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(jìn)口固化劑。

【作者機(jī)構(gòu)】 南京工業(yè)大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院
【來(lái)    源】 《浙江建筑》 2017年第1期P61-65頁(yè)
【分 類 號(hào)】 TU528.01
【分類導(dǎo)航】 工業(yè)技術(shù)->建筑科學(xué)->建筑材料->非金屬材料->混凝土及混凝土制品->一般性問(wèn)題->基礎(chǔ)理論
【關(guān) 鍵 字】 透水混凝土　　透水性能　　骨料級(jí)配　　孔隙率　　堵塞物質(zhì)

【摘    要】 研究了骨料粒徑及級(jí)配、孔隙率、堵塞物質(zhì)類別及粒徑對(duì)透水混凝土(Permeable concrete,PC)透水性能的影響。結(jié)果表明:PC的透水性能隨骨料粒徑與級(jí)配的改變而改變,4.75~9.50 mm單級(jí)配骨料的PC綜合性能最好,連續(xù)級(jí)配的PC力學(xué)性能和透水性能變化相反。透水系數(shù)隨著孔隙率的增大而增大,兩者呈冪函數(shù)關(guān)系。0.3~0.6 mm剛性砂礫對(duì)PC透水性能影響最大,0~2.36 mm范圍全粒徑級(jí)配的砂礫會(huì)在PC表面形成密實(shí)的堵塞層,使透水性能急劇下降;處于多粉塵和油污環(huán)境中的透水混凝土路面(Permeable concrete pavement,PCP)透水性能衰減較快,需及時(shí)清理才能保持合適的透水性能。

透水混凝土(Permeable concrete,PC)是由單一級(jí)配的粗骨料、水泥、水和添加劑等經(jīng)特殊工藝拌制而成的含有眾多貫通孔隙的混凝土[1]。近年來(lái),隨著城市內(nèi)澇災(zāi)害的頻繁發(fā)生,PC這種生態(tài)環(huán)保型的路面鋪裝材料越來(lái)越受到重視。與普通混凝土路面相比,透水混凝土路面(Permeable concrete pavement,PCP)具有良好的透水、透氣性能[2],因此它不僅能緩解城市洪澇災(zāi)害,還具有補(bǔ)充地下水資源、調(diào)節(jié)城市溫濕度、增加行人舒適度等優(yōu)點(diǎn)[3-4]。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)PC的制備工藝、配合比設(shè)計(jì)、力學(xué)性能等方面進(jìn)行了比較全面的研究[5],但對(duì)于不同因素對(duì)PCP透水性能的影響方面的研究還不夠。本文研究骨料粒徑及級(jí)配、孔隙率、堵塞物質(zhì)類別及粒徑等因素對(duì)PCP透水性能的影響。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：太倉(cāng)海螺水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P·O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。

骨料：南京匯森石料廠生產(chǎn)的花崗巖碎石,不同粒徑的骨料技術(shù)性能見(jiàn)表1。

減水劑：上海臣啟化工科技公司生產(chǎn)的聚羧酸緩凝高性能減水劑,摻量為0.3%時(shí)減水率為22%。

水：自來(lái)水。

1.2 成型工藝及養(yǎng)護(hù)方法

攪拌采用集料表面包裹法[6],即先將全部骨料和70%的水加入強(qiáng)制式攪拌機(jī)中預(yù)先攪拌60 s,然后加入50%的水泥和所有減水劑,繼續(xù)攪拌60 s,最后將剩余的50%水泥和30%的水加入攪拌機(jī)攪拌120 s。試件采用壓制法成型,將拌合物裝入定制的靜壓成型模具中,用壓力機(jī)施加壓力,成型壓力為1.5 MPa,恒壓時(shí)間為 10 s。測(cè)試試件為直徑110 mm、高100 mm的圓柱體,試塊與成型模具采用一體化設(shè)計(jì),即在后續(xù)試驗(yàn)中試塊不用從模具中取出。試件成型后帶模標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)24 h后拆模,然后繼續(xù)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)28 d至測(cè)試齡期。

1.3 研究?jī)?nèi)容

1.3.1 影響因素

本試驗(yàn)考慮三種不同的影響因素,分別為：

1)骨料粒徑及級(jí)配 試驗(yàn)中固定水灰比為0.3,集灰比為3.7,分別用不同粒徑的骨料單獨(dú)拌制透水混凝土,以及應(yīng)用混料設(shè)計(jì)方法通過(guò)改變不同粒徑骨料的百分比來(lái)進(jìn)行粒徑的級(jí)配試驗(yàn)。

