树脂基透水混凝土性能试验研究

李时媛

(朝阳市凌河治理保护工程质量监督站，辽宁 朝阳 122000)

1 研究背景

随着城市现代化建设进程的不断加快，城区河道整治领域的生态化要求日渐突出，传统的硬化铺装与砌护结构已经不能满足工程建设的需求。因此，在城市河道整治工程建设中，新型透水材料的研制和应用已经成为重要的发展趋向[1]。透水混凝土是一种由水泥、粗骨料、各种外加剂以及掺合料制成的一种多孔混凝土，是一种极具生态兼职的绿色环保建筑材料，在河道整治工程中具有广泛的应用价值[2]。树脂基透水混凝土是近年来提出的一种新型材料透水混凝土，是以环氧树脂、固化剂、稀释剂和各种填料为胶结材料，与粗骨料混合搅拌以后形成的透水材料[3]。与传统的水泥基透水混凝土相比，其具有良好的渗透性、抗冻性和稳定性，具有广阔的应用前景[4]。目前，树脂基透水混凝土的研究和应用尚处于起步阶段，聚合物掺量、增强韧性体系以及制备工艺方面均没有系统化的研究。在这一背景下，此次研究通过室内试验的方式，探讨树脂种类、掺量对透水混凝土抗压强度和渗透系数两大主要参数的影响，以便为其工程应用提供有益的借鉴和思考。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料

试验用胶凝材料包括树脂、固化剂和稀释剂[5]。为了研究不同树脂材料的效果，本研究选择市面上常见的聚氨酯、环氧树脂以及甲基丙烯酸甲酯等3种树脂进行对比实验。其中，聚氨酯选择的是江苏靖江特种材料有限公司出品的PU- 50型无溶剂型聚氨酯胶黏剂，其黏度为40～90，固化时间为8h；环氧树脂作采用的是唐山市丰润建材有限公司出品的EPCYD- 128非溶剂型环氧树脂，其外观为无机械杂质且透明的黏稠液体，其环氧当量为189g/mol，软化点约为15℃；试验中的甲基丙烯酸甲酯为天津大茂试剂厂生产，固化时间为3～4h。由于树脂不能实现自我聚合固化，因此需要固化剂的催化作用。此次试验中采用的是江苏常州润祥化工有限公司出品的酚醛胺环氧固化剂，其密度为1.08g/cm3，胺值为480KOH/g。由于环氧树脂和固化剂混合之后的粘度变大，造成混合困难，因此需要稀释剂改善其流动性。此次试验中选择的是天津渤海化工有限公司出品的乙二醇二缩水甘油醚活性稀释剂。

骨料是透水混凝土的主要受力单元，其性质会对混凝土的最终强度产生重要影响。本研究选择的是粒径均匀的玄武岩碎石，其粒径范围为2～10mm，表观密度为2800kg/m3，孔隙率为44.5%。鉴于良好的骨料级配可以充分发挥骨料的强度效应，此次试验中以2～5和5～10mm骨料按照1∶1(级配A)和2∶1(级配B)比例进行搭配试验。试验中的填料为电厂Ⅱ级粉煤灰，其烧失量为4.6%，需水比为104%，比表面积为3490cm2/g。

2.2 试件制作

树脂基透水混凝土的抗压强度和渗透系数的试验均采用100mm×100mm×100mm的立方体试件。在制作过程中，为了保证玄武岩碎石能够被胶凝材料均匀包裹，选择二次投料法的拌合方法进行制作[6]。将按照配合比称量的粉煤灰加入环氧树脂和稀释剂的混合物中搅拌60s，在搅拌均匀之后将骨料和固化剂加入其中，继续搅拌3min，在树脂浆体均匀包裹在碎石表面之后将其装入试模。试件的成型采用分层铺装，手工插捣和振动台振动相结合的方式进行。其中，手工插捣的次数应该在25次以上，振动时间不宜过长，以10s为宜，这不仅可以保证混凝土的密实度，同时还可以防止胶凝材料在试件底部堆积[7]。

2.3 试验方法

由于树脂基透水混凝土属于一种新型透水铺装材料，目前尚无试验的规范标准[8]。因此，在试验研究中参照普通混凝土的试验方法和标准进行。其中，抗压试验采用YAW- 3000电液压力一体试验机，加载速率为0.3MPa/s，每组试验测试3个试件，以试验结果的均值作为最终试验结果。

