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无砂透水混凝土在北京市南北长街道路工程中的应用研究

混凝土 2006-05-07

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摘要：对无砂透水混凝土的配合比与性能进行了试验研究，并将强度高、孔隙率大、透水性好的混凝土应用于北京市南北长街道路工程中，并对施工要点进行了论述。试验结果表明:对同一粒径的骨料拌制无砂混凝土，存在着最佳水泥用量和水灰比；对于不同粒径的骨料，在水泥用量相同时，并非骨料粒径小的混凝土强度大；无砂混凝土的渗透系数与连通孔隙率有较好的对应关系。

关键词：无砂； 　透水混凝土； 　道路工程
 
引言
 
    随着经济的发展和城市化建设的进程，现代城市的地表逐步被钢筋混凝土的房屋建筑和不透水的路面所覆盖。但这些不透水的道路给城市的生态环境带来了许多负面的影响。与自然的土壤相比，混凝土路面缺乏呼吸性、吸收热量和渗透雨水的能力。随之产生一系列环境问题: 能够渗入地表的雨水明显减少，城市的地下水位急剧下降；不透水的路面很难与空气进行热量与湿度的交换，产生“热岛现象”；短时间的集中降雨，大量雨水不能及时渗入地表，容易造成道路被淹没、交通瘫痪等社会问题[1 ] 。

    无砂透水混凝土具有与普通混凝土所不同的特点:容重小、水的毛细现象不显著、透水性大，水泥用量小、施工简单等，因此这种新型的建筑材料的优越性不断为人所知，并在道路领域逐渐得到应用。

    本文通过研究无砂透水混凝土的抗折强度、抗压强度、透水系数和孔隙率，并找出最佳的配合比，成功地应用在北京市南北长街道路工程中。
 
1 　原材料与试验方法

1.1 　原材料

1.1.1 　水泥　强度等级为4215 普通硅酸盐水泥，主要性能指标见表1 。

   

1.1.2 骨料(石) 分别采用5mm～10mm、10mm～20mm 的单一粒级的碎石，严格控制针片状颗粒。
 
1.1.3 　粉体粘结剂　主要由硅粉、增强剂和UEA 组成，提高水泥浆与骨料的界面强度。
 
1.1.4 　防冻剂　因在冬季施工，故采用BHF - 4 型混凝土防冻剂。
 
1.2  试验方法

    将碎石、粉体粘结剂装入搅拌机，搅拌30s ，再加入水泥、防冻剂，边加水边搅拌，搅拌2min～4min 后出料。将混合料装入150mm ×150mm ×150mm 与100mm ×100mm ×400mm 的试模中，分层插捣成型试件。标准条件下养护7d 后，改为自然养护，至28d时测其抗压强度、抗折强度、透水系数和孔隙率。成型方法、养护条件和骨料的形状会对无砂混凝土的强度、透水系数和孔隙率产生很大的影响。

    透水系数采用变水位和定水位透水系数测定方法。

    孔隙率的测定方法:将试件浸泡在水中使其饱水后，称取试件在水中的重量W1 ；将试件从水中取出，控干内部吸入的水并擦干表面多余的水，待重量恒定后称取试件在空气中的重量W2 ；并测定试件外观体积V。孔隙率按下式计算：
P = (1 - (W2 - W1) / V) ×100 %
 
2 　试验结果
2.1 　无砂混凝土配合比及结果
 
    根据碎石的不同粒径和水泥的不同掺量，确定配合比，配合比及试验结果见表2 。
 
2.2         无砂透水混凝土的强度
 
    由表2 可知，在粒径相同时，透水混凝土的强度随水泥用量的增加而提高，但水泥用量增加到一定程度时，要使水泥浆均匀地包裹所有骨料颗粒，使颗粒有类似金属光泽[2～3 ] ，用水量必定要增加，这种情况在粒径小的无砂混凝土中表现更改突出。小水灰比、多水泥用量，无砂混凝土的抗压强度高。水灰比与水泥用量影响骨料颗粒表面水泥浆层的厚度，水灰比和水泥用量不当，会造成骨料颗粒表面水泥浆层稠度和厚度不适合，影响强度、孔隙率和透水性。因此，对同一粒径的骨料拌制无砂混凝土，要考虑最佳水泥用量和水灰比[4～5 ] 。