2)孔隙率 本試驗(yàn)采用體積法對(duì)PC試塊進(jìn)行配合比設(shè)計(jì),骨料粒徑4.75～9.5 mm,試驗(yàn)設(shè)計(jì)孔隙率為10%～30%，共5組,通過(guò)調(diào)整集灰比和水灰比來(lái)制作出不同孔隙率的試塊；每組配比制作2個(gè)試塊,集灰比相同，水灰比分別為0.25和0.30。不同配合比的試塊實(shí)測(cè)孔隙率及透水系數(shù)見(jiàn)表2。

3)堵塞物質(zhì)類別及粒徑 試驗(yàn)中以目標(biāo)孔隙率為20%的PC試塊為試驗(yàn)對(duì)象,其初始透水系數(shù)為16.12 mm/s。選取不同粒徑的砂礫、黏土以及沾染油污的泥沙來(lái)測(cè)試PC在被不同物質(zhì)堵塞后透水性能的變化,其中干燥黏土與水以及干燥泥沙與廢棄機(jī)油以4∶1的比例混合并拌合均勻,每次將堵塞物質(zhì)各取1 g均勻涂抹在試塊表面,并用橡膠錘輕輕拍實(shí)后在自然環(huán)境中放置3 d,連續(xù)10次,以模擬PCP在實(shí)際使用中的堵塞過(guò)程。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后先測(cè)定各試塊的透水系數(shù),再將試塊放在水槽中用3 MPa高壓水槍沖洗堵塞面并稱量統(tǒng)計(jì)各類堵塞物質(zhì)的穿透率。

1.3.2 孔隙率測(cè)定

PC中的孔隙主要有封閉孔隙、不連續(xù)孔隙和貫通孔隙三種,其中只有貫通孔隙是水的滲透通道,這也稱為PC的有效孔隙率。本試驗(yàn)所測(cè)定的孔隙率為貫通孔隙,其方法是先將試塊在水中浸泡1 d,并稱量試塊浸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量為 m1,然后將試件烘干至恒重后測(cè)定其質(zhì)量為m2,根據(jù)式(1)計(jì)算PC試塊的孔隙率 P。

(1)

式(1)中：V為試塊的體積； ρ水為水的密度。

1.3.3 透水系數(shù)測(cè)定

利用自制的透水儀(圖1)采用“定水頭法”測(cè)定PC試塊的透水系數(shù)[7]。在制作試塊前,在模具內(nèi)側(cè)面用玻璃膠每隔30 mm劃出一道圓圈(圖2),以保證測(cè)試過(guò)程中水流不會(huì)從試塊與模具接觸面的縫隙中流出而引起短流,提高測(cè)定結(jié)果的精確性。測(cè)試前先將試塊浸水飽和,測(cè)試過(guò)程中透水儀中水位取50 mm,記錄一定時(shí)間內(nèi)燒杯中收集的水量,根據(jù)式(2)計(jì)算透水系數(shù)K(mm/s),每個(gè)試塊測(cè)定3次取平均值。

(2)

式(2)中：Q為滲流量，mm3； L為試塊的高度，mm； A為試塊橫切面面積，mm2； h為水頭高度差，mm； t為試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，s。

1.3.4 抗壓強(qiáng)度測(cè)定

PC試塊的抗壓強(qiáng)度按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50081—2002)》進(jìn)行,測(cè)定試塊28 d的抗壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 骨料粒徑及級(jí)配對(duì)PC透水性能的影響

由表3可見(jiàn),PC的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)與骨料粒徑關(guān)系密切。大粒徑配比的PC 28 d抗壓強(qiáng)度下降的原因主要是骨料粒徑增大,骨料顆粒間的咬合點(diǎn)減少,由此產(chǎn)生的咬合摩擦力及其與水泥漿體的粘結(jié)力減小所致[8]；而此時(shí)PC的透水性能會(huì)顯著增強(qiáng),這是因?yàn)楣橇系牧綍?huì)直接影響到PC的孔隙率和孔徑；隨著粗骨料粒徑的增大,成型后的PC逐漸從密實(shí)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷傻墓羌芙Y(jié)構(gòu),孔隙率和孔徑也隨之增大,水流通過(guò)的摩擦阻力和能量損失減小。從試驗(yàn)結(jié)果中可看出透水系數(shù)和抗壓強(qiáng)度是一對(duì)矛盾的性能指標(biāo),綜合這兩個(gè)指標(biāo)可得出,4.75～9.50 mm的單級(jí)配PC性能最佳。

