特种混凝土--大孔透水混凝土

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透水混凝土通常定义为一种含有较多粗集料、微量或无细集料且无足量水泥的混凝土材料。   透水混凝土是一种多孔混凝土,其结构特点是采用特定粒径骨料作为骨架,胶结材料包裹在粗骨料颗粒的表面,作为骨料颗粒之间的胶结层,形成骨架-孔隙结构的多孔材料, 其内部含有较多的相互连通的孔隙,与普通混凝土相比,具有良好的透水、透气性。 



  一、             强度及透水性

透水混凝土与普通混凝土相比不仅孔隙率大，而且孔径也较大，骨料之间是靠一定强度的胶结材料粘结在一起，骨料与浆体的接触面积明显比普通混凝土小，是典型的点接触，因此普遍而言，透水混凝土强度相对比较低。 

透水混凝土强度与骨料粒径和胶结材料的强度及其用量的多少有关。在同等条件下，骨料粒径越小，透水混凝土中粘结点相应的增多，从而强度增加，反之骨料粒径越大，透水混凝土强度越低；对于同一粒径骨料配制的透水混凝土，其胶结材料强度越高，其自身的强度就越高，同时胶结材料的用量越多，透水混凝土强度也越高，但其孔隙率要相应降低，容易影响到其孔的连通性，进而影响其透水系数。   透水混凝土的胶结浆体存在一个最佳稠度，稠度过小，透水混凝土会因干燥而搅拌不均匀，集料表面包裹不完全，影响集料颗粒间的粘结，从而影响强度的提高。反之，如果稠度过大，浆体就可能把透水混凝土中的部分孔隙堵死，形成致密的浆体层，影响孔的连通性，不仅降低了透水性能，也不利于整体强度的提高。   因此，在进行配合比设计时，既要考虑获得较大的透水系数，即大的孔隙率，又要考虑满足较高的强度要求。而同时控制好这两点，关键在于确定好胶结材料的用量以及胶结浆体的稠度。在制备透水混凝土时应首先保证混凝土的透水性，再采取措施提高透水混凝土强度，这才是一个两全其美的方法。   二、             生态效益：

我国城市市内住宅、工厂及公共建筑占全市总面积的50%，人工铺设的道路约占全市总面积的7%-15%，特大城市道路的覆盖率可能超过20%，它们合计占全市总面积的比例相当大，北京非透水地面比例约为77%，上海非透水面积更是高达80%以上，世界上的主要城市非透水面积大都在50%以上，这使得城市面临一系列生态问题。   透水混凝土是一种生态混凝土，它能够减轻环境负担、与自然环境协调共生，为人类构造舒适的生活环境，具体体现在以下几个方面： ★能够有效的缓解城市渍水。由于屋面、混凝土等密实非透水表面降雨量的90%将形成径流。 ★使城市雨水得到有效的利用。由于透水混凝土具有良好的透水性，地表雨水很容易渗入地下，这有利于城市地下水位保持恒定。    ★改善城市的气候环境。透水混凝土具有很多的连通孔隙,下垫土壤中丰富的毛细水可以自然蒸发到空气中,有利于保持城市空气的湿度,缓解城市“干热现象”,减少城市空气的粉尘含量,同时,可以缓解城市的“热岛现象”,透水混凝土路面可降低路面温度约5℃;透水混凝土铺装还使地下动植物及微生物的生存空间得到有效的保护,城市的生态环境也因此能够得到很好的恢复。   ★降低城市交通噪音。由于透水混凝土是由一系列与外部空气相连通的多孔结构形成的构造形式，当声波入射到多孔材料表面上时，大部分声波将通过孔隙传播到材料内部，激发材料孔隙内的空气分子及组成材料的振动。   同时,由于空气之间的粘滞阻力、空气与材料之间的摩擦作用以及孔隙内空气的涨缩作用,在空气与材料之间,不断发生热交换,使相当部分的声能转化热能而消耗掉。   透水混凝土因此具有良好的吸声降噪的作用,据研究,透水性沥青路面总的降噪效果在3～5 db左右,能创造安静舒适的交通环境。     三、             大孔透水混凝土制作条件   1、原材料的要求

    2、水灰比的选取 一般水灰比的选取以能充分粘裹集料、不产生流失为原则,约在0.35-0.55间   3、浆量的选取 使用浆体充填孔隙体积的量,从总孔隙体积的30%-70%均可主要根据设计强度而定。当然随填充孔隙浆体的增加,其透水能力也随之减小。通过调整水泥浆的用量可以得到不同强度和透水性能的混凝土。   4、透水系数实验


  透水系数的求取可依据Darcy公式,使用如图的简易试验装置,量测试体长度L、截面积A并量取单位时间内之流量Q后,则可计算透水系数K=ρ×L×Q /(A×H),其中,ρ为水的密度。   5、工程应用


  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。   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15.3MPa,抗折强度3.0MPa,孔隙率21.5%,透水系数1.9cm/s的透水混凝土,成功应用在北京市南北长街道路工程中。