    对于不同粒径的骨料，在水泥用量相同时，并非骨料粒径小的混凝土强度大。小粒径骨料比大粒径骨料有较大的比表面积，在水泥用量小时，包裹骨料颗粒表面水泥浆的厚度较厚；在水泥用量大时，包裹骨料颗粒表面水泥浆的厚度较簿；要使水泥浆均匀地包裹所有骨料颗粒，使颗粒有类似金属光泽，用水量必定要增加，强度会受到影响。

    另外，加入粉体粘结剂可以提高水泥浆和骨料界面结合力，提高无砂混凝土的强度。
 
2.3  无砂透水混凝土的孔隙率
 
　　由试验结果及图1 可以看出，同一粒径的骨料，随着水泥用量的增加，孔隙率降低，过多的水泥用量，会填充到骨料的间隙。对于不同粒径的骨料，在水泥用量相同时，骨料粒径大的混凝土孔隙率大。同一料粒径，随着孔隙率的增大，抗压强度逐渐减小，较大孔隙的存在，减少了无砂混凝土承受荷载和抵抗变形的断面面积。所以，与相同水泥用量的普通混凝土的强度相比，无砂混凝土的强度要小得多。
 
  
 
 
2.4         无砂透水混凝土的透水系数
 
    
 
 
    图2 透水试验结果表明，无砂混凝土的透水性随水泥用量增大而降低，且粒径大的比粒径小的略高。试验结果表明无砂混凝土的渗透系数与连通孔隙率有较好的对应关系。
 
2   无砂透水混凝土在北京市南北长街道路工程中的应用
 
　　无砂混凝土具有较大的透水性和较小的毛细作用，使得无砂混凝土成为一种很好的地坪材料。为了能够增加渗入地表的雨水，缓解城市的地下水位急剧下降等等的一些城市环境问题，北京市南北长街道路工程使用了无砂透水混凝土。

      采用以上试验中的第七个配比，单方水泥用量、碎石用量分别为300kg 和1400kg ，石子粒径10mm～20mm ，添加一定比例的粉体粘结剂和防冻剂。由混凝土搅拌站集中搅拌。
 
3.1  搅拌
 
    采用强制式搅拌机，由于水泥浆的稠度较大，且数量较少，为了保证水泥浆能够均匀地包裹在骨料上，搅拌时间适当延长。投料顺序：水泥+ 水+ 外加剂，搅拌均匀后加入10mm～20mm 碎石再继续搅拌均匀。
 
3.2  浇筑
 
    无砂混凝土是干硬性的混凝土，在浇筑前，用水湿润路面，防止混凝土水分流失加速水泥凝结。由于无砂混凝土中水泥量有限，只能包裹骨料颗粒，因此，在浇筑时不得采用强烈振捣或夯实，否则将会使水泥浆沉积，破坏混凝土结构均匀性，并在底部形成不透水层。浇筑后用轻型压路机压实压平拌合物。
 
3.3   养护
 
    无砂透水混凝土由于存在大量孔隙，易失水，干燥很快，所以早期养护非常重要。浇筑后用塑料簿膜覆盖表面，并开始洒水养护。
 
4 　结论
 
    (1) 无砂透水混凝土的强度与水泥用量和水灰比有关，对同一粒径的骨料拌制无砂混凝土，存在着最佳水泥用量和水灰比。
    (2) 对于不同粒径的骨料，在水泥用量相同时，并非骨料粒径小的混凝土强度大。
    (3) 无砂混凝土的孔隙率、透水性随水泥用量增大而降低，且粒径大的比粒径小的略高。无砂混凝土的渗透系数与连通孔隙率有较好的对应关系。
    (4) 采用单方水泥用量、碎石用量分别为300kg和1400kg ，石子粒径10mm～20mm ，添加一定比例的粘结剂和防冻剂，能制得抗压强度1513MPa ，抗折强度310MPa ，孔隙率2115 % ，透水系数119cm/ s 的透水混凝土，成功应用在北京市南北长街道路工程中。
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