CN104788060B - 一种复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土，其配合比设计为：水泥为237kg/m3；低品质硅灰为18kg/m3；低品质粉煤灰为45kg/m3；碎石为1580kg/m3；水为90kg/m3；聚羧酸系高性能减水剂为0.8kg/m3。按照以上方案配制的复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土，实施例与对比例相比，抗压强度提高112.1％、抗折强度提高53.5％，孔隙率达到16.0％，透水系数达到15.6×10‑2cm/s，其性能满足人行道、城市广场、户外停车场、园林景观道路等轻交通路面使用要求，可使固废材料得到有效利用，对于节约资源、保护环境能发挥重要作用。
Description
技术领域
本发明属于土木工程材料领域，是一种生态友好型混凝土，可用于人行道、城市广场、户外停车场、园林景观道路等轻交通路面。
背景技术
透水混凝土是一种生态友好型混凝土，具有减轻城市排水系统压力、有效补给地下水、缓解城市热岛效应影响、吸声降噪和减轻反光作用、有利于保持城市生态系统平衡等优点。透水混凝土主要用于人行道、城市广场、户外停车场、园林景观道路等轻交通路面，抗压强度一般为10MPa-30MPa、大多在10MPa-20MPa之间，连续孔隙率一般为15％-25％，透水系数一般≥10×10-2cm/s、大多超过了15×10-2cm/s。为进一步体现透水混凝土自身的绿色环保性，国内外已有不少关于复合胶凝材料透水混凝土的研究，但所掺入的胶凝材料一般属于质量相对较好且满足标准要求的矿物掺合料。我国现存大量低品质矿物掺合料亟待应用，低品质是指矿物掺合料主要物理化学性能指标不满足现行标准的最低要求，即不在标准规定的等级范围内，这些固废材料如果能得到有效利用，对于节约资源、保护环境将发挥重要作用。
我国国家标准《绿色建筑评价标准》(GB/T50378-2014)中规定：当建筑场地硬质铺装地面中透水铺装面积的比例达到50％，得3分。另外，创建国家生态园林城市考核指标中要求建成区道路广场用地中透水面积的比重≥50％，我国有许多城市正在创建国家生态园林城市。因此，透水混凝土发展应用前景十分广阔。
发明内容
本发明旨在提供一种复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土，以促进固废利用，从而起到节约资源、保护环境作用。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明的复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土由水泥、低品质硅灰、低品质粉煤灰、粗骨料与水及减水剂拌合而成；
水泥为强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥，主要性能指标应符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175的要求；
所述低品质硅灰指不满足国家标准《砂浆和混凝土用硅灰》GB/T27690中硅灰的技术要求，但满足SiO2含量不低于50％、需水量比不高于125％、比表面积不低于12m2/g和28d活性指数不低于90％要求的硅灰；
所述低品质粉煤灰指不满足国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596中Ⅲ级粉煤灰的技术要求，但满足细度不高于80％、需水量比不高于115％、烧失量不高于30％和28d活性指数不低于50％要求的粉煤灰；
粗骨料采用粒径为4.75mm～13.2mm的碎石，主要性能指标应符合现行国家标准《建筑用卵石、碎石》GB/T14685中的Ⅱ类要求；
拌合用水采用普通自来水，主要性能指标应符合现行行业标准《混凝土用水标准》JGJ63的规定；
减水剂采用聚羧酸系高性能减水剂，主要性能指标应符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB8076的要求；
原材料配合比为：水泥为237kg/m3；低品质硅灰为18kg/m3；低品质粉煤灰为45kg/m3；碎石为1580kg/m3；水为90kg/m3；聚羧酸系高性能减水剂为0.8kg/m3；
上述原材料的质量允许误差：水泥为±1％；低品质硅灰为±1％；低品质粉煤灰为±1％；碎石为±2％；水为±1％；聚羧酸系高性能减水剂为±1％。
