萬海飛，陳征征

(宿州學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000)

0 前 言

透水混凝土屬于綠色環(huán)保材料，是由骨料、水泥和水拌制而成的一種具有連續(xù)孔徑的混凝土[1-3]。透水混凝土主要是由膠凝材料、粗骨料、水、外加劑等拌制而成，由膠凝材料漿體包裹骨料粘結(jié)形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的多孔混凝土。透水混凝土的內(nèi)部的孔隙率大多都能達(dá)到15%～25%，所以透水混凝土具有透氣、透水的特點(diǎn)，能夠緩解城市熱島效應(yīng)、保護(hù)地下水資源和改善土壤生態(tài)環(huán)境，是一種優(yōu)良的路面材料[4-5]。據(jù)研究表明，透水混凝土加入不同的工業(yè)廢料可有效改善透水混凝土的力學(xué)性質(zhì)[6-8]。朱云濤[9]在工業(yè)廢料中找出粉煤灰和陶粒加入透水混凝土，測(cè)試得出透水混凝土的抗壓強(qiáng)度得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。為了使透水混凝土能夠被當(dāng)作一類新型的綠色原料所廣泛使用，起到優(yōu)化環(huán)境的作用。深入研究透水混凝土，使其應(yīng)用范圍更廣。使用工業(yè)廢料為原料的透水混凝土?xí)?duì)城市生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)，根據(jù)資料找到不同的工業(yè)廢料，如：粉煤灰、S95礦粉、S105礦粉、滑石粉、松木粉、鋼渣粉、煤矸石粉等，采用控制變量法，自變量為不同種類的工業(yè)廢料，因變量為由不同工業(yè)廢料制成的試塊的抗壓強(qiáng)度，最終類比得出不同力學(xué)性質(zhì)的透水混凝土。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

1)水泥：采用P·O42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥由宿州海螺水泥廠生產(chǎn)，符合GB175標(biāo)準(zhǔn)。

2)粗骨料：采用江蘇揚(yáng)州石子加工廠生產(chǎn)的礫石，骨料粒徑經(jīng)過篩選為5～8 mm。

3)水：采用安徽省宿州市干凈的自來水。

4)粉煤灰：采用淘寶美仕博旗艦店所生產(chǎn)，325目一級(jí)粉煤灰。

5)S95礦粉：采用淘寶美仕博旗艦店所生產(chǎn)，300目至300目的礦粉。

6)S105礦粉：采用淘寶美仕博旗艦店所生產(chǎn)，300目至300目的礦粉。

7)鋼渣粉：采用淘寶美仕博旗艦店所生產(chǎn)，30目一級(jí)鋼渣粉，粒徑在0.5～1 mm。

8)滑石粉：采用淘寶美仕博旗艦店所生產(chǎn)，300目一級(jí)滑石粉。

9)松木粉：采用淘寶美仕博旗艦店所生產(chǎn)，200目松木粉。

10)煤矸石粉：采用淘寶美仕博旗艦店所生產(chǎn)，325目一級(jí)煤矸石粉。

1.2 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)固定水灰比、骨膠比以及不同的工業(yè)廢料的質(zhì)量，只轉(zhuǎn)變不同的工業(yè)廢料，養(yǎng)護(hù)條件一樣，控制變量的因素為不同的工業(yè)廢料。一共7組不同的試塊，每組3個(gè)試件求得平均值以降低誤差，試塊全部采用70.5 mm×70.5 mm×70.5 mm的標(biāo)準(zhǔn)模具制造。本試驗(yàn)采用編號(hào)為C0～C8，其中C0為本次試驗(yàn)的對(duì)照組，水灰比為0.286，誤差質(zhì)量在0.001 kg。試塊的配合比如表1所示。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)中的鋼渣礦渣混凝土試件按照《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)行制備，試件尺寸為70.5 mm×70.5 mm×70.5 mm，攪拌結(jié)束后，立即將新拌的透水混凝土裝入試模中，時(shí)間控制在5 min之內(nèi)完成，用搗棒插搗15次，然后將試模放置于振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)20 s，以保證透水混凝土的密實(shí)性，最后抹平收面，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)24 h后拆模，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28 d試件制備完成，其養(yǎng)護(hù)室溫為(20±2)℃，其濕度應(yīng)≥95%。養(yǎng)護(hù)完成后，進(jìn)行力學(xué)測(cè)試。

試塊樣品為對(duì)照組如圖1所示，在加入等效替代1/6水泥的工業(yè)廢渣為松木粉、粉煤灰、煤矸石粉、滑石粉、S95礦粉、S105礦粉、鋼渣粉的樣品分別的三維實(shí)體模型對(duì)應(yīng)如圖2～7所示。

