植草砖

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高强混凝土透水砖的研制——里面还有原料配比

发布者:荣基彩砖 发布日期:2017-06-05 02:06:23

  随着城市水资源的不断匮乏,以及城市环境人性化的追求,透水性路面砖技术的研发引起了研究混凝土制品的学者、专家和社会的关注。国内部分学术 报刊,已刊登了很多有实际意义的文章,部分技术已 经应用到实际生产中,已有厂家相继投产。然而, 此类 产品在实际应用中存在抗压强度偏低的问题,这是生 产厂家面临的主要难题之一;同时如何进行合理铺装工艺设计,是有效利用其透水功能的关键所在。根据在试验过程中的体会,本文阐述了制备高强混凝土透水砖的诸多影响因素、 城市铺装材料的应用前景,以及铺装工艺设计中的注意事项, 以供交流、探讨。

  1、试验研究

  高强混凝土透水砖,是指具有较高抗压强度的混凝土铺地砖,并能够承受较大的载荷,同时还能使 水经过混凝土砖表面渗透到下面乃至地下。它是以水泥和特殊级配的骨料为主要原料,掺加适量的化学外加剂,通过混合、搅拌,经振动加压或其它成型工艺制成,在具有较高强度的同时,又具有较理想的连通孔 隙(一般约为15%)。其抗压强度应大于30MPa, 透水系数应不小于0.01cm/s,面层料可有可无。

  1.1 试件的制备

  1) 水泥:普通42.5级硅酸盐水泥。

  2) 骨料:本试验中采用三种石英砂骨料, 见表1。

  3) 化学外加剂: 具有提高混凝土的强度等性能。

  试件的制备采用标准试模,以100mm× 100mm× 100mm的尺寸制备抗压试体以及透水试体;将一定量 的混合料搅拌均匀后装入试模中,经振动、压制成型, 成型24h后脱模,然后在室温23± 2℃、湿度50%以上的 条件下养护7d, 随后自然养护至28d龄期, 进行测试。

  1.2 性能测试

  1.2.1 抗压强度

  用压力试验机按照 《透水砖》 JC/T945-2005标准中 抗压强度方法检测试体,受压面积为100mm× 100mm, 加荷速率为0.4MPa/s~0.6MPa/s,均匀连续加荷,直至试体破坏, 记录试体破坏时的荷载。抗压强度取6块试体结果的平均值。

  1.2.2 透水系数

  根据JC/T945-2005标准中混凝土透水测试原理, 自行设计制作透水系数测试仪。测试时将预先浸泡的 滚蜡试体置入测试仪中,然后用橡皮泥密封测试仪与 试体之间的接缝;测试时给测试仪中加水至一定水位,并控制水的流入量,维持一定的水位,透过试体渗水,待渗透水流量稳定后,用量筒测定一定时间段的透水量。

  透水系数按照下式计算:

  KT = (Q·L) / (A·H· t) 式中:

  KT—(温度T为15℃)试体的透水系数, cm/s;

  Q—时间t秒内的渗水量, ml;

  L—试体的厚度, cm;

  A—试体的上表面积, cm2;

  H—水位差, cm;

  t—时间, s。

  结果以3块试体的平均值表示,计算精确至1.0× 10-3cm/s。

  2、结果与讨论

  以下实验方案采用正交法设计高强混凝土透水砖的配合比。

  2.1 确定实验指标

  抗压强度、透水系数。

  2.2 挑选因素、选取水平

  考察三个因素:水灰比、骨灰比、骨料粒径。 每个因素取三个水平: 水灰比: 0.22、 0.24、 0.26。 骨灰比: 3.2、 3.5、 3.8。 骨料粒径 : 0.63mm ~ 1.25mm、 1.25mm ~ 2.5mm、 2.5mm~ 5.0mm。 因素、水平表见表2。

  2.3 确定正交表

  根据水平及因素个数,本试验选取4因素3水平的正交表L9。见表3。

  2.4 实验方案

  实验方案见表4。

  2.5 实验结果分析

  将试验分析结果列于 表5。表6中K1、 K2、 K3为表5 中1、 2、 3列因素在相同水 平值所对应的实验结果的 和; K01、 K02、 K03是与K1、 K2、 K3值相对应的平均值; R为该 列的极差,其计算方法可参阅文献。由表不难看出:

  1)根据各列的极差R分析,制备高强 透水砖时,骨灰比是主要影响因素,其次 是骨料粒径,再次是水灰比。各因素的主次关系是:

  由主到次:骨灰比——骨料粒径——水灰比

  2)从K0值可见:在一定范围内,随着 水灰比的增大,透水砖的强度也是增大 的,透水系数的趋势则相反;水灰比在0.25~ 0.26之间时满足透水性能要求。随着骨灰比的增 大其强度降低, 透水系数则增大;骨灰比3.2时,强度达 到最大值。随着骨料粒径的增大则其强度先增大后减 小,透水系数随骨料粒径的增大逐渐增大,粒径为 2.5mm~ 5.0mm时出现了强度最大值。