本发明的复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土的制备方法包括步骤如下：采用浆体裹石法，即先投入水泥、低品质硅灰、低品质粉煤灰搅拌均匀，在搅拌过程中均匀加入水，然后再投入碎石搅拌均匀；减水剂事先均匀溶解在水中。
上述混凝土在施工现场拌制前应精确测定碎石的含水率，并应根据碎石的含水率，调整透水混凝土配比中的用水量，由施工现场试验确定施工配合比。
上述混凝土的拌合采用强制式搅拌机，搅拌机容量应根据工程量、施工进度、施工顺序和运输工具等参数选择。
性能评定
成型：100mm×100mm×100mm立方体试件，用于测试抗压强度和孔隙率；100mm×100mm×400mm棱柱体试件，用于测试抗折强度；Φ100mm×300mm试件，用于测试透水系数，使用时应按标准切割成Φ100mm×50mm标准试件。通过插捣和压实相结合的方法成型。
养护：试件成型后在自然状态下覆盖并洒水养护28天。
测试：抗压强度和抗折强度测试采用现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081中规定的方法；孔隙率测试参照《透水混凝土及其应用技术》(宋中南等编著，中国建筑工业出版社，2011年8月第一版)中介绍的重量法；透水系数测试采用现行行业标准《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T135中规定的方法。
本发明的复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土的创新点主要表现在采用了低品质硅灰和低品质粉煤灰，并通过综合考虑强度、孔隙率、透水系数等要求，提出了配合比设计要求并确定了拌合工艺。
具体实施方式
对比例：
与实施例的不同在于所配透水混凝土未掺低品质活性矿物掺合料。
实施例：
(1)原材料选择
水泥：采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，根据现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175中的试验方法，主要性能指标测试结果如下表所示：
水泥主要性能指标符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175的要求。
低品质硅灰：根据现行国家标准《砂浆和混凝土用硅灰》GB/T27690中的试验方法，主要性能指标的测试结果如下表所示：
硅灰主要性能指标不满足现行国家标准《砂浆和混凝土用硅灰》GB/T27690中硅灰的技术要求，但满足SiO2含量不低于50％、需水量比不高于125％、比表面积不低于12m2/g、28d活性指数不低于90％要求。
低品质粉煤灰：根据现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596中的试验方法，主要性能指标的测试结果如下表所示：
粉煤灰主要性能指标不满足现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596中Ⅲ级粉煤灰的技术要求，但满足细度不高于80％、需水量比不高于115％、烧失量不高于30％、28d活性指数不低于50％要求。
粗骨料：采用粒径为5mm～10mm的碎石，根据现行国家标准《建筑用卵石、碎石》GB/T14685中的试验方法，主要性能指标测试结果如下表所示：
碎石主要性能指标符合现行国家标准《建筑用卵石、碎石》GB/T14685中的Ⅱ类要求。
拌合用水：采用普通自来水，根据现行行业标准《混凝土用水标准》JGJ63中的试验方法，主要性能指标测试结果如下表所示：
| pH | Cl-含量(mg/L) | SO4 2-(mg/L) | 碱含量(mg/L) |
| 7.0 | 175 | 140 | 95 |
拌合用水主要性能指标测试结果符合现行行业标准《混凝土用水标准》JGJ63的规定。
减水剂：采用聚羧酸系高性能减水剂，出厂主要性能指标符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB8076的要求。
(2)配合比设计
准确称量各原材料的质量，误差控制在允许误差规定的范围以内。经测量，碎石的含水量可忽略不计。采用的配合比组成如下：
水泥为237kg/m3；
低品质硅灰为18kg/m3；
低品质粉煤灰为45kg/m3；
碎石为1580kg/m3；
水为90kg/m3；
聚羧酸系高性能减水剂为0.8kg/m3。
(3)拌合工艺设计
采用强制式搅拌机，使用前对搅拌机内部进行润湿。