圖1 無工業(yè)廢料的三維實(shí)體模型

圖2 摻松木粉的三維實(shí)體模型

圖3 摻粉煤灰粉的三維實(shí)體模型

圖4 摻滑石粉的三維實(shí)體模型

圖5 摻煤矸石粉的三維實(shí)體模型

圖6 摻S95礦粉的三維實(shí)體模型

圖7 摻S105礦粉的的三維實(shí)體模型

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

各試塊強(qiáng)度如表2所示,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)，其中試塊選擇的模具為70.5 mm×70.5 mm×70.5 mm。C0為試驗(yàn)對(duì)照組，原料配比為水泥∶礫石∶水=1∶2.86∶0.286。其余的組別C1～C7的原配料比為工業(yè)廢料∶水泥∶礫石∶水=0.17∶1∶2.86∶0.286。

表2 各組試塊的強(qiáng)度 單位：MPa

由表2可知：在培養(yǎng)28 d的對(duì)照組中，以養(yǎng)護(hù)室溫為(20±2)℃，其濕度應(yīng)≥95%培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)條件下的試塊，其抗壓強(qiáng)度為47.04 MPa。

選用的材料為松木粉(C1)、滑石粉(C4)時(shí)，在這7組對(duì)比試驗(yàn)中力學(xué)性質(zhì)與對(duì)照組的力學(xué)性質(zhì)幾乎相同，對(duì)比于其他工業(yè)廢料，松木粉則由松木加工，松木本身是一種針葉植物，磨成粉狀時(shí)，吸水性稍強(qiáng)于水泥，加入透水混凝土中的分子之間的間隙會(huì)更加緊湊；滑石粉為硅酸鎂鹽類礦物滑石組滑石，主要成分為含水硅酸鎂，經(jīng)粉碎后，用鹽酸處理，水洗，干燥而成，本身也可以作為混凝土的強(qiáng)化劑，所以在透水混凝土中加入的松木粉和滑石粉的力學(xué)性質(zhì)大致和對(duì)照組相同。其摻入松木粉的透水混凝土受壓破壞時(shí)，如圖8所示。

圖8 摻松木粉的試塊受壓破壞的三維實(shí)體模型

其中以S95礦粉(C5)、S105礦粉(C6)和鋼渣粉(C7)時(shí)力學(xué)性質(zhì)幾乎相同，且相比于對(duì)照組的力學(xué)性質(zhì)也有顯著提高。加入礦渣的混凝土比面積適宜,早強(qiáng)快硬,水泥強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度相關(guān)性好,抗凍,耐磨,耐侵蝕等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于橋梁,隧道,涵渠,高層樓房等工程；鋼渣粉一般是用制造水泥或是做一些磚之類的工業(yè)廢渣。經(jīng)過試驗(yàn)分析可知力學(xué)性質(zhì)很好，但透水性極差。其摻入鋼渣粉的透水混凝土受壓破壞時(shí)，如圖9所示。

圖9 摻鋼粉的三維實(shí)體模型

摻鋼渣粉的試塊受壓破壞如圖10所示。如粉煤灰(C2)、煤矸石(C3)、這類煤粉碎成200目以上的粉末，其力學(xué)性質(zhì)遠(yuǎn)不如無工業(yè)廢料的透水混凝土。這類透水混凝土的透水性相對(duì)于其他試驗(yàn)組的透水性明顯增強(qiáng)，但抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)不如以上幾組工業(yè)廢料。其摻入粉煤灰的透水混凝土受壓破壞時(shí)情形如圖11所示。

圖10 摻鋼渣粉的試塊受壓破壞的三維實(shí)體模型

圖11 摻入粉煤灰受壓破壞的三維實(shí)體模型

3 結(jié) 論

1)在加入不同的工業(yè)廢渣粉按照1∶6的質(zhì)量等量替代了一定質(zhì)量的水泥的透水混凝土中，等效替代其中一部分水泥且加入松木粉或滑石粉透水混凝土的抗壓強(qiáng)度幾乎相同。

2)在加入不同的工業(yè)廢渣粉按照1∶6的質(zhì)量等量替代了一定質(zhì)量的水泥的透水混凝土中，等效替代其中一部分水泥且加入礦渣粉或鋼渣粉的透水混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯增加。

3)在加入不同的工業(yè)廢渣粉按照1∶6的質(zhì)量等量替代了一定質(zhì)量的水泥的透水混凝土中，等效替代其中一部分水泥且加入粉煤灰或煤矸石的透水混凝土的抗壓強(qiáng)度明顯降低。

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