多孔隙混凝土的研究与应用

1．多孔隙混凝土的概述

多孔隙水泥混凝土又称排水性水泥混凝土或透水性水泥混凝土,是由骨料、水泥、水及助剂拌制而成的一种多孔轻质混凝土。它是一种大孔隙沥青混合料,其使用条件和力学性能与一般的密级配沥青混合料有较大的不同。它主要有两个用途:一是作为路面抗滑表层的材料,以改善路面的抗滑性能,特别是雨天的路面抗滑,此时一般称为OGFC (开级配磨耗层)；二是作为沥青混凝土结构层中的一层,为路面的排水结构层,改善沥青混凝土路面水稳定性,减少水损害,此时称为PAC (多孔隙沥青混凝土)。

并且具有透水性强，同时还具有吸热吸音等功能,是一种新的生态型、环保型的道路材料。多孔隙彩色混凝土拥有系列的色彩配置,可根据周围环境的需要进行图案设计,具有较强的装饰性。根据不同的使用范围,多孔隙水泥混凝土即可以用做面层,又可以做为基层。并将其应用于道路、人行道、公园内道路及停车场等地段,增加了城市的透水、透气空间,对调节城市气候、还原地下水、保持生态平衡起到了良好的效果。

2．多孔隙混凝土结构配比设计

为了使雨水能够有效地还原地下, 通过多孔隙混凝土可以使雨水通过级配碎石层迅速渗透到土壤中,从而实现雨水还原地下。

2.1原材料的选择

多孔隙混凝土主要是由胶结料、碎石、水组成的,要配制合格的多孔隙混凝土,选择好原材料是关键。

2.1.1粗集料的选择

多孔混凝土粗集料应选用洁净、坚硬而耐久的碎石。由于多孔混凝土水泥用量有限,水泥石与集料的粘结强度是多孔混凝土最薄弱的环节,集料应不含有有机质、风化物或其他有害杂质,其含泥量及针片状含量应满足规范规定的要求。粗集料的性能对多孔隙混凝土性能起到至关重要的作用。多孔隙混凝土对粗集料的颗粒直径、级配、颗粒形状及强度要求十分严格,因此选择优质的粗集料是多孔水泥混凝土具有优良路用性能的重要保证。

2.1.2细集料的选择

多孔混凝土细集料采用质地坚硬、耐久、洁净的天然砂或机制砂。由于采用免振捣成型方法,加入适当含量的砂,可以提高混合料的和易性。但对应的水泥剂量应对有一个最优的砂率和砂的细度模数。如果砂越粗, 越容易对粗集料形成干涉,不利于形成骨架嵌挤;砂太细,则容易产生收缩,而且不利于材料的渗透性能。因此一定要谨慎选择细集料，而不影响其使用性能。

2.1.3水泥的选择

水泥是多孔混凝土的重要组成材料,虽然用量少, 却是决定多孔混凝土力学性能的重要因素。一般选用终凝时间较长的水泥,宜选用32.5级水泥,当强度不能满足设计要求时,考虑采用42.5级水泥。

2.1.4水的选择

水泥水化需要洁净的水,不应含其他污染杂质，即人或牲畜用水即可。

2.1.5助剂的选择

助剂的选择对多孔隙混凝土性能的影响很大。选择适当的助剂不但能改进多孔隙混凝土的施工性能,也能提高混凝土的强度,还能提高混凝土的透水性能。使用的助剂应该具有非引气,超塑化,高效减水和增强功能。

2.2配合比设计

根据填充理论及体积法,在进行配合比设计时需要知道粗集料的紧密堆积孔隙率,目标孔隙率及水灰比Wc。粗集料紧密堆积孔隙率V可以通过粗集料的表观密度和紧密堆积密度求得。

3多孔隙混凝土主要技术指标的试验

多孔隙彩色混凝土的主要技术指标有混凝土抗压强度、混凝土抗折强度、抗冻性、透水系数等。

3.1多孔隙混凝土抗压强度试验

极限抗压强度是评定混凝土质量的重要指标,试件的极限抗压强度要满足其规范所规定的要求。

3.2多孔隙混凝土的抗折试验

在城市道路设计规范中,抗折强度作为车行道设计的一项重要指标。因为它控制着整个路面使用寿命的性能。

3.3多孔隙混凝土抗冻试验

混凝土的抗冻融性能是混凝土的耐久性的一项重要指标。混凝土受冻害损伤可以区分为两种情况:一是剥落脱皮,这是由于冻融引起的混凝土的表面损伤。二是内部损伤,这种损害不可见，而在混凝土内部产生的损害,它导致混凝土性质改变。

3.4多孔隙混凝土透水试验

多孔隙混凝土采用路用渗水仪测试多孔隙混凝土的透水系数。在多孔隙混凝土表面沿渗水仪底座圆圈位置抹一层密封材料,使密封材料嵌满表面的缝隙,且牢固地粘结在多孔隙混凝土的表面,然后启动开关,同时启动秒表,记录下水面从400 mL降低到100 mL的时间,渗透系数按下式计算:Cw=15×(V2-V1)/(t2-t1)。在多孔隙混凝土表面取三个点进行渗透系数检测,其检测结果需满足规范要求。一般来讲,多孔隙混凝土的渗透系数应大于900 mL/15 s。

4多孔隙混凝土路面施工

混凝土施工过程需要一个严格的施工过程。其各步骤如下：

4.1多孔隙混凝土的拌和

拌和多孔隙混凝土时,应严格控制水灰比、水泥用量、粗细集料的选择与用量用量以及外加剂的用量,由于多孔隙混凝土的水灰比较小,拌和混凝土应采用强制式搅拌机。其投料顺序为:首先将胶结料与集料干拌30 s,再加水和减水剂混拌90 s,使水泥浆均匀的包裹在骨料表面。

4.2浇筑成型

在浇筑多孔隙混凝土时不宜强烈振捣,严禁使用高频振捣器。因为它会使混凝土过于密实而减小孔隙率,并影响透水效果。同时高频振捣器也会使水泥浆体从骨料表面离析出来,流入底层形成一个不透水层,使材料失去透水性。因此在混凝土成型后,应采用实心钢管或轻型压路机压实压平多孔隙混凝土。

4.3切缝

多孔隙混凝土切缝的施工工艺与普通混凝土类似。因为多孔隙混凝土的空隙较大,为了防止锯缝处周边的集料脱落,锯缝完成以后采用粘结剂对接缝边缘进行滚压。对缩缝,我们采用树脂进行填缝。

4.4养生

由于多孔隙混凝土的孔隙率大,水分散失快,因此在施工完成一个作业段以后,为了减少水分的蒸发,用塑料薄膜进行覆盖,养生7 d后开放交通。多孔隙混凝土这种新型的环保材料有其独特的功能,相信这种新材料有其优良的路用性能和环保特性,将得到广泛应用。

5结语

集料级配是决定多孔混凝土强度和排水能力的重要因素。分析现有主要级配理论,并参考国内外关于排水基层的集料级配成果, 确定以空隙率和抗压强度为指标等的多孔混凝土配合比设计方法，来获得所需的路用性能以满足路面使用要求。