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透水道路砖的制备及性能的研究

来源:www.fuguxian.com 发布时间:2019年11月05日

        随着我国经济的发展和城市建设步伐的加快,现代城市的地表逐步被建筑物和混凝土路面覆盖,昆明透水砖。便捷的交通设施,平整铺设的道路给人们的出行来了极大的方便,但这些不透水的路面也给城市的生态环境带来诸多负面影响。

        透水砖具有许多优良性能:1高透水性;2由于透水砖主要原料是工业废渣,所以透水砖的生产减轻了工业废料给环境造成的污染;3由于透水砖的高透水性和这种材料的装饰效果特别好,所以它的使用必然取代了其他类似的建筑材料;4由于透水砖孔隙率高,所以吸声效果好,有防止噪声污染的功能。另外,其表面摩擦系数大,行人行走轻松自如。

        抗折强度和透水性作为透水砖最重要的性能。在生产过程中必须给予充分的关注,大多数参数对透水性和抗折强度的影响通常存在一定的反向变化关系,所以,如何在生产过程中找到相关影响因素最佳点,以便设置最佳制造参数和生产条件是透水砖生产的重要工艺技术课题。

1。1  矿渣对透水砖性能的影响
        粒化高炉矿渣简称矿渣,是高炉炼铁时产生的废渣,矿渣颗粒具有颗粒形状不规则、多棱角、本身多孔性,密度小等特点。利用矿渣本身的多孔性来制备透水砖应可以提高透水砖的孔隙率,使透水效果更理想;同时,矿渣具有较强的吸水性,减少了水泥浆的析出,降低了多孔透水砖的透水空隙在制备时被析出的水泥浆堵塞的风险性,从而扩大了多孔透水路面砖的水分适用比例范围,增加其适用性能。

        但矿渣的多孔性也导致了所制备的透水砖强度有所降低。因为矿渣的化学成分与硅酸盐水泥熟料相近,主要是SiO2,CaO,Al2O3,MgO等氧化物,经水淬急冷后的矿渣其玻璃体含量高,结构处于高能量状态,不稳定。砂子的主要化学成分为SiO2,矿物组成为石英。由于矿渣和砂子在化学成分和微观结构上存在的差异,决定了矿渣除了具有一定火山灰活性外,同时还具有一定的胶凝性,而砂子在常温下为惰性材料。矿渣颗粒强度低于砂子,尽管后期矿渣的化学活性不断激发,但其化学活性的优势仍然弥补不了其物理性能的不足,致使大代砂率水泥砂浆抗压强度仍然低于天然砂水泥砂浆。

        据测定这种矿渣透水砖的孔隙率在20%-35%之间,透水系数为10-50mm/s;抗压强度一般在10-30MPa之间。这种透水砖于内部连续孔隙的存在,具有透水性、透气性及类似土壤的呼吸功能,并能保证水分的正常蒸发和渗透,有利于水体和土壤的物质能量交换,为植物、微生物的生长提供了适宜的空间。

1.2  外加剂对透水砖性能的影响
        外加剂一般包括高效减水剂和增强剂,两者的作用是提高颗粒间的粘结强度,进而提高制品的整体力学性能和耐磨性能。有机增强剂(如水性环氧丙烯酸乳剂、高分子树脂)或微细矿物掺合料(如粉煤灰、硅灰及复合掺量)等都是用来提高透水砖的强度。在此实验中我们加入了减水剂和粉煤灰。

1.2.1  减水剂对透水砖性能的影响

        利用矿渣颗粒取代砂子制备的多孔隙透水砖的强度和致密性砂浆的强度相比大打折扣,为此必须提高胶凝材料的强度和耐久性,以提高所制备的透水砖的整体强度,满足国标要求。在砂浆中加入粉煤灰、高效减水剂配成的低水胶比砂浆的强度和耐久性完全能满足10-25MPa不同强度的透水砖的要求。

