高性能多孔混凝土制备及其性能研究.pdf
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1、2 0 1 5年 第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 5 No 2 F e b r u a r y 高性能多子 L 混凝土制备及其性能研究 张兴才 ( 沙洲职业工学院建筑工程系, 张家港 2 1 5 6 0 0 ) 摘要 :通 过 实 验 室 试验 ,添加 乳 胶 聚合 物 以提 高 多孔 混 凝 土 的 强 度 。 本研 究 集 中在 聚 合 物 改 性 多孔 混 凝 土 ( P MP C) 渗透性与强度特性之 间的平衡。 同时, 添加 了天然砂和纤维来增强多孔混凝 土的强度 。 试验结果表明 ,
2、通过 添加乳胶和砂 可以生产 出具有 可接 受渗透性和强度的 多孔混凝 土 关键词 : 多孔 混凝 土; 强度 : 渗透性 Ab s t r a c t :T h r o u g h t h e l a b o r a t o r y e x p e r i me n t , t h e s t r e n g t h o f p e r v i o u s c o n c r e t e i s i mp r o v e d b y a d d i n g t h e l a t e x p o l y me t T h i s s t u d y f o c u s e d o n t h
3、 e b a l a n c e b e t w e e n p e r me a b i l i t y a n d s t r e n g t h p r o p e r t i e s o f p o l y me r mo d i fi e d p e r v i o u s c o n c r e t e ( P MP C ) Me a n w h i l e , n a t u r a l s a n d a n d fi b e r a r e i n c l u d e d t o e n h a n c e t h e s t r e n g t h p r o p e r
4、t i e s o f p e rvi o u s c o n c r e t e T h e t e s t r e s u h s i n d i c a t e t h a t i t i s p o s s i b l e t o p r o d u c e p e rvi o u s c o n c r e t e w i t h a c c e p t a b l e p e rm e a b i l i t y a n d s t r e n g t h t h r o u g h t h e c o mb i n a t i o n o f l a t e x a n d s
5、a n d Ke y wo r d s : P o r o u s c o n c r e t e ; S t r e n g t h ; P e r me a b i l i t y 中 图分 类 号 : TU5 2 8 0 1 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1 0 0 0 4 6 3 7( 2 0 1 5) 0 2 1 6 一 O 5 0前言 多孔 混凝 土 ( P C) 是 硅 酸盐 水 泥 、 单 一粒 径 的粗 集料 、 少量或不含细集料和水 的混合物使用适量 的 水 和胶凝材料 以形成一个浆体薄层裹覆集料颗粒 表面 , 使它们之 间有 自由空间 , 从而在多孔材料
6、 中 形成孔的一类混凝土_I - 2 。多孔混凝土在多个国家 , 如美 国和 日本 已经使用超过 3 0年 。在美 国使用越 来越 多是 因为 其具 有 各种 环境 效 益 , 如 控 制 雨水 径 流 , 恢 复地下水供应 , 且能减少水和土壤 的污染【3 。 与此 同时 多孔混凝土可能减少城市热岛效应且可 用于降低道路的噪音【 5 - 6 1 。 多孔混凝土不含有或含有少量细集料 。 使用适 量的水泥浆体来裹覆和粘结集料颗粒 以形成一个 高孔隙率和连通的孔隙 ,从而能够迅速排出雨水 。 一 般而言 , P C的孔隙率在 1 5 2 5 之间, 渗透系数 一 般为 2 6 mm s 5 ,