如表4所示,隨著2.36～4.75 mm粒徑骨料的減少和4.75～9.50 mm粒徑骨料的增多,PC的有效孔隙率和透水系數(shù)逐漸升高,抗壓強(qiáng)度逐漸降低。結(jié)合表3可知，在2.36～4.75 mm粒徑骨料占80%、4.75～9.50 mm粒徑骨料占20%時(shí),有效孔隙率最小,抗壓強(qiáng)度最高。這是因?yàn)樵诖斯橇媳壤?小粒徑骨料大部分密實(shí)地填充到了大粒徑骨料的孔隙中,PC達(dá)到了堆積最緊密的狀態(tài)。當(dāng)加入9.50～16.00 mm的粗骨料后,PC抗壓強(qiáng)度顯著降低,而透水性能則明顯增強(qiáng),主要原因是大粒徑骨料會(huì)形成較大的孔徑,進(jìn)一步減少了骨料間的咬合點(diǎn)和水流與孔壁的接觸面積。

2.2 孔隙率對(duì)PC透水性能的影響

圖3為實(shí)測(cè)孔隙率與透水系數(shù)之間的關(guān)系,從圖中可發(fā)現(xiàn),兩者呈現(xiàn)明顯的冪函數(shù)關(guān)系,擬合后PC的透水系數(shù)與孔隙率的關(guān)系式如下：

PC的透水系數(shù)隨著有效孔隙率的增大而增大,這是因?yàn)樗髟谕ㄟ^(guò)PC內(nèi)部貫通孔隙時(shí),會(huì)與孔隙內(nèi)壁及水流內(nèi)部產(chǎn)生摩擦而消耗掉一部分能量,使水流速度逐漸降低[9]。孔隙率越小,貫通孔隙的內(nèi)徑越小且迂回曲折,水流通過(guò)的路徑就越長(zhǎng),消耗的能量也會(huì)越多。隨著有效孔隙率的增加,貫通孔隙的數(shù)量及內(nèi)徑都會(huì)增大,水流的實(shí)際過(guò)水?dāng)嗝婷娣e增加,大孔徑孔隙的相對(duì)粗糙度小于小孔徑孔隙的相對(duì)粗糙度,因此水流在滲透過(guò)程中受到的摩擦阻力就越小,從而導(dǎo)致水流速度加快。

2.3 堵塞物質(zhì)類別及粒徑對(duì)PC透水性能的影響

PCP建成后,地面交通、植被落葉和地表徑流所攜帶的泥沙會(huì)逐漸堵塞孔隙,致使PCP的透水系數(shù)降低甚至喪失透水能力[10]。對(duì)PCP堵塞物質(zhì)進(jìn)行取樣篩選,發(fā)現(xiàn)剛性顆粒狀的堵塞物質(zhì)粒徑絕大部分在2.36 mm以下,更大粒徑的堵塞物質(zhì)在日常路面清潔維護(hù)時(shí)會(huì)被清理掉,小粒徑的顆粒因鑲嵌在路面的孔隙中難以被清除而殘留下來(lái),且粒徑越小滲入PC的深度越深[11]。堵塞物質(zhì)粒徑及類別對(duì)PC透水性能的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

從圖4中可以看出,當(dāng)堵塞物質(zhì)為剛性的砂礫時(shí),隨著砂礫粒徑的增大,PC透水系數(shù)先減小后增大。砂礫粒徑小于0.075 mm時(shí),因粒徑太小且相互之間沒(méi)有粘結(jié)力,砂礫難以堵塞在貫通孔隙中,在試塊表面有一定水壓的情況下,86.65%砂礫會(huì)隨水流穿過(guò)孔隙。隨著粒徑的增大,砂礫會(huì)因孔徑不規(guī)則而堵塞堆積在孔隙中,使孔隙過(guò)水?dāng)嗝婷娣e減小,透水系數(shù)也迅速降低,由圖4可知0.3～0.6 mm粒徑砂礫對(duì)20%目標(biāo)孔隙率的PC透水性能影響最大。當(dāng)砂礫粒徑大于0.6 mm后,水流不能再將砂礫帶到貫通孔隙的深處,大部分砂礫聚集在透水混凝土表面,因大粒徑砂礫與砂礫、砂礫與PC之間所產(chǎn)生的孔隙也較大,水流在通過(guò)PC表層后迅速下滲,因此對(duì)透水性能影響較小。隨著水流的流動(dòng)，0～2.36 mm范圍全粒徑級(jí)配砂礫中大粒徑砂礫會(huì)堵塞在PC表面孔隙中,使孔隙的孔徑減小,之后更小粒徑的砂礫又會(huì)堵塞在新形成的小孔隙中,這樣孔隙的橫截面進(jìn)一步減小,粒徑較小的砂礫不能再隨水流進(jìn)入貫通孔隙深處,這樣就會(huì)在PCP表面形成一定厚度的密實(shí)堵塞層,使透水系數(shù)急劇下降。

