加了透水性,提高了多孔无砂生态混凝土抗压性能的稳定性。因此,在选择合理流动度的情况下,多孔型生态混凝土应首先采用碾压成型的方法。
关键词:多孔型无砂混凝土;碾压成型;透水性;孔隙率
中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)13-0029-02
多孔型无砂生态混凝土是指能够适应植物生长,能用于河堤护坡和公园停车地坪的绿色混凝土,它能增加河堤透水性以及地下水的循环作用。绿色混凝土内部含有很多孔隙,因此需要在多孔型生态混凝土成型的时候对浆体进行严格的控制。由于普通混凝土插捣成型的方法用在多孔无砂生态混凝土的成型上会使浆体的流动性发生变化,使混凝土的透水性降低,而碾压成型使浆体不会受很大扰动,而且会使浆体具有均匀的流动性,因此碾压成型的研究对制备具有良好性能的多孔型无砂混凝土有重要的意义。
一、试验概况
(一)原材料
水泥:扬湾海螺牌P.O42.5 粉煤灰:二级比表面积为2600cm2/g
减水剂:萘系减水剂减水率18% 碎石:级配10～16mm,压碎值为8的玄武岩
(二)试件
插捣试件尺寸与碾压试件尺寸为500mm×700mm×150mm的木工模子 (如图1所示)。碾压成型后14天使用切割机切割成6个150mm×150mm×150mm的标准试块。
(三)试验设计与配合比
试块编号及设计,见表1:
表1试块编号及设计
编号 骨灰比 流动度 粉煤灰 水泥 减水剂 设计空隙率
1-1 4.8 165 30% 70% 1.8% 20%
1-2 5.3 165 30% 70% 1.9% 22%
1-3 5.8 165 30% 70% 1.9% 24%
1-4 6.3 165 30% 70% 2.0% 26%
表2试块制作配合比
编号 V C水泥 Fa粉煤灰 G石子 W水 减水剂
1-1 1m3 233.3kg 100kg 1600kg 106.3kg 6.0kg
1-2 1m3 211.3kg 90.6kg 1600kg 98.5kg 5.74kg
1-3 1m3 193.1kg 82.8kg 1600kg 92kg 5.24kg
1-4 1m3 177.8kg 76.2kg 1600kg 86.5kg 5.08kg
(四)试件制作
制作时,先将石子预湿,使石子呈饱和面干状态;然后将称量好的凝胶材料、水、减水剂混合倒入强制搅拌机搅拌30s→向强制搅拌机倒入一半的石子并共同搅拌30s→向强制搅拌机倒入剩余的石子并搅拌60s→倒入两个木工模子中并使用两种成型方式成型,一部分用于碾压滚轮进行碾压成型,另一部分用于插捣成型。成型后放入标准养护室养护,24h后脱模。木模制作的500mm×700mm×150mm的大试块14d后用切割机切割成六块标准试块(其中碾压用100kg的直径为35mm的碾压滚轮进行碾压,碾压遍数为10遍,碾压速度为0.17m/s)。然后将再抗压试块放入标准养护室养护,至第25d时对试块进行砂浆抹面,再放入养护室养护直至第28d,取出进行空隙率、透水性以及抗压性能的测试。
(五)性能测试
抗压测试时,采用液压式万能试验机,以0.3MPa/s的速度缓慢、连续、均匀地施加荷载直至试件破坏,数据取3块混凝土试块抗压值的平均值。
透水性测试时,制作了简易透水装置(如图2所示),测试时将石蜡封在试块四周,留下两面不封蜡并放置在透水装置上做透水性测试。测试时,加水至25cm,记录水头的刻度从16cm下降到刻度为0的时间间隔。根据3次测得的平均值取值;根据公式V=H/T计算透水率。
