多孔混凝土的工作性能评价外文翻译资料

 2022-03-22 08:03

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多孔混凝土的工作性能评价

M A R Bhutta*, 马来西亚理工大学,马来西亚

K Tsuruta, 青梅Materras混凝土产业有限公司,日本

摘要

本文提出一项研究,用来评价多孔混凝土的工作性能——不离析或泌水、不需要特殊的振动设备和养护条件,并且强度高。采用三种级配的粗骨料,在最佳配合比下,掺入适量的高效减水剂和增稠剂,制备多孔混凝土,并对其性能进行评价,如坍落度,孔隙率,渗透系数,抗弯和抗压强度。此外,作者提出了自密实试验,从实际应用的角度确定,增稠剂和高效减水剂对自密实多孔混凝土的硬化性能的影响。在室温20℃,湿度60%的环境下,对养护1d、3d、7d、14d和28d的多孔混凝土进行强度测定。与普通混凝土相比,多孔混凝土具有良好的和易性、不离析泌水、强度高的特点。多孔混凝土的自密实试验结果表明,不需要特殊的压实或振动,也能具有良好的工作性能和粘聚力。

关键词:多孔混凝土的工作性;自密实;渗透系数;抗弯和抗拉强度;强度发展;总孔隙率

1 引言

上世纪80年代,多孔混凝土作为一种环保材料开发出来。从那时起,由于它多种环境效益,如控制雨水径流,恢复地下水供应,并减少水土污染,被广泛应用于日本、美国和欧洲等地[1]~[6]。具有透水、排水和保水性能的多孔混凝土被用于道路路面、人行道,公园和建筑外景,以及植物花坛和可渗透的雨水滞留设施,如沟槽,沟渠和排水沟。一般来说,采用间断级配的传统多孔混凝土(CPC)或者完全不掺细骨料,加入大小均匀的粗骨料,采用较小的水灰比制备的无砂混凝土往往工作性能较差,用于生产预制品和排水路面施工,需要振动设备进行压实并进行养护。本文的研究意义在于,对具有良好工作性能和粘聚力、不离析泌水、无需特殊的振动设备和养护,能达到较高强度的多孔混凝土(WPC)进行性能评估[7]~[8]。采用不同级配的粗骨料,在最佳配合比下,掺入适量的高效减水剂和增稠剂制备WPC,从实际应用的角度探究其可行性,从而代替CPC进行坍落度、总孔隙率、渗透系数、抗弯和抗压强度试验。作者提出了WPC的自密实试验,从实际应用的角度确定增稠剂和高效减水剂对自密实多孔混凝土的硬化性能的影响。结果表明,与CPC相比,多孔混凝土具有良好的工作性能、不离析泌水以及强度高的特点。

2 原材料

用于制备水泥浆的原材料有普通硅酸盐水泥、市售的高效减水剂(密度1.06g/cm3)和增稠剂(水溶性聚合物粉末,纤维素类,密度2.40g/cm3),三种级配的破碎粗骨料(第1组13~20mm、第2组5~13mm、第3组2.5~5mm)用于制备多孔混凝土。

3 试验过程

3.1 试样的制备

根据表1和表2中的配合比制备多孔混凝土。参考日本工业标准(JIS)多孔混凝土试样的制备方法(草案)配制试样,并对其总孔隙率、渗透系数、抗压和抗弯强度进行测定。在室温20℃下拌和混凝土混合料,制备后的试样放置一天。脱模后,将试样置于20℃、湿度60%的环境下养护28d。

表1 WPC混凝土的配合比

骨料粒径

w/c

高效

减水剂

粘聚剂

配合比(kg/m3

水泥

骨料

高效减水剂

粘聚剂

第1组13~20mm

0.3

1.0

0.60

99

300

1500

3.00

1.80

第2组 5~13mm

0.3

1.0

0.26

111

370

1398

3.70

0.96

第3组2.5~5mm

0.3

1.1

0.15

138

395

1390

4.35

0.60

表2 CPC混凝土配合比

骨料粒径

w/c

配合比(kg/m3)

水泥

骨料

第1组13~20mm

0.3

85

320

1620

第2组 5~13mm

0.3

70

260

1800

第3组2.5~5mm

0.3

89

300

1740

3.2 坍落度和坍落扩展度试验

根据JIS A1101(混凝土坍落度试验方法)和JIS A1150(混凝土坍落扩展度试验方法)进行坍落度和坍落扩展度测定。

3.3 抗弯和抗压强度试验

根据JIS A1106(混凝土抗弯强度试验方法)和JIS A1108(混凝土抗压强度试验方法)进行抗弯(10times;10times;40cm)和抗压(phi;10times;20cm)强度测定。