  综合分析:

  ①为了制作出满足透水要求且强度较高 的透水砖, 水灰比的选择仅在一定范围内有作用,其大 小既要符合能够完全润湿水泥,使其较好的包裹骨料, 又要保证水泥浆体不流淌、 保留孔隙即可。

  ②骨灰比的 确定在提供强度上具有相当重要的地位, 骨灰比的大小 决定了透水砖是否能够达到相当大的抗压强度, 而抗压 强度是由水泥浆是否能够在骨粒间形成厚度适中的黏 结层决定的,但其对透水系数的影响是相互矛盾的; 较 小的骨灰比使单位体积中水泥用量大大提高, 产生的浆 料会形成密实封闭的整体从而不透水或透水很小。因此 合适的骨灰比在配合比设计中尤为重要。

  ③三个因素 中, 骨料粒径是提供较大的孔隙率的充分条件,只有在 骨料满足能够提供较大的孔隙率的前提下, 才能确保在 水泥掺入量较大的同时, 仍能使制品具有较高的连通孔 隙率。可以得出结论: 制造出满足各项性能要求的透水 砖, 三者的合理搭配是成功的关键所在。

  2.6 试验结论

  从以上试验结果得出,在合理的骨料粒径、水灰 比、 骨灰比等条件下, 可以制作出满足要求的混凝土透 水砖;在本试验条件下,通过验证获得的最优化条件 为: 水灰比0.26, 骨灰比3.2, 骨料粒径2.5mm~ 5.0mm。测 试结果为: 28d抗压强度35.90MPa, 透水系数0.02cm/s。

  3、透水砖的应用

  3.1 透水砖的应用前景

  随着城市化的加快和城市人口的迅速增长,改变了城市的原生态地表特征,加剧了城市的热岛效应, 导致了城市气候的变化,并进一步影响城市的污染扩 散能力,削弱了城市的环境承受能力。

  以杭州市为例,历年平均气温变化在15.5℃~ 18.0℃之间,气温呈逐步上升的趋势,杭州城市热岛效 应越来越明显,最强时可达4℃~5℃,在夏秋晴朗的午 夜尤为突出,已经严重影响到城市正常的四季轮回, 进一步影响了人们的生活质量和身体健康。

  作为一种能缓解城市环境恶化压力的新型生态 产品—— —透水砖,其良好的透水性能可以保证城市的 雨水以及路面其它原因造成的积水顺利下行,直接渗 透到地表下,减少了路面径流的影响;路面砖本身较 大的孔隙率,也能在城市降噪中发挥作用;在干燥的气候环境下,也可以通过蒸发的形态使地下水分散发 到空气中,从而改善了城市的温度气候环境。

  图1为夏季时铺装材料对降低城市地表温度的影响变化。

  图1 夏季铺装材料对降低城市地表温度的影响变化

  图2 透水砖铺装剖面图

  图1表明, 采用透水砖铺装的地面明显降 低了地面温度,数据证明了该产品在改善城 市地表温度方面具有良好的效果。

  随着透水砖铺地材料的广泛应用, 在城 市绿化方面的贡献也会越来越突出。作为一种具有良好孔隙率的铺装材料, 在园林管理方面一定程度上解决了人工定点灌溉中造 成的给水率不均匀、润湿土体积小等难题; 其良好的透气性能又为植物创造了一定的生长环境条件, 对植物的根系也起到了保护作用。

  3.2 铺装工艺

  透水砖铺装工艺同普通路面砖有很大的区别,在铺装中特别要注意的是保持其特殊的透水特性。能否 达到最佳透水效果很大程度上取决于铺装工艺的合 理性。图2为透水砖铺装剖面图。

  需要注意的事项:为了获得较好的透水效果,其缓冲层直接采用中砂,具有较好的受压缓冲能力;下层采用开放式透水性路基,使用窄级配(骨料粒径大 致在7mm~ 40mm) 、 高骨灰比和低水灰比的混凝土。其主要作用表现为:

  ①在铺装中采用压实的方法能够获 得一定强度 (28d达20MPa) 的混凝土路基,减少在地下 蓄水层储藏一定的积水后造成路面下沉的现象(压实 过程注意的事项为:需要找平碾压密实,压实系数不 得低于95%) ;

  ②这种特殊的混凝土具有较大的连通孔 隙率,能够起到引导通过透水砖的渗透水快速下行的 效果,减少因长时间落雨或雨量偏大时路面径流的出 现,同时可以满足较大的蓄水功能;

  ③在空气干燥的环境下,可以通过蒸发作用使该层蓄含的水分透过路 面散发到空气中,达到增大空气湿度、降低地面温度、 调节周围环境的效果。

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