V为透水系数;H为水头变化高度;T为水头变化所用的时间。
孔隙率测试时,先将试块称重为W1;再将混凝土试块放入密闭试模中,称得重量为W2;然后加入水使水溢满试模,然后称得总重为W3;根据3次测得的平均值取值。
根据公式ρ孔隙=[(W3-W2)/ρ水]/V试块计算连通孔隙率。
二、试验结果与分析
(一)碾压成型多孔混凝土与插捣成型多孔混凝土在不同骨灰比下的抗压强度
碾压成型与插捣成型是混凝土成型两种不同方式,碾压成型采用一定重量的滚筒进行滚动碾压,而插捣成型是用铁棒在试件成型时均匀地插捣使试块成型。从图3可以看出插捣成型比碾压成型形成的抗压曲线要平缓,这是由于插捣会使插捣区的骨料与浆体比较密集,所以插捣成型形成的试块将在插捣区形成核心压力区。核心区浆体和骨料比较密集,而且核心区的骨料越密集,浆体的多少就对核心区的影响会越小;又因为核心区承受着较多的压力,所以插捣成型混凝土的抗压曲线会变缓。而碾压成型使整个面积都是均匀的承受压力,所以骨料之间的密集程度是一样的,这时候浆料含量的大小对混凝土的强度的影响就会增大,因此碾压成型混凝土的抗压曲线会比较陡。
从图3上的数据曲线可以看出,由于曲线抗压强度差<1MPa,所以两种成型方式对在不同骨灰比下的抗压强度影响不大。
(二)碾压成型多孔混凝土与插捣成型多孔混凝土在不同骨灰比下的孔隙率
图4中有三条曲线,曲线①为总孔隙率的设计曲线,曲线②和曲线③分别为碾压成型与插捣成型连通孔隙率的实测曲线。比较曲线①和曲线②、曲线③,可以看出实测的连通孔隙率要比总孔隙率小,这是因为总孔隙率可分为连通孔隙与密闭孔隙两种,所以实测孔隙要小于设计孔隙率,他们相差的部分即为密闭孔隙率(即无用孔隙)。曲线②与曲线③对比可以看出,碾压成型形成的有效孔隙率要高于插捣成型形成的有效孔隙率,因为碾压成型时,碾压比较均匀,内部的孔隙之间的接触面会均匀,这样就不容易形成密闭的无用孔隙。然而在插捣成型时,由于在插捣的作用下有密集核心区的存在使骨料和浆体的分布不均匀,所以在浆体较多的地方就形成了很多的密闭孔隙,从而降低了整个多孔混凝土的孔隙率。
(三)碾压成型多孔混凝土与插捣成型多孔混凝土在不同骨灰比下的透水性能
从图5可以明显看出,碾压成型的多孔混凝土比插捣成型的混凝土具有更高的透水性。这是因为插捣成型使混凝土形成的比较密集的核心区的透水性急剧下降,虽然非核心区的透水性会略有增加,但不足以弥补因为骨料密集的核心区而带来的透水性能的损失。
三、结语
1.碾压成型的多孔型混凝土与插捣成型的多孔型混凝土,两者的抗压强度在不同骨灰比条件下的差别较小。碾压成型对小骨灰比下的多孔混凝土的抗压强度有所提高。
2.与插捣成型相比较,碾压成型有利于多孔混凝土透水性的提高。
3.与插捣成型相比较,碾压成型有利于多孔混凝土形成较多的连通空隙,增加了效空隙率。并且随着骨灰比的增大,碾压成型对多孔混凝土有效空隙率的提高越明显。
参考文献
[1]水工碾压混凝土施工规范(DLT5112-2000)[S].
[2]霍亮,高建明.透水性混凝土透水系数的试验研究[J].混凝土与水泥制品,2004,(1).
[3]张朝辉.多孔植被混凝土研究[D].重庆大学,2006.
[4]王蔚,刘海峰.植生型多孔混凝土配合比设计方法初探[J].江苏建筑,2005,(1).
[5]陈志山.大孔混凝土的透水性及其测定方法[J].混凝土与水泥制品,2001,(1).
