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【摘 要】 水泥混凝土路面耐久性好,强度高,加上板块整体性强成为路面建设中的不错选择。近些年来很多的研究者对路面多孔水泥混凝土制备技术的分析是非常常见的,对其原材料选择、配合比设计、结构模式与形成条件都有涉及。
【摘 要】 路面;多孔水泥混凝土;制备技术
在路面建设中经常能够看到的就是水泥混凝土路面,这种路面一般说来耐久性好,强度高,加上板块整体性强成为路面建设中的不错选择。但是使用中也造成了不少的问题,其中最为常见的就是噪声较大,比普通沥青路面高3~5dB;路面抗滑性能衰减快,横槽式抗滑构造容易被磨平。在这种情况下,人们对路面质量和功能性路面有了更高的期待,多孔混凝土就出现了。这种结构具有很多的优势,内部结构上具有透水性,表面随机凸凹起伏可以抗滑,需要将特殊级配骨料和水、水泥配制成蜂窝状结构。成功制备路面多孔混凝土是需要施工者进行认真把握,因为多孔混凝土制备与普通混凝土不同,其原材料选择、配合比设计、结构模式与形成条件都是很有讲究的,很多国家的研究者对此进行了探讨。
一、结构模式与组成材料
多孔混凝土的结构模式与组成材料来看,有研究者认为传统的多孔混凝土存在着耐久性差、孔隙率过大、对粗骨料颗粒的握裹能力不足等现状。而多孔混凝土形成必须具备以下的基本条件。骨料粒径和用量适中,要保证水泥浆用量和稠度合理,混凝土成型方法能保证目标孔隙率[1]。
多孔混凝土孔隙率的选择,是目前研究界争议较大的一个问题,中国的研究者郝静华[2]认为多孔混凝土配合比设计的有效孔隙率为 20%~30%,韩国Seung Bum Park 等人[3]认为配制的多孔混凝土孔隙率达应该25%;霍亮[4]推荐透水性混凝土的水灰比范围为 0.2~0.25,目标孔隙率为15%~18%。
二、工作性试验与评价方法
对于多孔混凝土工作性试验与评价方法也是研究者比较关注的一个方面。有分析认为可以以富余浆量法评价多孔混凝土工作性分析影响多孔混凝土工作性的因素,其他多因素正交设计试验和数据回归分析,评价免振捣多孔混凝土的工作性。还有的分析认为[5]无需测试坍落度,只要目测判断所有颗粒均形成平滑的包覆层就够了。对于多孔混凝土的配合比设计重,有研究者[6]认为可以参照国外经验和泰波公式,以有效粒径和均匀系数作为描述骨料级配的有效指标。在正交试验设计中可以考察水灰比、水泥用量及骨料级配因素等。陶卓辉[7]利用填充包裹理论在自己的试验中进行分析,对于级配、水灰比、增强剂、孔隙率等因素建立了与多孔混凝土强度的关系,计算宣泄气体能力最佳的级配和有效孔隙率,确定合适水灰比,并适度掺加硅灰提高强度。还有研究者[8]根据不同水平下混凝土的稠度状态来测定孔隙率、抗压强度、渗透系数等技术指标,试图寻找一个合理稠度状态配合比。认为成熟的多孔混凝土配合比设计方法中孔隙率是多孔混凝土的关键指标,配合比设计思路和配合比参数通过优选得出,这样涉及试验工作量较少、无重复性工作。
三、室内成型工艺
有一些研究者关注了多孔混凝土室内成型工艺,但是目前这个方面并没有定论。张鹏飞等[9]推荐室内采用静压成型,因为所有成型方法得到的试件孔隙率分布不均匀,实验证明现场光轮碾和压、静压成型结果比较一致。还有人[10]分析,同孔隙率条件下抗折强度较高这项结论是通过静压法加压时间、不同压力、恒压时间的对比得出来的,加压时间10s与3MPa压力、恒压90s实测孔隙率满足要求。田波等人[11]对比重型击实法、静压法、插捣法和振动法,指出上置式振动成型试件与现场振动压路机的施工效果相近,对此李学军[12]有不同的看法,试件成型振动时间小于30s易成拱,大于60s水泥浆就会脱离骨料跑掉。广西交通研究所[13]推荐使用插捣法,认为插捣法得到的试件较为均匀,且不会破坏粗骨料颗粒。