7、7 。然而在常规 P C中高孔 隙率往 往导致强度降低 。常规多孔混凝土的低强度不仅限 制 了其 在重 载 交通 公 路 中 的应 用 也会 影 响 结构 的 稳定性和耐久性 。 如易于受到霜冻损害和抗 化学腐 蚀能力较差。因此 , 低强度的 P C只能在一些特定场 合使用 , 如人行道 、 停车场 、 休 闲广场和常规路 面的 底基层 o j 。 先前的研究表明, 级配、 集料的粒径和集 料与水泥的质量 比是影响 P C孔隙率 、渗透性和抗 基金项 目: 2 0 1 2年江苏省建设厅项 目( 2 0 1 2 J H 2 6 ) 。 一 1 6一 压强度的主要因素 。水灰 比对 P C的性质有
8、较小影 响旧。使 用较 小 粒径 的集 料 能够增 加 混凝 土单 位 体 积 内集料颗粒的数量 、集料 的 比表 面积 和粘 结面 积 , 这最终导致多孔混凝土强度 的提高。尽管 国内 外对多孔混凝土做 了大量研究 , 但其强度和渗透性 仍不能满足现实应用的要求 这大大限制 了这种环 境友 好 型路 面材料 的推 广和 应用 。本 文 旨在通 过使 用 合理 选择 的集料 、细集 料 混凝 土 和 有机 增 强 剂 , 并 通过 调整 混 凝 土 的拌合 比例 , 制 备 出具 有 一定 强 度和渗透性的高性能多孔混凝土。 1 研 究 目的和 范 围 本 文 研 究 的 目的是 评 估 聚
9、合 物 改 性 对 多孔 混 凝土力学和物理特性的影响。综合考虑聚合物改性 多孔混凝土( P MP C ) 的渗透性和强度 。 从而使混凝土 既有组合的渗透性也有足够的强度承受交通荷载。 该研究 中,使用三种单一粒径 的石灰 岩集料 ( 1 3 5 m m、 9 5 ram 和 4 7 5 m m) 和 一 种 聚合 物 ( S B R乳 胶 ) 来制备多孑 L 混凝土。通过孔隙率试验 、 渗透系数 试验 、 抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验来评估 多 孔 混凝 土的特 性 。 2试 验 2 1 试 验 原材料 在本 试验 中选 择 I型普 通硅 酸盐水 泥 。粗 集 料 考 虑 单 一 粒 径
10、 三 种 级 配 的石 灰 岩 : 1 3 2 ra m, 9 5 ra m 和 4 7 5 mm 根 据表 1 列 出 的 A S T M 规范 测量 粗集 料 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 张兴才 高性能多孔混凝土制备及其性能研究 的特性 本研究中使用的河砂粒径分布见图 l 。 表 1 粗 集 料 的特 性 l 0 o 8 O 6 0 瓣 4 0 2 0 O O 1 2 3 4 5 筛 L l mm 图 1 河砂的粒径分布 为提高多孔混凝 土的强度 , 在混凝土 中添加乳 胶聚合物丁苯橡胶( S B R) 。 除了乳胶 , 聚丙烯纤维也 添加到混凝 土中以
11、进一步提高多孔混凝 土的力学 特 性 。聚丙烯 纤 维具有 可 以抑 制和 控制混 凝 土 中内 部裂缝形成 、 增强混凝土 的抗拉强度并提高耐久性 的优点。聚丙烯纤维不含重新加工 的烯烃材料 , 平 均长度为 2 0 mm。 2 2 混凝 土 配 比 控制 组 多孔 混 凝 土 由硅 酸 盐水 泥 、 水 和 三 种 级 配的粗集料 组成。为提高 聚合 物改性多孔混凝 土 ( P MP C) 的整体行为 , 乳胶 、 纤维和细集料 ( 天然砂 ) 添加到混凝土 中, 配 比如表 2所示 。对照组基本配 比为水泥: 粗集料: 水= 1 : 4 5 : 0 3 5 ( 重量 比) 。当在混凝 土
