預(yù)拌透水混凝土制備技術(shù)與施工工藝

透水混凝土是由粗骨料及其表面均勻包裹的水泥和增強(qiáng)料混合的膠結(jié)料漿相互粘結(jié)，并經(jīng)水化硬化后形成的具有孔穴均勻分布、連續(xù)孔隙結(jié)構(gòu)的蜂窩狀混凝土，其最大的特點(diǎn)是含有較高的連通孔隙，具有良好的透氣性和透水性，用于鋪筑道路、廣場、人行道路等，能夠擴(kuò)大城市的透水、透氣面積，增加行人、行車的舒適性和安全性，減少交通噪聲，減輕城市內(nèi)澇，對調(diào)節(jié)城市空氣的溫度和濕度、維持地下土壤的水位和生態(tài)平衡具有重要的作用。

 

 

 

目前國內(nèi)對常規(guī)現(xiàn)拌透水混凝土及其性能的影響因素做了大量研究，而對透水混凝土預(yù)拌化生產(chǎn)及其施工工藝方面研究較少。預(yù)拌透水混凝土的特點(diǎn)是集中拌制、商品化供應(yīng)、將透水混凝土從備料、拌制到運(yùn)輸?shù)囊幌盗协h(huán)節(jié)，從傳統(tǒng)的施工現(xiàn)場分離出來，成為一種商品，是透水混凝土生產(chǎn)及施工技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。本文基于某廠區(qū)內(nèi)透水混凝土試驗路段工程進(jìn)行預(yù)拌化生產(chǎn)及其施工工藝研究，研究影響透水混凝土預(yù)拌化生產(chǎn)和施工的重要因素———坍落度，探索預(yù)拌透水混凝土施工的主要過程，為透水混凝土預(yù)拌化生產(chǎn)以及施工提供技術(shù)參數(shù)。

 

 

 

拌合物流動性是影響透水混凝土預(yù)拌化生產(chǎn)的重要因素，預(yù)拌透水混凝土的施工必須要有合適的流動性。透水混凝土流動性指標(biāo)可以用坍落度表示，這一坍落度不是指新拌透水混凝土出機(jī)時的坍落度，而是指透水混凝土拌合物送達(dá)工地后澆筑時的坍落度。因此，對運(yùn)輸過程中拌合物的坍落度損失必須要有充分的估計，并以此為依據(jù)，確定出機(jī)時透水混凝土的坍落度、坍落度損失控制指標(biāo)、凝結(jié)時間等性能，確保到達(dá)工地后透水混凝土拌合物的性能滿足施工要求。

 

 

 

水泥的水化過程是熟料礦物與水的反應(yīng)過程，在這一過程中，熟料礦物、水及水化產(chǎn)物形成了均勻的漿體體系且具有一定的流動性[5]。同時，由于水化產(chǎn)物形成并逐漸增多，使得固相增多，固體粒子相互聯(lián)結(jié)，液相減少，新拌透水混凝土的流動性逐漸減小。新拌透水混凝土的坍落度損失與水泥的水化過程有著密切的關(guān)系。水泥的水化速度越快，透水混凝土拌合物的坍落度損失也就越大。而水化速度的快慢可以通過其強(qiáng)度增長速度表現(xiàn)出來，在相同條件下，水泥越細(xì)，水化速度越快，強(qiáng)度增長速度越快，因而水泥越細(xì)，透水混凝土拌合物的坍落度損失也就越大。

 

 

 

骨料占透水混凝土質(zhì)量的80%左右，骨料性能對透水混凝土性能的影響很大。通常情況下，骨料不與水反應(yīng)，但它可以吸附水分子。在不受任何限制時，水分子可以自由運(yùn)動，表現(xiàn)出液體性質(zhì)；當(dāng)水分子吸附到骨料顆粒表面后，水分子的運(yùn)動受到骨料的限制，從而表現(xiàn)出固體性質(zhì)。由于骨料表面吸附了一定量的水，被吸附的水表現(xiàn)為固體性質(zhì)，相應(yīng)的具有液體性質(zhì)的水減少，拌合物的流動性隨之減小。因此，骨料對水的吸附作用會導(dǎo)致新拌透水混凝土的坍落度損失。

 

 

 