黏土是含砂礫很少而有黏性的土壤,由于其具有很強(qiáng)的可塑性,黏土在PC表面被行人踩踏和車輛碾壓后會(huì)嵌入孔隙中,并且干燥后會(huì)阻礙水分通過(guò),當(dāng)PCP表面有積水時(shí),水流只能透過(guò)黏土緩慢下滲。修車鋪和餐飲區(qū)等特殊場(chǎng)所附近的泥沙往往帶有油污,這種泥沙進(jìn)入孔隙中后會(huì)與孔隙壁緊密粘貼在一起并形成油膜,水流極難透過(guò),使透水性能進(jìn)一步降低。《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程(CJJ/T 135—2009)》規(guī)定,PCP的透水系數(shù)應(yīng)大于等于0.5 mm/s[12]。可見(jiàn)，長(zhǎng)期被黏土和帶油污的泥沙堵塞的PCP透水性能會(huì)受到很大影響,必須及時(shí)清理才能保持合適的透水性能。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)PC的透水性能和力學(xué)性能隨骨料粒徑與級(jí)配的改變而改變。含80%的2.36～4.75 mm骨料和20%的4.75～9.50 mm骨料連續(xù)級(jí)配的PC力學(xué)性能最好但透水性能不佳；4.75～9.50 mm單粒徑的PC綜合性能最好。

2)孔隙率與透水性能關(guān)系密切。透水系數(shù)隨著孔隙率的增大而增大,兩者呈現(xiàn)明顯的冪函數(shù)關(guān)系。

3)不同粒徑及類別的堵塞物質(zhì)對(duì)PC透水性能影響不同。0.3～0.6 mm粒徑的剛性砂礫對(duì)PCP透水性能影響最大,0～2.36 mm范圍全粒徑級(jí)配的砂礫會(huì)在PC形成密實(shí)的堵塞層,使透水系數(shù)急劇下降；處于多粉塵和油污環(huán)境中的PCP透水性能會(huì)衰減得很快,需及時(shí)清理才能保持合適的透水性能。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 徐仁崇, 桂苗苗, 龔明子,等. 不同成型方法對(duì)透水混凝土性能的影響研究[J]. 混凝土, 2011(11): 129-131．

[2] 楊楊, 程娟, 郭向陽(yáng). 關(guān)于透水混凝土的孔隙率與透水系數(shù)關(guān)系的探討[J]. 混凝土與水泥制品, 2007(4):1-3．

[3] Drake J, Bradford A, Seters T V. Hydrologic performance of three partial-infiltration permeable pavements in acold climate over low permeability soil[J]. Journal of Hydrologic Engineering, 2014, 19(9):159-169．

[4] 蔣正武,孫振平,王培銘. 若干因素對(duì)多孔透水混凝土性能的影響[J]. 建筑材料學(xué)報(bào), 2005, 8(5): 513-519．

[5] 張朝輝,王沁芳,楊娟. 透水混凝土強(qiáng)度和透水性影響因素研究[J]. 混凝土, 2008 (3): 7-9．

[6] Henderson V, Tighe S L. Evaluation of pervious concrete pavement permeability renewal maintenance methods at field sites in Canada[J]. Canadian Journal of Civil Engineering, 2011, 38(12): 1404-1413．

[7] 倪彤元, 胡康虎, 何鋒. 降雨條件下透水混凝土滲透性能研究[J]. 城市道橋與防洪, 2011(11):137-138．

[8] 張賢超.高性能透水混凝土配合比設(shè)計(jì)及其生命周期環(huán)境評(píng)價(jià)體系研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué),2012．

[9] Boving T B, Stolt M H, Augenstern J, et al. Potential for localized groundwater contamination in a porous pavement parking lot setting in Rhode Island[J]. Environmental Geology, 2008, 55(3): 571-582．

[10] Bean E Z, Hunt W F, Bidelspach D A. Evaluation of four permeable pavement sites in eastern north carolina for runoff reduction and water quality Impacts[J]. Journal of Irrigation & Drainage Engineering, 2014, 133(6):583-592．

[11] Fassman E A, Blackbourn S. Permeable pavement performance over 3 years of monitoring[C]∥Low Impact Development 2010: Redefining Water in the City. ASCE San Fransisco, 2010: 152-165．

[12] 江蘇省建工集團(tuán)有限公司，河南省第一建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.