3.4 总孔隙率试验

根据JCI多孔混凝土总孔隙率试验方法(草案),确定其总孔隙率(phi;10times;20cm)。通过试样在水中测定的质量(m1)和空气中干燥后测定的质量(m2)之差除以试样的体积,得到总孔隙率。总孔隙率A(%)公式如下:

3.5 渗透系数试验

根据JCI多孔混凝土渗透性试验方法(草案),确定多孔混凝土的渗透系数(phi;10times;20cm)。

3.6 强度发展试验

为了测定WPC和CPC的强度发展,根据JCI多孔混凝土试样的制备方法(草案),配制抗压(phi;10times;20cm)和抗弯(10times;10times;40cm)强度试验的试样。试样置于室温20℃和湿度60%的环境下分别养护1、3、7、14和28d。

3.7 自密实试验

为了测定WPC的自密实性,作者提出了一种简单的试验方法。模具图如图1所示。WPC的配合比中只采用了两种骨料级配,分别是第2组(5~13mm)和第3组(2.5~5mm)。如图1所示,通过将多孔混凝土自由下落到PVC管(phi;10times;100cm)来测定WPC的自密实度。在制备和脱模试样后,计算WPC的表观密度、总孔隙率、渗透系数和抗压强度。表观密度的计算公式如下:

(1)

压实度的计算公式如下:

(2)

其中,D1是指多孔混凝土自由下落到模具中的表观密度;D2是根据JCI多孔混凝土试样的制备方法(草案)置于在模具中的多孔混凝土的表观密度。在室温下搅拌混凝土,将试样放置一天。之后在室温20℃和湿度60%的环境下养护28天。

顶部

从上往下第二层

透水混凝土

底部

从上往下第三层

钢板

PVC管

图1 PVC模具简易图

4 试验结果及讨论

4.1 坍落度和坍落扩展度

表3是CPC和WPC的性能比较。一般来说,CPC是采用间断级配的混凝土,其中完全不掺细骨料,加入的是粒径均匀的骨料,并且选取了较小的水灰比。因此,CPC的和易性很差。如表3和图2所示,和CPC相比,在相同水灰比下,WPC具有良好的和易性。在最佳配合比下,掺入了适量的高强减水剂和粘聚剂,使得混凝土的和易性得到很大的改善。表4是WPC和CPC各项性能的比较。

表3 CPC和WPC性能的比较

编号

CPC

WPC

(1)

和易性差

和易性好

(2)

没有粘聚性

有粘聚性

(3)

不自密实

自密实

(4)

需要振动

不需振动

(5)

孔隙率:18~25%

孔隙率:18~25%

(6)

强度低

强度高

(7)

蒸汽养护

不需要养护

图2 CPC和WPC的坍落度和坍落扩展度

表4 工作性能评估

工作性能

WPC

CPC

和易性

非常好

一般

流动性

适应性

密实性

修饰性

非常好

总体评价

非常好

4.2 总孔隙率、抗压和抗弯强度

图3和图4表明了骨料的粒径对所有多孔混凝土的总孔隙率、抗压和抗弯强度的影响,以及粘聚剂对WPC强度的影响。一般来说,骨料的级配对总孔隙率影响最明显。总孔隙率随着骨料粒径的减小而减少。可以看出,无论骨料的粒径大小,大多数的多孔混凝土的总孔隙率在18~28%范围内。此外,掺入粘聚剂会降低WPC的总孔隙率。在混合过程中,用水溶性聚合物粉末加入到水泥浆中,

由于表面活性以及水泥浆粘度的改变,改善了可工作性[9]。随着水泥浆粘度的增加,其体积也在增加,降低了骨料间的孔隙。如预期的那样,粗骨料的粒径越小,强度越高。显然,WPC的抗压和抗弯强度均高于CPC。通过在WPC的混合料中加入粘聚剂,改善了水泥浆和骨料的结合力。向WPC中加入粘聚剂会增加水泥浆的工作性,从而使骨料重叠,增加了相邻骨料间的接触面积。由于接触面积的增加,导致强度提高。更重要的是,水泥水化产物和粘聚剂的混合,造成两者贯穿布局,从而提高强度。

骨料粒径

总孔隙率/%

图3 骨料粒径对多孔混凝土孔隙率的影响

抗压强度/

MPa

抗折强度/

MPa

骨料粒径

骨料粒径

图4 骨料粒径对多孔混

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