        加入减水剂,由于其表面活性作用,减水剂的增长基团定向吸附于水泥颗粒表面,亲水基团指向水溶液,构成单分子或多分子吸附膜,使水泥颗粒表面上带有相同符号的电荷,加大了颗粒间的静电斥力,导致水泥颗粒相互分散,絮凝结构解体,包裹的游离水被释放出来,从而有效增加了拌合物的流动性。其次,减水剂的加入降低了整个系统的表面能力,水泥颗粒润湿程度增加,水泥颗粒表面的溶剂化水膜进一步增加了颗粒间的滑动能力,正是由于减水剂所起的吸附分散、润湿和润滑作用,故只需少量水就可以使拌合物拌合均匀,这样更有利用减少矿渣颗粒的泌水现象。

1。2。2  粉煤灰掺量对透水砖性能的影响

        粉煤灰是由大小不等的球状颗粒的玻璃体组成,表面比较光滑,在参与水化反应时需要较少的湿润水。粉煤灰的掺入也可有效地分散水泥颗粒,避免水泥聚集成团,可以释放更多地浆体来润滑骨料,粉煤灰的球状颗粒还可以在较大的水泥颗粒之间起到一定的滚珠轴承作用,减小了水泥颗粒之间的摩擦力,改善了拌合物的和易性。粉煤灰中含有硅铝玻璃体,可以与水泥水化生成的Ca(OH)2:反应生成C-S-H凝胶,使透水砖提高强度。另外,掺入粉煤灰的浆体具有很好的粘聚性,而且需水量小的粉煤灰还可以进一步降低水灰比保持良好的工作性能,增强透水砖的后期强度、耐久性。随着粉煤灰掺量的增加,透水砖的孔隙率和透水系数减小。其原因为粉煤灰的存在使浆体厚度增大,由于粉煤灰对和易性的积极作用,使得浆体本身的孔隙减少,部分水流的通道被堵塞导致透水性能下降。

        粉煤灰对透水砖性能产生如上影响,其原因主要为:(1)粉煤灰具有很好的粘聚性,使胶凝浆体很好的包覆在集料周围,浆体不易流淌到试件底部,从而使集料的接触点处胶凝材料充分,提高透水砖的强度。(2)粉煤灰多为圆球形颗粒,在砂浆拌合物中起“滚珠”作用,优质粉煤灰可提高拌合物的流动性;(3)粉煤灰的水化反应进行得较慢,随着掺量的增加,水泥浆中没有水化的粉煤灰增多,从而导致透水砖的抗压强度下降。故综合考虑透水砖的强度和透水性能两个因素,本试验粉煤灰掺量选择为10%。

1.3  影响透水砖性能的主要因素

1。3。1  水灰比对透水砖性能的影响

        为了制作出满足透水要求且强度较高的透水砖。水灰比的选择仅在一定范围内有作用。其大小既要符合能够完全润湿水泥。使其较好的包裹集料。又要保证水泥浆体不流淌、保留孔隙即可。

        水泥完全水化所需结合水约为水泥重量的20%~25%。施工时超过此量的水属多余水分,待水泥硬化后,会在混凝土内形成毛细孔。水灰比愈大,形成的毛细孔径也愈大,透水砖的孔隙率和透水系数也就越大,砂浆的透水性能愈高,但透水砖的强度会降低;当水灰比超过某一值时,透水砖就变得极易透水。因此在保证强度和施工和易性的前提下,增大水灰比能提高透水性能。在一定水灰比条件下,水泥用量愈多,透水砖强度愈高,毛细孔愈少。因此在保证强度的前提下,水泥用量愈少,混凝上透水性能愈好。

1。3。2  集灰比对透水砖性能的影响

        影响透水砖性能的另一因素是集灰比,集灰比越小透水性能越差。集灰比的大小反映水泥等胶凝材料的用量,集灰比越小则水泥等胶凝材料的用量就越大,水泥浆体相对越多,当水泥浆用量增大时,由于其填充了集料间的孔隙,使得能有助于透水砖透水性能的连通孔隙数量减少,从而导致透水砖的透水性能降低。集灰比越大,则水泥浆体相对越少,水泥包裹集料表面层就越薄,故其透水性会更好,再一方面由于矿渣用作集料本身又多孔性,当集灰比较大时,会使增加所制备的透水砖的有效孔隙率,从而有利于其透水。