骨料對透水混凝土拌合物坍落度損失的影響與吸水速率有關(guān)。如果吸水速率過快，吸水過程在攪拌階段就已經(jīng)基本完成，透水混凝土拌制后，骨料不表現(xiàn)出明顯的吸水作用，因而也就不表現(xiàn)出明顯的坍落度損失。這一類型的骨料僅僅影響混拌制時的用水量，而不影響新拌透水混凝土的坍落度損失。如果骨料的吸水速率較快，主要集中在拌和物出機(jī)至運(yùn)送到施工現(xiàn)場，則會顯著影響透水混凝土拌合物的坍落度損失。如果骨料的吸水速度很慢，在拌制后的數(shù)小時內(nèi)僅吸附少量的水，大部分水是在以后的一個較長時間內(nèi)吸附，這一類型的骨料不僅不影響透水混凝土的拌制用水量，而且對拌合物坍落度損失的影響也不大。

 

 

 

采用42.5級普通硅酸鹽水泥，5～10mm碎石，江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸型減水劑，按m(水泥)∶m(粗骨料)∶m(水)=420∶1620∶105的比例制備透水混凝土，環(huán)境溫度為20℃，通過調(diào)整減水劑摻量來控制透水混凝土拌合物的初始坍落度，減水劑摻量分別為水泥質(zhì)量的0.3%、0.6%和0.9%，研究坍落度經(jīng)時損失變化。

 

 

 

摻入減水劑可以顯著降低水泥漿體的屈服應(yīng)力和粘度，因而可以增大新拌透水混凝土的流動性，或者在保持流動性不變的情況下減少用水量[10]。但是，減水劑降低水泥漿體的屈服應(yīng)力和粘度的作用常常隨時間有較大的變化。圖1表明，隨著時間的延長，這種作用明顯削弱，從而使透水混凝土拌合物的流動性迅速減小，導(dǎo)致新拌混凝土產(chǎn)生較大的坍落度損失。

 

 

 

另外，由于透水混凝土僅使用單一級配且粒徑較大的粗骨料，新拌透水混凝土漿體的流動性對減水劑，特別是摻入高效減水劑后較為敏感，在減水劑摻量稍高一些時，拌合物漿體流動度增大的同時容易和骨料離析，砌體底部會產(chǎn)生如圖2所示的漏漿、堵孔現(xiàn)象，從而影響透水混凝土的透水效果。

 

 

 

為了提高透水混凝土拌合物的流動性，確保實(shí)現(xiàn)預(yù)拌化生產(chǎn)，同時保證拌合物骨料具有一定的掛漿能力，試驗采用了江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供的PRC透水混凝土增強(qiáng)劑，研究其對拌和物流動性的影響，采用與1.3相同的基礎(chǔ)配合比，分別摻入10kg/m3的PRC增強(qiáng)劑或水泥質(zhì)量1%的聚羧酸型減水劑。

 

 

 

摻入聚羧酸型減水劑時，透水混凝土拌合物隨著時間的延長，坍落度逐漸減小且坍落度損失逐漸增大，拌合物出機(jī)至100min時坍落度由160mm降低到40mm，坍落度損失約75%，尤其在60~100min時，坍落度從110mm降低到40mm，坍落度損失幅度最大；而摻PRC增強(qiáng)劑的透水混凝土拌合物初始坍落度較添加聚羧酸型減水劑的增大且坍落度損失較慢，從攪拌出鍋到120min后坍落度從200mm降低到170mm，坍落度損失僅為15%，在1～2h后仍然能滿足運(yùn)輸及施工需要。

 

 

可以看出，拌合物成型后再倒出時，砌塊底部未出現(xiàn)漏漿和堵孔的現(xiàn)象，說明該增強(qiáng)劑提高拌合物坍落度的同時還使骨料具有較高的掛漿性能。

 

 

 

綜合上述分析可知，水泥的水化速率、骨料對水的吸附性能對透水混凝土拌合物的坍落度具有一定的影響。減水劑可以顯著增大新拌透水混凝土的坍落度，但也會導(dǎo)致新拌透水混凝土產(chǎn)生較大的坍落度損失，透水混凝土拌合物坍落度對減水劑尤其是高效減水劑較敏感，若減水劑摻量稍大則會使?jié){體與骨料離析，產(chǎn)生砌體底部堵孔現(xiàn)象。PRC增強(qiáng)劑能夠有效提高拌合物坍落度，且使拌合物在2h以內(nèi)具有較小的坍落度損失，同時還可使骨料具有較高的掛漿性能。

