不同工业废料的透水混凝土的力学性质

万海飞，陈征征

(宿州学院 资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000)

0 前 言

透水混凝土属于绿色环保材料，是由骨料、水泥和水拌制而成的一种具有连续孔径的混凝土[1-3]。透水混凝土主要是由胶凝材料、粗骨料、水、外加剂等拌制而成，由胶凝材料浆体包裹骨料粘结形成蜂窝状结构的多孔混凝土。透水混凝土的内部的孔隙率大多都能达到15%～25%，所以透水混凝土具有透气、透水的特点，能够缓解城市热岛效应、保护地下水资源和改善土壤生态环境，是一种优良的路面材料[4-5]。据研究表明，透水混凝土加入不同的工业废料可有效改善透水混凝土的力学性质[6-8]。朱云涛[9]在工业废料中找出粉煤灰和陶粒加入透水混凝土，测试得出透水混凝土的抗压强度得到了进一步加强。为了使透水混凝土能够被当作一类新型的绿色原料所广泛使用，起到优化环境的作用。深入研究透水混凝土，使其应用范围更广。使用工业废料为原料的透水混凝土会对城市生态环境做出贡献，根据资料找到不同的工业废料，如：粉煤灰、S95矿粉、S105矿粉、滑石粉、松木粉、钢渣粉、煤矸石粉等，采用控制变量法，自变量为不同种类的工业废料，因变量为由不同工业废料制成的试块的抗压强度，最终类比得出不同力学性质的透水混凝土。

1 试 验

1.1 原材料

1)水泥：采用P·O42.5级普通硅酸盐水泥由宿州海螺水泥厂生产，符合GB175标准。

2)粗骨料：采用江苏扬州石子加工厂生产的砾石，骨料粒径经过筛选为5～8 mm。

3)水：采用安徽省宿州市干净的自来水。

4)粉煤灰：采用淘宝美仕博旗舰店所生产，325目一级粉煤灰。

5)S95矿粉：采用淘宝美仕博旗舰店所生产，300目至300目的矿粉。

6)S105矿粉：采用淘宝美仕博旗舰店所生产，300目至300目的矿粉。

7)钢渣粉：采用淘宝美仕博旗舰店所生产，30目一级钢渣粉，粒径在0.5～1 mm。

8)滑石粉：采用淘宝美仕博旗舰店所生产，300目一级滑石粉。

9)松木粉：采用淘宝美仕博旗舰店所生产，200目松木粉。

10)煤矸石粉：采用淘宝美仕博旗舰店所生产，325目一级煤矸石粉。

1.2 试验配合比

试验固定水灰比、骨胶比以及不同的工业废料的质量，只转变不同的工业废料，养护条件一样，控制变量的因素为不同的工业废料。一共7组不同的试块，每组3个试件求得平均值以降低误差，试块全部采用70.5 mm×70.5 mm×70.5 mm的标准模具制造。本试验采用编号为C0～C8，其中C0为本次试验的对照组，水灰比为0.286，误差质量在0.001 kg。试块的配合比如表1所示。

1.3 试验方法

试验中的钢渣矿渣混凝土试件按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)进行制备，试件尺寸为70.5 mm×70.5 mm×70.5 mm，搅拌结束后，立即将新拌的透水混凝土装入试模中，时间控制在5 min之内完成，用捣棒插捣15次，然后将试模放置于振动台上振动20 s，以保证透水混凝土的密实性，最后抹平收面，放入标准养护箱养护24 h后拆模，继续养护28 d试件制备完成，其养护室温为(20±2)℃，其湿度应≥95%。养护完成后，进行力学测试。

试块样品为对照组如图1所示，在加入等效替代1/6水泥的工业废渣为松木粉、粉煤灰、煤矸石粉、滑石粉、S95矿粉、S105矿粉、钢渣粉的样品分别的三维实体模型对应如图2～7所示。

图1 无工业废料的三维实体模型

图2 掺松木粉的三维实体模型

图3 掺粉煤灰粉的三维实体模型

图4 掺滑石粉的三维实体模型

图5 掺煤矸石粉的三维实体模型

图6 掺S95矿粉的三维实体模型

图7 掺S105矿粉的的三维实体模型

2 试验结果与分析

各试块强度如表2所示,按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2002)，其中试块选择的模具为70.5 mm×70.5 mm×70.5 mm。C0为试验对照组，原料配比为水泥∶砾石∶水=1∶2.86∶0.286。其余的组别C1～C7的原配料比为工业废料∶水泥∶砾石∶水=0.17∶1∶2.86∶0.286。

表2 各组试块的强度 单位：MPa

由表2可知：在培养28 d的对照组中，以养护室温为(20±2)℃，其湿度应≥95%培养的标准条件下的试块，其抗压强度为47.04 MPa。

选用的材料为松木粉(C1)、滑石粉(C4)时，在这7组对比试验中力学性质与对照组的力学性质几乎相同，对比于其他工业废料，松木粉则由松木加工，松木本身是一种针叶植物，磨成粉状时，吸水性稍强于水泥，加入透水混凝土中的分子之间的间隙会更加紧凑；滑石粉为硅酸镁盐类矿物滑石组滑石，主要成分为含水硅酸镁，经粉碎后，用盐酸处理，水洗，干燥而成，本身也可以作为混凝土的强化剂，所以在透水混凝土中加入的松木粉和滑石粉的力学性质大致和对照组相同。其掺入松木粉的透水混凝土受压破坏时，如图8所示。

图8 掺松木粉的试块受压破坏的三维实体模型

其中以S95矿粉(C5)、S105矿粉(C6)和钢渣粉(C7)时力学性质几乎相同，且相比于对照组的力学性质也有显著提高。加入矿渣的混凝土比面积适宜,早强快硬,水泥强度与混凝土强度相关性好,抗冻,耐磨,耐侵蚀等特点,广泛应用于桥梁,隧道,涵渠,高层楼房等工程；钢渣粉一般是用制造水泥或是做一些砖之类的工业废渣。经过试验分析可知力学性质很好，但透水性极差。其掺入钢渣粉的透水混凝土受压破坏时，如图9所示。

图9 掺钢粉的三维实体模型

掺钢渣粉的试块受压破坏如图10所示。如粉煤灰(C2)、煤矸石(C3)、这类煤粉碎成200目以上的粉末，其力学性质远不如无工业废料的透水混凝土。这类透水混凝土的透水性相对于其他试验组的透水性明显增强，但抗压强度远不如以上几组工业废料。其掺入粉煤灰的透水混凝土受压破坏时情形如图11所示。

图10 掺钢渣粉的试块受压破坏的三维实体模型

图11 掺入粉煤灰受压破坏的三维实体模型

3 结 论

1)在加入不同的工业废渣粉按照1∶6的质量等量替代了一定质量的水泥的透水混凝土中，等效替代其中一部分水泥且加入松木粉或滑石粉透水混凝土的抗压强度几乎相同。

2)在加入不同的工业废渣粉按照1∶6的质量等量替代了一定质量的水泥的透水混凝土中，等效替代其中一部分水泥且加入矿渣粉或钢渣粉的透水混凝土的抗压强度明显增加。

3)在加入不同的工业废渣粉按照1∶6的质量等量替代了一定质量的水泥的透水混凝土中，等效替代其中一部分水泥且加入粉煤灰或煤矸石的透水混凝土的抗压强度明显降低。

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