在渗透系数试验方面，目前有常水头法和变水头法2种试验方法。鉴于透水混凝土的孔隙率较大，因此选择常水头法测试较为科学。透水试验选择北京耐尔得公司生产的NELD-PC370透水系数仪，每3块试件作为一组进行试验，以其均试验结果均值作为该组试验的最终结果。

3 试验结果与分析

3.1 树脂种类的影响

为了研究不同树脂种类对透水混凝土性能的影响。试验中保持树脂掺量为4%不变，只改变树脂的种类，对不同树脂种类试块进行抗压强度测试，结果见表1。

表1 不同树脂种类试件抗压强度试验结果 单位：MPa

由表1中的试验数据可以看出，2种不同的级配方案环氧树脂作为透水混凝土胶凝材料时的抗压强度均最高。以级配A方案为例，以环氧树脂作为透水混凝土胶凝材料时，其抗压强度为19.56MPa，与聚氨酯方案的16.41MPa相比提高了约19.2%；与甲基丙烯酸甲酯方案的13.73MPa相比提高了约42.5%。由此可见，在试验的3种树脂中，环氧树脂的黏结效果最佳。

对3种不同树脂制备的透水混凝土试件的透水系数进行试验测定，结果见表2。

表2 不同树脂种类试件透水系数度试验结果

由表2中的试验结果可以看出，对于2种不同粗骨料级配方案，透水系数最大的是聚氨酯类试件，其次是环氧树脂试件，透水系数最小的为甲基丙烯酸甲酯试件。但是，3种方案的试验结果比较接近。以级配A方案为例，聚氨酯试件的透水系数最大，相对于甲基丙烯酸甲酯方案相比增大了约2.1%；与环氧树脂方案相比，增大了约1.3%。由此可见，3种树脂种类制作的透水混凝土的透水系数比较接近，均没有比较显著的优势。综合抗压强度和透水系数试验结果，环氧树脂透水混凝土的抗压强度显著偏大，而透水系数和聚氨酯试件较为接近。因此，推荐在工程应用中选择环氧树脂作为树脂基透水混凝土制备中的树脂材料。

3.2 树脂掺量的影响

根据前文的试验结果，环氧树脂在透水混凝土制备中具有材料性能方面的优势。因此，本研究确定环氧树脂为胶凝材料，确定3%、4%、5%、6%和7% 5种不同的环氧树脂掺量，对不同级配方案下的透水混凝土试件的抗压强度进行试验，结果见表3。

由表3中的试验数据可以看出，环氧树脂的掺量会对透水混凝土试件的抗压强度产生较为明显的影响，是试件抗压强度的主要影响因素。

为了进一步明确环氧树脂掺量对透水混凝土抗压强度的影响规律，根据表3的试验结果绘制透水混凝土抗压强度随环氧树脂掺量的变化曲线，如图1所示。

表3 不同树脂掺量试件抗压强度试验结果

图1 抗压强度随环氧树脂掺量变化曲线

由图1可以看出，2种不同级配方案下的透水混凝土抗压强度随环氧树脂掺量的增加呈现出先迅速增大后趋于稳定的变化特点。当环氧树脂掺量小于5%时试件抗压强度增长比较迅速，当环氧树脂掺量大于5%时试件的抗压强度变化不大。

对不同环氧树脂掺量的透水混凝土试件的渗透系数进行试验，结果见表4。

表4 不同树脂掺量试件渗透系数试验结果

根据试验结果绘制透水混凝土试件渗透系数随环氧树脂掺量的变化曲线，如图2所示。

图2 透水系数随环氧树脂掺量变化曲线

由表4和图2可以看出，环氧树脂掺量对透水混凝土的透水系数存在显著影响，随着环氧树脂掺量的增加，试件的透水系数呈现出逐渐减小的变化趋势，当环氧树脂掺量小于5%时减小的幅度有限，当环氧树脂掺量大于5%时减小幅度较大。结合抗压强度的试验结果，环氧树脂的掺量应该以5%为宜。

4 结论

本研究通过室内试验的方式，就树脂种类和掺量对树脂基透水混凝土性能的影响进行研究，获得的主要结论如下。

(1)3种常用树脂中，环氧树脂基透水混凝土的抗压强度值显著偏大，而透水系数比较接近。

(2)随着环氧树脂掺量的增大，透水混凝土的抗压强度值呈现出不断增大的变化特征，而透水系数则呈现出不断减小的变化特征。

(3)根据试验结果，建议在树脂基透水混凝土制备过程中，选择环氧树脂作为胶凝材料，掺量以5%为最佳。