投料方法采用浆体裹石法：即先投入水泥、低品质硅灰、低品质粉煤灰搅拌均匀，在搅拌过程中均匀加入水(减水剂事先均匀溶解在水中)，然后再投入碎石搅拌均匀。
(4)性能评定
成型：通过插捣和压实相结合的方法成型了3种试件，分别为100mm×100mm×100mm立方体试件，用于测试抗压强度和孔隙率；100mm×100mm×400mm棱柱体试件，用于测试抗折强度；Φ100mm×300mm试件，用于测试透水系数，使用时按标准切割成Φ100mm×50mm标准试件。
养护：试件成型后在自然状态下覆盖并洒水养护28天。
测试：抗压强度和抗折强度测试采用现行国家标准《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081中规定的方法；孔隙率测试参照《透水混凝土及其应用技术》(宋中南等编著，中国建筑工业出版社，2011年8月第一版)中介绍的重量法；透水系数测试采用现行行业标准《透水水泥混凝土路面技术规程》CJJ/T135中规定的方法。测试结果如下表所示：
| 类型 | 抗压强度(MPa) | 抗折强度(MPa) | 孔隙率(％) | 透水系数(×10-2cm/s) |
| 对比例 | 7.714 | 1.545 | 26.0 | 30.9 |
| 实施例 | 16.362 | 2.371 | 16.0 | 15.6 |
测试结果表明：按照以上方案配制的复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土，与对比例相比，抗压强度提高112.1％、抗折强度提高53.5％，孔隙率达到16.0％，透水系数达到15.6×10-2cm/s，其性能满足人行道、城市广场、户外停车场、园林景观道路等使用要求。
Claims (6)
1.一种复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土，其特征在于，由水泥、低品质硅灰、低品质粉煤灰、粗骨料与水及减水剂拌合而成；
所述水泥为强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥；
所述低品质硅灰指不满足国家标准《砂浆和混凝土用硅灰》GB/T27690中硅灰的技术要求，但满足SiO2含量不低于50％、需水量比不高于125％、比表面积不低于12m2/g和28d活性指数不低于90％要求的硅灰；
所述低品质粉煤灰指不满足国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596中Ⅲ级粉煤灰的技术要求，但满足细度不高于80％、需水量比不高于115％、烧失量不高于30％和28d活性指数不低于50％要求的粉煤灰；
所述粗骨料采用粒径为4.75mm～13.2mm的碎石；
所述减水剂为聚羧酸系高性能减水剂；
原材料配合比为：水泥为237kg/m3；低品质硅灰为18kg/m3；低品质粉煤灰为45kg/m3；碎石为1580kg/m3；水为90kg/m3；聚羧酸系高性能减水剂为0.8kg/m3；
上述原材料的质量允许误差：水泥为±1％；低品质硅灰为±1％；低品质粉煤灰为±1％；碎石为±2％；水为±1％；聚羧酸系高性能减水剂为±1％。
2.根据权利要求1所述的复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土，其特征在于，所述粗骨料主要性能指标符合国家标准《建筑用卵石、碎石》GB/T14685中的Ⅱ类要求。
3.根据权利要求1所述的复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土，其特征在于，拌合用水主要性能指标符合行业标准《混凝土用水标准》JGJ63的规定。
4.根据权利要求1所述的复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土，其特征在于，减水剂主要性能指标符合国家标准《混凝土外加剂》GB8076的要求。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：采用浆体裹石法，即先投入水泥、低品质硅灰、低品质粉煤灰搅拌均匀，在搅拌过程中均匀加入水，然后再投入碎石搅拌均匀；减水剂事先均匀溶解在水中。
6.根据权利要求5所述的复掺低品质活性矿物掺合料透水混凝土的制备方法，其特征在于，所述混凝土在施工现场拌制前应精确测定碎石的含水率，并应根据碎石的含水率，调整透水混凝土配比中的用水量，由施工现场试验确定施工配合比。
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