        集灰比的确定在提供强度上又具有相当重要的地位。集灰比的大小决定了透水砖是否能够达到相当大的抗压强度。且对透水砖强度的影响是相互矛盾的:抗压强度是由水泥浆是否能够在集粒间形成厚度适中的黏结层决定的,水泥用量一定时,增大集灰比,集料颗粒周围包裹的水泥浆厚度减薄,增加了孔隙率,但透水性混凝土的强度减小;相反集灰比减小,集料周围的水泥浆层厚度增大,透水性混凝土的强度提高,但孔隙率减小,透水性能下降。因此合适的集灰比在配合比设计中尤为重要。

1.4  透水砖有效孔隙率与目标孔隙率之间的关系

        透水砖的孔隙是指透水砖总体积扣除固体骨架所占体积后的剩余部分,它由连通孔隙、半连通孔隙以及封闭孔隙三部分组成。连通孔隙和半连通孔隙由于可以使水通过、排出或者储存,所以称为有效孔隙。而封闭孔隙由于是完全闭塞,水流不能进入其中。相应的称为无效孔隙。因此,有效孔隙率是指有效孔隙体积占混合料总体积的百分比。对于多孔透水砖而言,只有保证一定的有效孔隙率,才能确保透水砖具有排水、渗水、净水、植物生长和营造小型(微)生物栖息环境等各方面的功能。

        透水砖的有效孔隙率随着设计目标孔隙率的增大而增大。这是因为目标孔隙率增大,在固定的集料用量下,意味着胶结浆体用量减小,包裹集料表面的体积就减小,砂浆内部完全封闭的孔隙也不容易形成,所以连通的孔隙随着增多。同时,在一定的配合比下,多孔透水砖的目标孔隙率与有效孔隙率接近,数值相差均在1%以内。

1.5  透水砖有效孔隙率与透水系数之间的关系

        根据试验结果,可以看出不同掺合料下多孔混凝土有效孔隙率与透水系数具有一定的相关性。如图2。3,图中的点是实际测定数据点。根据点的连线所组成的形状,利用二次函数进行拟合,拟合后所得混凝土透水系数与孔隙率的关系式如图1所示。矿渣透水砖的相关性系数R为0。98761,可见相关性很好。由此可以得出,透水砖的透水系数随着有效孔隙率的增大而增大,这可能是因为孔隙率的增大,混凝土内部供水通过的连通孔道增多。实际过水面积增大以及水受到的阻力减少,导致单位时间内水通过的量增加。因而透水系数增加。当砂浆中集料用量恒定时,对透水系数的影响主要是包裹骨料浆体的黏度。掺有矿渣的浆体黏聚性大,在成型过程中浆体不容易流淌到试件底部,堵塞孔隙,因而随着有效孔隙率的增加透水系数越大。

1.6  透水砖有效孔隙率与抗压强度的关系
        道路透水砖由于具有特殊的孔结构,因此严重影响了它的强度,比一般道路砖要低得多,然而这些孔又是必不可少的:当作为砖时,它可以为水流的通过提供通道;作为植被型透水砖时,它可以为植物根部穿透孔隙的生提供空间。因此有必要建立透水砖有效孔隙率与强度之间的关系,并可以根据对强度和孔隙率要求的不同制作不同类型的透水砖。

        透水砖的有效孔隙率与抗压强度基本成反比关系,强度值随着孔隙率的增大而减小的关系跟透水砖的破坏机理有关,混凝土受力的破坏主要是因其胶结材被破坏而引起,在集料空隙率一定的情况下,透水砖的孔隙率增大时其胶结材相应会减小,这样导致其强度降低。另外,透水砖在受压时其受力接触面较大,由于自身的缺陷它的强度损失也较大,所以其抗压强度随着孔隙率的增大而减小的速率较抗折强度和劈裂强度快的多。

        掺加矿渣的透水砖可以最好地实现孔隙率与强度间的相互调控。由于还有其他因素比如孔隙形状、大小与分布各不相同,集料形状和粒径不同等等,这些因素也都能对多孔混凝土的强度起到直接的影响作用,因此由表1可以看出。有效孔隙率与抗压强度关系式的相关性系数比有效孔隙率与透水系数相关性系数差。

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