粉煤灰的不同添加方式对透水混凝土性能的影响研究

(西昌学院 土木与水利工程学院 四川 西昌 615000)

一、引言

透水混凝土是一种具有大量连通孔隙的蜂窝状混凝土，具备良好地透气透水、吸声降噪等特性，能有效改善城市热岛效应、城市内涝、降低路面噪声。近年来，在公园步道、自行车道、停车场以及网球场等受压较小的路面得到了广泛应用。为进一步提高透水混凝土的综合性能，使其广泛应用于更多的领域，许多学者进行了大量研究，有研究表明，以粉煤灰作为矿物掺合料添加于混凝土中，可替代部分水泥，减少水泥用量，并有效改善混凝土综合性能。本文在前人的研究基础上，分别采用外掺法和内掺法添加粉煤灰，以此研究粉煤灰的不同添加方式对透水混凝土透水系数和抗压强度的影响规律，为制备优良透水混凝土提供参考。

二、试验材料及方法

试验采用P.O42.5R水泥、粉煤灰、5～10mm碎石、水及聚羧酸高效减水剂为主要原材料，水胶比为0.2，目标空隙率为21%。1m3透水混凝土中水泥：水：粗骨料=473kg：96.3kg：1410kg，减水剂为4.73kg，以此配合比为基础，分别采用外掺法和内掺法添加粉煤灰。外掺法是在保持水泥用量不变的情况下，分别添加水泥质量2%、4%、6%、8%、10%的粉煤灰(为避免目标空隙率发生较大变化，添加量控制在10%以内)；内掺法是在保持水胶比不变的情况下，分别添加胶凝材料质量2%、4%、6%、8%、10%、15%和20%的粉煤灰，等量替代水泥。搅拌工艺采用一次性投料机械搅拌2.5min；成型工艺为机械振捣成型15s；自然状态下水中养护28d。采用NELD-PC376透水系数测定仪测试透水系数，万能试验机测试抗压强度。

三、试验结果及分析

(一)透水系数

图1为分别采用外掺法和内掺法添加粉煤灰所得试块的透水系数变化曲线。由图可知，两种添加方式对透水混凝土的透水系数产生了相似的影响规律，均随着粉煤灰添加量的增加，透水系数先增大后降低。采用外掺法时，当粉煤灰添加量为水泥质量8 %时，透水系数达到最大，为22.14 mm/s；采用内掺法时，当粉煤灰添加量为胶凝材料质量15%时，透水系数达到最大，为25.03 mm/s。这可能是因为不论采用外掺法还是内掺法，粉煤灰的适量添加，均可使透水混凝土中的浆体变得更粘稠，在振捣成型过程中浆体越不容易从粗骨料表面脱落而堵塞部分空隙，因此透水系数越大。但当粉煤灰的添加超过一定量时，粉煤灰对透水混凝土空隙的填充效应起了主导作用，导致空隙率明显下降，因此透水系数逐渐降低。而外掺法和内掺法在不同位置出现峰值的原因，在于采用外掺法添加对透水混凝土的空隙具有更明显的填充作用，外掺法添加时混凝土空隙率下降更快，因此透水系数更早出现峰值。

图1 粉煤灰的不同添加方式对透水系数的影响

(二)抗压强度

图2为分别采用外掺法和内掺法添加粉煤灰所得试块的抗压强度变化曲线。由图可知，两种方式添加粉煤灰对抗压强度产生了不同规律的影响；采用外掺法时，抗压强度逐渐上升，当添加量为水泥质量10%时达到最大，为27.45 MPa；而采用内掺法时，抗压强度先增大后降低，当添加量为胶凝材料质量15 %时达到最大，为23.22 MPa。分析原因，可能是由于外掺法添加2～10%的粉煤灰时，透水混凝土的粘聚性得到改善，且由于粉煤灰的填充效应，使混凝土的空隙率下降，密实度上升，从而提高了抗压强度；内掺法添加粉煤灰时，当粉煤灰添加量少于15%时，由于粉煤灰的比表面积大于水泥的比表面积，随着粉煤灰添加量的增多，单位用水量减少，胶凝材料浆体变稠，透水混凝土的粘聚性变好，抗压强度更高，但当粉煤灰添加量超过15%时，虽然具有一定的填充效应，但由于胶凝材料比表面积的进一步增大，导致单位水量显著减少，甚至不能使胶凝材料充分分散开来以包裹粗骨料表面，导致透水混凝土粘聚性下降，抗压强度下降。

图2 粉煤灰的不同添加方式对抗压强度的影响

四、结论

(1)采用外掺法添加粉煤灰时，透水系数先增大后降低，抗压强度则逐渐上升，当添加量为水泥的10%时，抗压强度达到最大，为27.45 MPa，透水系数为15.26mm/s。

(2)采用内掺法添加粉煤灰时，透水系数和抗压强度均呈现先增大后降低的趋势，均在添加量为胶凝材料的15 %时达到最大，分别为25.03 mm/s和23.22 MPa。

(3)当粉煤灰添加量少时，采用外掺法比内掺法对透水混凝土抗压强度和透水系数的改善更显著。采用内掺法添加适量粉煤灰，可同时提高透水系数和抗压强度。