 

 

 

將預(yù)拌透水混凝土制備及施工方法應(yīng)用于某工程試驗路段，該路段為人行道用透水混凝土路段，道路寬3m，長約30m，總鋪裝面積約100m2。設(shè)計要求為：30cm級配碎石底層+20cm透水混凝土基層，強(qiáng)度等級C20+10cm彩色透水混凝土面層，強(qiáng)度等級C30，且2層透水混凝土的透水系數(shù)均大于0.5mm/s。

 

 

 

使用上述42.5級普通硅酸鹽水泥；骨料(石)采用5～10mm和10～20mm單一粒級碎石，分別用于鋪設(shè)面層和基層透水混凝土，骨料壓碎值指標(biāo)為9.2%，緊密堆積密度分別為1654、1633kg/m3，嚴(yán)格控制石子的針片狀含量＜15%；增強(qiáng)劑使用江蘇蘇博特新材料股份有限公司提供的PRC型透水混凝土增強(qiáng)劑；顏料使用上海一品氧化鐵無機(jī)顏料；罩面劑使用雙丙聚氨酯罩面劑。經(jīng)計算和試驗確定配合比如表3所示。

 

 

 

透水混凝土施工工藝流程分別為：(1)路基整平，路基壓實(shí)度應(yīng)大于90%；(2)碎石墊層鋪設(shè)：級配碎石鋪裝宜采用連續(xù)級配碎石、礫石，最大粒徑不宜超過37.5mm，并進(jìn)行壓實(shí)；(3)模板支護(hù)：基層與面層應(yīng)分別進(jìn)行支護(hù)；(4)拌制和運(yùn)輸：采用預(yù)拌透水混凝土生產(chǎn)模式，確保混凝土質(zhì)量穩(wěn)定；(5)基層鋪設(shè)：透水混凝土運(yùn)輸至攤鋪現(xiàn)場后，立即使用鋁刮尺刮平，再用振平機(jī)分2～3次往返壓實(shí)，最后用抹平機(jī)抹平，邊角部位采用人工進(jìn)行壓實(shí)，可養(yǎng)護(hù)7d后或立即進(jìn)行面層鋪設(shè)；(6)面層鋪設(shè)：施工方法與基層相同，但平整度要求更高，且不同顏色的透水混凝土面層應(yīng)分開攪拌；(7)覆膜養(yǎng)護(hù)：應(yīng)在彩色面層混凝土終凝后立即進(jìn)行覆膜養(yǎng)護(hù)，次日灑水養(yǎng)護(hù)至7d；(8)罩面劑噴涂：應(yīng)采用無氣噴涂機(jī)將雙丙聚氨酯罩面劑噴涂于表面，噴涂用量為3～5m2/kg。

 

 

 

應(yīng)用過程中，PRC增強(qiáng)劑的作用突出：(1)保證了采用普通混凝土的生產(chǎn)方式進(jìn)行透水混凝土生產(chǎn)；(2)保證了透水混凝土的黏聚性和流動性，使預(yù)拌透水混凝土成為可能；(3)可保證運(yùn)輸時間2h左右仍可進(jìn)行施工。

 

 

 

 

為了保證透水混凝土工程的正常施工，并保證施工質(zhì)量，建議采用預(yù)拌化生產(chǎn)的透水混凝土供應(yīng)商做好以下工作：

(1)反復(fù)試驗并充分驗證不同種類及標(biāo)號的水泥在不同配合比及不同運(yùn)輸溫度條件下坍落度的經(jīng)時損失規(guī)律。

(2)透水混凝土骨料占組分比率大，對水的吸附作用會導(dǎo)致新拌透水混凝土的坍落度損失，應(yīng)對使用的粗骨料的吸水性能做好充分試驗研究。

(3)摻入減水劑或增強(qiáng)劑來調(diào)整透水混凝土流動性能時應(yīng)控制好摻量，且需驗證減水劑或增強(qiáng)劑與水泥的適應(yīng)性關(guān)系。

(4)根據(jù)運(yùn)輸距離和城市的交通情況充分估計透水混凝土從供應(yīng)商到施工工地的運(yùn)輸時間，供應(yīng)商應(yīng)根據(jù)自身情況確定一個預(yù)拌透水混凝土的供應(yīng)范圍。