四、制备技术的完善
多孔混凝土制备技术在实践中也是存在着不少的问题,一方面水泥石胶结层界面过渡区与普通多孔混凝土粗骨料的粗糙孔隙结构大,另一方面在低水灰比、低水泥用量条件下拌合物粗糙,而高水灰比时又易淌浆离析。
这这方面比较成功的杨静、蒋国梁的方法。[14]他们研制出了力学性能符合国家建材行业标准要求,制得的路面砖抗压强度可以达到 35 MPa 以上。采用小粒径骨料,有机增强剂,矿物细掺料等方法,同时保证混凝土道路材料的良好透水性,配合使用高效减水剂。还有研究认为影响透水性混凝土材料强度的主要因素是粗骨料的种类和级配、水灰比,通過对这些因素的观察测验,定量分析,他们制备出了满足一般工程需要的透水性混凝土,强度达到30MPa,渗透性在1mm/s 以上[15]。而有其他研究[16]认为确定最佳无机复合胶凝材料搭配和聚灰比参数是一个重要的内容,可以选择粉煤灰和极细的硅粉作为阻塞孔隙的微填料,这样小孔、微孔含量增多,内部结构均匀密实,硬化浆体大孔减少,水化生成物致密而数量多,抗折强度和耐磨性均显著提高。
多孔混凝土表面构造要想发挥表面最佳抗滑和吸声功能,就必须考虑在多孔混凝土制备过程中对参数进行优化设计,表面的半封闭空间和凸凹的抗滑构造可以取得一定吸声效果。有研究者[17]基于路面构造与轮胎-路面噪音模型设计了路面构造各参数的优化组合,将路面表面功能性、抗滑设计、路面构造特征等进行了仔细的考虑,并实测多孔混凝土试件断面轮廓线分数维。从优化路面构造的角度提出了很多的建议,不同胶凝材料体系制备的多孔混凝土,一般不会对其表面构造参数产生明显影响;应选择粗糙碎石,卵石骨料不能制备多孔混凝土,单位体积粗骨料用量约0.96 左右,粒径 5~10mm 左右比较合理。
参考文献
[1][15] 陈瑜,吴学毅.多孔水泥混凝土路面的分形特征与构造参数[J].长沙理工大学学报:自然科学版,2007(3):13-17
[2] 郝静华.多孔混凝土原材料技术要求、成型方法及集料级配设计[J].公路交通科技:应用技术版,2007(2):46-50
[3] SEUNG B P,DAE S S,JUN L.Studies on the sound absorption characteristics of porous concrete based on the content of recycled aggregate and target void ratio[J].Cement and Concrete Research,2005(35):1846-1854
[4] 霍亮.透水性混凝土路面材料的制备及性能研究[D].南京:东南大学硕士学位论文,2004
[5] 李学军,王明祥.无砂多孔混凝土试验研究[J].西北水资源与水工程,1997(4):28-31
[6] 刘孝明.低噪音水泥混凝土路面的研究现状及前景分析[J].公路与汽运,2005(4):72-74
[7] 陶卓辉.多孔水泥混凝土路面材料设计及性能研究[D].南京:东南大学硕士学位论文,2006
[8][16] 刘叶锋,朋改非,易全新等.高强透水性混凝土材料试验研究[J].混凝土,2005(3):56-58
[9] 张鹏飞.路面内部排水系统研究[D].上海:同济大学博士学位论文,1999
[10][17] 霍亮.透水性混凝土路面材料的制备及性能研究[D].南京:东南大学硕士学位论文2004
[11] 田波,牛开民,谭华,等.多孔贫混凝土排水基层材料室内成型方法的研究[J].公路,2006(1):150-154