12、中添加乳胶和 或细集料时 , 乳胶 的固体部分用来 取代 1 0 的水泥 , 且用天然砂取代 7 的粗集料 ( 重 量 比 ) 。将 P MP C的性 能 和 特性 与 常 规 多孔 混 凝 土 进行 了 比较 。 2 _ 3 试 样制 备 使用机械拌合机拌合多孑 L 混凝土 , 通过采用标 表 2聚合物改性多孔混凝土 的配 比 k g m 有砂 注 : A为控制组 ; B为乳胶改性 ; C为添加纤维 ; D为添加乳胶和纤维的多孔混凝土。 一 1 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 混 凝土 与水 泥制 品 笫 2 2 6期 准 的 滚筒 压 实 成 直径 为
13、1 5 2 mm、高度 为 3 0 5 m m 的 圆柱 体 试样 。在 标 准 的水 分 养 护 室 内进 行 养 护 , 直 到测试所需的龄期 。除了抗压试验 , 在试验前将试 样切 割 成 大约 7 6 mm厚 的小 试样 进 行其 他试 验 。制 备j 个 试样进 行平 行试 验 。 2 4测试 方 法 2 4 1 孑 L 隙率试验 为了获得孑 L 隙率 , 有必要知道压实混凝土的毛 体 积 。 因为 多孔 混凝 土 具 有 大量 连 通 的孑 L 隙 , 并 不 适合使用水 中重法来获得毛体积 。C o r e L o k真卒包 装密 封 设 备常 用 来 测量 沥青 混合 料 的
14、密 度 , 在 该研 究 中用来获得多孑 L 混凝土试 样的有效孔 隙率 , 根据 A S T M D 7 0 6 3方 法进 行试 验 。 2 4 2渗 透性 试 验 因 为设 计 多孔 混 凝 土 在 路 面 结 构 中 作 为 排 水 层 , 故渗透性是多孑 L 混凝土的一个重要参数 。南于 孔隙率较高且有连通的孔隙路径 , 适用于层流 的达 西 定 律 对 多孔 混 凝 土 不 再 适 用 。 本研 究 中 ,使 用 H u a n g等 人开 发 的排水 沥 青混 合 料 ( 与 多孔 混凝 土 在 功能 上相 似 ) 渗透性 测 量设 备 和方 法l I 罔 2 示 了渗透性试验的
15、试样和设备。 2渗 透 系 数 试 验 装 置 和 试样 两 个 压 力传 感 器 安装 在 试 样 的顶部 和底 部 , 给 出试验 过 程 中水 头差精 确 的读 数 。在 变水 头试 验 中 采用 自动数据采集系统连续读取数据。 本 试验 中 , 使 用 变水 头 法 , 从 文献 1 4 中获 得水 头差 与 时问 的曲线 : = q ) + n lt + c t 。 ( 1 ) 式 中 , a o , 和 啦 为 回归 系数 。 然后求导得 : ( 2 ) 式 中 , 口 。 和 为 回归系 数 。冈此 排水 速 度表示 为 : 一 1 8一 = 专 d A , d f d 、 一
16、。 2 式 中 , A 、 A, 、 r 分 别为 上部 圆 柱形 容 器 和试 样 的的截 面积 和半 径 。 根据 图 3和 冈 4, 可 以获 得伪 渗 透 系数 K 和形 状 系 数 m。基于 这个 结果 ,水力梯 度 和排 出速度 之 间 的关系 为 v = 7 5 7 6 4 i , 此 K 为 7 6 2 l m m s 7 0 0 6 0 0 5 0 0 g 4 0 0 *3 0 0 2 0 0 1 0 0 0 O l 2 3 4 5 6 7 8 H ,f 间, s 罔 3水头 0时间的关系 7 4 7 【 】 l 2 j 4 6 7 水 力梯 度 i 罔 4 水 力 梯 度
17、与 排 水 速 度 的芙 系 2 4 - 3 抗 压强度 根 据 A S T M C 3 9试 验 方法 测 试 7 ( 1 龄 期 的 抗 J 强 度 。 在 I N S T R O N 加 载 结 构 上 对 个 直 径 为 l 5 2 mm、 高度 3 0 5 m m 的 网柱体 试样 进 行抗 压 强度 试 验 。 2 4 4 劈裂抗托强度 对 直径 为 1 5 2 m m、 厚 度 为 7 6 m m 的 。 个 平 行 圆 柱体 试样 进行 劈裂抗 拉 试验 。根据 A S T M C 4 9 6 C 4 9 6 M 试验 方法 采用 MT S加 载进行 该试 验 。 连续 记 录
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- 性能 多孔 混凝土 制备 及其 研究
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