作者简介:朱威 (1983-),男,同济大学土木工程学院建筑工程系硕士研究生,研究方向:结构分析。
关键词:多孔型无砂混凝土;碾压成型;透水性;孔隙率
中图分类号:TU528文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)13-0029-02
多孔型无砂生态混凝土是指能够适应植物生长,能用于河堤护坡和公园停车地坪的绿色混凝土,它能增加河堤透水性以及地下水的循环作用。绿色混凝土内部含有很多孔隙,因此需要在多孔型生态混凝土成型的时候对浆体进行严格的控制。由于普通混凝土插捣成型的方法用在多孔无砂生态混凝土的成型上会使浆体的流动性发生变化,使混凝土的透水性降低,而碾压成型使浆体不会受很大扰动,而且会使浆体具有均匀的流动性,因此碾压成型的研究对制备具有良好性能的多孔型无砂混凝土有重要的意义。
一、试验概况
(一)原材料
水泥:扬湾海螺牌P.O42.5 粉煤灰:二级比表面积为2600cm2/g
减水剂:萘系减水剂减水率18% 碎石:级配10～16mm,压碎值为8的玄武岩
(二)试件
插捣试件尺寸与碾压试件尺寸为500mm×700mm×150mm的木工模子 (如图1所示)。碾压成型后14天使用切割机切割成6个150mm×150mm×150mm的标准试块。
(三)试验设计与配合比
试块编号及设计,见表1:
表1试块编号及设计
编号 骨灰比 流动度 粉煤灰 水泥 减水剂 设计空隙率
1-1 4.8 165 30% 70% 1.8% 20%
1-2 5.3 165 30% 70% 1.9% 22%
1-3 5.8 165 30% 70% 1.9% 24%
1-4 6.3 165 30% 70% 2.0% 26%
表2试块制作配合比
编号 V C水泥 Fa粉煤灰 G石子 W水 减水剂
1-1 1m3 233.3kg 100kg 1600kg 106.3kg 6.0kg
1-2 1m3 211.3kg 90.6kg 1600kg 98.5kg 5.74kg
1-3 1m3 193.1kg 82.8kg 1600kg 92kg 5.24kg
1-4 1m3 177.8kg 76.2kg 1600kg 86.5kg 5.08kg
(四)试件制作
制作时,先将石子预湿,使石子呈饱和面干状态;然后将称量好的凝胶材料、水、减水剂混合倒入强制搅拌机搅拌30s→向强制搅拌机倒入一半的石子并共同搅拌30s→向强制搅拌机倒入剩余的石子并搅拌60s→倒入两个木工模子中并使用两种成型方式成型,一部分用于碾压滚轮进行碾压成型,另一部分用于插捣成型。成型后放入标准养护室养护,24h后脱模。木模制作的500mm×700mm×150mm的大试块14d后用切割机切割成六块标准试块(其中碾压用100kg的直径为35mm的碾压滚轮进行碾压,碾压遍数为10遍,碾压速度为0.17m/s)。然后将再抗压试块放入标准养护室养护,至第25d时对试块进行砂浆抹面,再放入养护室养护直至第28d,取出进行空隙率、透水性以及抗压性能的测试。
(五)性能测试
抗压测试时,采用液压式万能试验机,以0.3MPa/s的速度缓慢、连续、均匀地施加荷载直至试件破坏,数据取3块混凝土试块抗压值的平均值。
透水性测试时,制作了简易透水装置(如图2所示),测试时将石蜡封在试块四周,留下两面不封蜡并放置在透水装置上做透水性测试。测试时,加水至25cm,记录水头的刻度从16cm下降到刻度为0的时间间隔。根据3次测得的平均值取值;根据公式V=H/T计算透水率。