[12] 李学军,王明祥.无砂多孔混凝土试验研究[J].西北水资源与水工程,1997(4):28-31
[13][14] 杨静,蒋国梁.透水性混凝土路面材料强度的研究[J].混凝土,2000(10):27-30
【摘 要】 路面;多孔水泥混凝土;制备技术
在路面建设中经常能够看到的就是水泥混凝土路面,这种路面一般说来耐久性好,强度高,加上板块整体性强成为路面建设中的不错选择。但是使用中也造成了不少的问题,其中最为常见的就是噪声较大,比普通沥青路面高3~5dB;路面抗滑性能衰减快,横槽式抗滑构造容易被磨平。在这种情况下,人们对路面质量和功能性路面有了更高的期待,多孔混凝土就出现了。这种结构具有很多的优势,内部结构上具有透水性,表面随机凸凹起伏可以抗滑,需要将特殊级配骨料和水、水泥配制成蜂窝状结构。成功制备路面多孔混凝土是需要施工者进行认真把握,因为多孔混凝土制备与普通混凝土不同,其原材料选择、配合比设计、结构模式与形成条件都是很有讲究的,很多国家的研究者对此进行了探讨。
一、结构模式与组成材料
多孔混凝土的结构模式与组成材料来看,有研究者认为传统的多孔混凝土存在着耐久性差、孔隙率过大、对粗骨料颗粒的握裹能力不足等现状。而多孔混凝土形成必须具备以下的基本条件。骨料粒径和用量适中,要保证水泥浆用量和稠度合理,混凝土成型方法能保证目标孔隙率[1]。
多孔混凝土孔隙率的选择,是目前研究界争议较大的一个问题,中国的研究者郝静华[2]认为多孔混凝土配合比设计的有效孔隙率为 20%~30%,韩国Seung Bum Park 等人[3]认为配制的多孔混凝土孔隙率达应该25%;霍亮[4]推荐透水性混凝土的水灰比范围为 0.2~0.25,目标孔隙率为15%~18%。
二、工作性试验与评价方法
对于多孔混凝土工作性试验与评价方法也是研究者比较关注的一个方面。有分析认为可以以富余浆量法评价多孔混凝土工作性分析影响多孔混凝土工作性的因素,其他多因素正交设计试验和数据回归分析,评价免振捣多孔混凝土的工作性。还有的分析认为[5]无需测试坍落度,只要目测判断所有颗粒均形成平滑的包覆层就够了。对于多孔混凝土的配合比设计重,有研究者[6]认为可以参照国外经验和泰波公式,以有效粒径和均匀系数作为描述骨料级配的有效指标。在正交试验设计中可以考察水灰比、水泥用量及骨料级配因素等。陶卓辉[7]利用填充包裹理论在自己的试验中进行分析,对于级配、水灰比、增强剂、孔隙率等因素建立了与多孔混凝土强度的关系,计算宣泄气体能力最佳的级配和有效孔隙率,确定合适水灰比,并适度掺加硅灰提高强度。还有研究者[8]根据不同水平下混凝土的稠度状态来测定孔隙率、抗压强度、渗透系数等技术指标,试图寻找一个合理稠度状态配合比。认为成熟的多孔混凝土配合比设计方法中孔隙率是多孔混凝土的关键指标,配合比设计思路和配合比参数通过优选得出,这样涉及试验工作量较少、无重复性工作。
三、室内成型工艺
有一些研究者关注了多孔混凝土室内成型工艺,但是目前这个方面并没有定论。张鹏飞等[9]推荐室内采用静压成型,因为所有成型方法得到的试件孔隙率分布不均匀,实验证明现场光轮碾和压、静压成型结果比较一致。还有人[10]分析,同孔隙率条件下抗折强度较高这项结论是通过静压法加压时间、不同压力、恒压时间的对比得出来的,加压时间10s与3MPa压力、恒压90s实测孔隙率满足要求。田波等人[11]对比重型击实法、静压法、插捣法和振动法,指出上置式振动成型试件与现场振动压路机的施工效果相近,对此李学军[12]有不同的看法,试件成型振动时间小于30s易成拱,大于60s水泥浆就会脱离骨料跑掉。广西交通研究所[13]推荐使用插捣法,认为插捣法得到的试件较为均匀,且不会破坏粗骨料颗粒。
四、制备技术的完善
多孔混凝土制备技术在实践中也是存在着不少的问题,一方面水泥石胶结层界面过渡区与普通多孔混凝土粗骨料的粗糙孔隙结构大,另一方面在低水灰比、低水泥用量条件下拌合物粗糙,而高水灰比时又易淌浆离析。
这这方面比较成功的杨静、蒋国梁的方法。[14]他们研制出了力学性能符合国家建材行业标准要求,制得的路面砖抗压强度可以达到 35 MPa 以上。采用小粒径骨料,有机增强剂,矿物细掺料等方法,同时保证混凝土道路材料的良好透水性,配合使用高效减水剂。还有研究认为影响透水性混凝土材料强度的主要因素是粗骨料的种类和级配、水灰比,通過对这些因素的观察测验,定量分析,他们制备出了满足一般工程需要的透水性混凝土,强度达到30MPa,渗透性在1mm/s 以上[15]。而有其他研究[16]认为确定最佳无机复合胶凝材料搭配和聚灰比参数是一个重要的内容,可以选择粉煤灰和极细的硅粉作为阻塞孔隙的微填料,这样小孔、微孔含量增多,内部结构均匀密实,硬化浆体大孔减少,水化生成物致密而数量多,抗折强度和耐磨性均显著提高。
多孔混凝土表面构造要想发挥表面最佳抗滑和吸声功能,就必须考虑在多孔混凝土制备过程中对参数进行优化设计,表面的半封闭空间和凸凹的抗滑构造可以取得一定吸声效果。有研究者[17]基于路面构造与轮胎-路面噪音模型设计了路面构造各参数的优化组合,将路面表面功能性、抗滑设计、路面构造特征等进行了仔细的考虑,并实测多孔混凝土试件断面轮廓线分数维。从优化路面构造的角度提出了很多的建议,不同胶凝材料体系制备的多孔混凝土,一般不会对其表面构造参数产生明显影响;应选择粗糙碎石,卵石骨料不能制备多孔混凝土,单位体积粗骨料用量约0.96 左右,粒径 5~10mm 左右比较合理。
参考文献
[1][15] 陈瑜,吴学毅.多孔水泥混凝土路面的分形特征与构造参数[J].长沙理工大学学报:自然科学版,2007(3):13-17
[2] 郝静华.多孔混凝土原材料技术要求、成型方法及集料级配设计[J].公路交通科技:应用技术版,2007(2):46-50
[3] SEUNG B P,DAE S S,JUN L.Studies on the sound absorption characteristics of porous concrete based on the content of recycled aggregate and target void ratio[J].Cement and Concrete Research,2005(35):1846-1854
[4] 霍亮.透水性混凝土路面材料的制备及性能研究[D].南京:东南大学硕士学位论文,2004
[5] 李学军,王明祥.无砂多孔混凝土试验研究[J].西北水资源与水工程,1997(4):28-31
[6] 刘孝明.低噪音水泥混凝土路面的研究现状及前景分析[J].公路与汽运,2005(4):72-74
[7] 陶卓辉.多孔水泥混凝土路面材料设计及性能研究[D].南京:东南大学硕士学位论文,2006
[8][16] 刘叶锋,朋改非,易全新等.高强透水性混凝土材料试验研究[J].混凝土,2005(3):56-58
[9] 张鹏飞.路面内部排水系统研究[D].上海:同济大学博士学位论文,1999
[10][17] 霍亮.透水性混凝土路面材料的制备及性能研究[D].南京:东南大学硕士学位论文2004
[11] 田波,牛开民,谭华,等.多孔贫混凝土排水基层材料室内成型方法的研究[J].公路,2006(1):150-154
[12] 李学军,王明祥.无砂多孔混凝土试验研究[J].西北水资源与水工程,1997(4):28-31
[13][14] 杨静,蒋国梁.透水性混凝土路面材料强度的研究[J].混凝土,2000(10):27-30