V为透水系数;H为水头变化高度;T为水头变化所用的时间。
孔隙率测试时,先将试块称重为W1;再将混凝土试块放入密闭试模中,称得重量为W2;然后加入水使水溢满试模,然后称得总重为W3;根据3次测得的平均值取值。
根据公式ρ孔隙=[(W3-W2)/ρ水]/V试块计算连通孔隙率。
二、试验结果与分析
(一)碾压成型多孔混凝土与插捣成型多孔混凝土在不同骨灰比下的抗压强度
碾压成型与插捣成型是混凝土成型两种不同方式,碾压成型采用一定重量的滚筒进行滚动碾压,而插捣成型是用铁棒在试件成型时均匀地插捣使试块成型。从图3可以看出插捣成型比碾压成型形成的抗压曲线要平缓,这是由于插捣会使插捣区的骨料与浆体比较密集,所以插捣成型形成的试块将在插捣区形成核心压力区。核心区浆体和骨料比较密集,而且核心区的骨料越密集,浆体的多少就对核心区的影响会越小;又因为核心区承受着较多的压力,所以插捣成型混凝土的抗压曲线会变缓。而碾压成型使整个面积都是均匀的承受压力,所以骨料之间的密集程度是一样的,这时候浆料含量的大小对混凝土的强度的影响就会增大,因此碾压成型混凝土的抗压曲线会比较陡。
从图3上的数据曲线可以看出,由于曲线抗压强度差<1MPa,所以两种成型方式对在不同骨灰比下的抗压强度影响不大。
(二)碾压成型多孔混凝土与插捣成型多孔混凝土在不同骨灰比下的孔隙率
图4中有三条曲线,曲线①为总孔隙率的设计曲线,曲线②和曲线③分别为碾压成型与插捣成型连通孔隙率的实测曲线。比较曲线①和曲线②、曲线③,可以看出实测的连通孔隙率要比总孔隙率小,这是因为总孔隙率可分为连通孔隙与密闭孔隙两种,所以实测孔隙要小于设计孔隙率,他们相差的部分即为密闭孔隙率(即无用孔隙)。曲线②与曲线③对比可以看出,碾压成型形成的有效孔隙率要高于插捣成型形成的有效孔隙率,因为碾压成型时,碾压比较均匀,内部的孔隙之间的接触面会均匀,这样就不容易形成密闭的无用孔隙。然而在插捣成型时,由于在插捣的作用下有密集核心区的存在使骨料和浆体的分布不均匀,所以在浆体较多的地方就形成了很多的密闭孔隙,从而降低了整个多孔混凝土的孔隙率。
(三)碾压成型多孔混凝土与插捣成型多孔混凝土在不同骨灰比下的透水性能
从图5可以明显看出,碾压成型的多孔混凝土比插捣成型的混凝土具有更高的透水性。这是因为插捣成型使混凝土形成的比较密集的核心区的透水性急剧下降,虽然非核心区的透水性会略有增加,但不足以弥补因为骨料密集的核心区而带来的透水性能的损失。
三、结语
1.碾压成型的多孔型混凝土与插捣成型的多孔型混凝土,两者的抗压强度在不同骨灰比条件下的差别较小。碾压成型对小骨灰比下的多孔混凝土的抗压强度有所提高。
2.与插捣成型相比较,碾压成型有利于多孔混凝土透水性的提高。
3.与插捣成型相比较,碾压成型有利于多孔混凝土形成较多的连通空隙,增加了效空隙率。并且随着骨灰比的增大,碾压成型对多孔混凝土有效空隙率的提高越明显。
参考文献
[1]水工碾压混凝土施工规范(DLT5112-2000)[S].
[2]霍亮,高建明.透水性混凝土透水系数的试验研究[J].混凝土与水泥制品,2004,(1).
[3]张朝辉.多孔植被混凝土研究[D].重庆大学,2006.
[4]王蔚,刘海峰.植生型多孔混凝土配合比设计方法初探[J].江苏建筑,2005,(1).
[5]陈志山.大孔混凝土的透水性及其测定方法[J].混凝土与水泥制品,2001,(1).
作者简介:朱威 (1983-),男,同济大学土木工程学院建筑工程系硕士研究生,研究方向:结构分析。