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透气混凝土
 

 随着现代混凝土技术的不断提升,高性能、智能型、生态环保型混凝土逐渐成为研究热点。其中,作为生态环保型混凝土之一的透水混凝土,因其具有较高的透水性、透气性,在路面、河岸等工程中得到了广泛应用,甚至在非土木工程领域的水处理工程中也得到了一定的研究与应用。
相对于普通混凝土来说,透水混凝土一般不含砂,主要是通过水泥浆体与骨料的相互黏结形成的一种多孔状混凝土,主要优点有:①自身孔隙大、透水性、透气性高,适合微生物生存与栖息;②透过的水流入地下,实现对水的二次利用,实用且环保。缺点是强度低,一般适用于非承重型的工程中,如公园路面、停车场等。鉴于不同使用场景、性能需求以及对经济效益、环境效益的考虑,在透水混凝土的制备过程中,往往需要添加不同的外掺材料。

1   透水混凝土的作用
1.1   减轻排水系统负担
暴雨后,城市产生内涝的现象屡见不鲜,如采用透水混凝土路面,其特殊的孔隙结构使得雨水能够快速渗入地下,避免内涝现象的发生,从而减轻路面排水系统的负担。
1.2   缓解“热岛效应”
城市“高温化”也称为“热岛效应”,铺设透水混凝土路面,可利用其多孔构造使得垫层土壤中的毛细水在降雨后通过自然蒸发等蒸腾作用达到降温效果,有效缓解“热岛效应”。
1.3   吸声降噪作用
交通噪声污染日益严重,使用达到路用强度和耐久性要求的透水混凝土,可起到吸声降噪的作用,减少噪声污染。主要原理是声波通过孔隙传播到混凝土内部,使部分声能转换为热能并最终消化。
1.4   改善生态环境
透水混凝土在路面、护坡中得到了大量的应用,在兼顾使用要求的同时,还具备改善地面和地下动植物、微生物生长的条件,从而改善生态环境。

2   透水混凝土目前存在的不足
2.1   易产生堵塞现象
由于透水混凝土的孔隙率相对较大,长时间使用容易出现孔隙被堵塞的现象,导致其透水性能下降。
2.2   缺乏维护措施
对于透水混凝土的孔隙堵塞现象,目前暂时没有较好的方法进行清理;另一方面,缺乏相应的日常维护措施也是导致透水混凝土孔隙堵塞的原因之一。
2.3   力学性能和耐久性能不佳
由于透水混凝土特殊的结构特征,其抗压强度、抗折强度等力学性能欠佳,且易受到空气、水等其他物质的侵蚀,耐久性也有待提高。孔隙率较大是导致透水混凝土强度欠佳的原因之一。此外,原材料品质、配合比设计、搅拌及成型工艺、环境气候等也是影响透水混凝土强度的主要因素。

3   不同外掺材料对透水混凝土性能的影响

3.1   传统化学外加剂
外加剂作为继水、水泥、砂、石之后不可或缺的混凝土的第五组分,其重要性不言而喻。因此,研究外加剂对透水混凝土制备、性能、应用等方面的影响意义深远。减水剂是最常用的一种化学外加剂,可以直接减少混凝土用水量,从而提高混凝土强度,一般减水剂与其他化学外加剂(如增稠剂、引气剂等)复掺可以达到协同效应。国内外众多学者的研究成果都为用于透水混凝土的化学外加剂掺量和种类的选择提供了理论依据和新的思路。
杭美艳研究表明,通过掺加0.3%聚羧酸型减水剂、1.0%早强剂和0.1%增稠剂后,透水混凝土的强度显著提高,同时还增加了孔隙率。
曲广雷将聚羧酸型减水剂和一种荷叶疏水剂添加到透水混凝土中,发现包裹骨料的胶结层表面会形成一种特殊的憎水膜,对水有排斥作用,可以使孔道内的水更加顺畅地通过,透水系数可以达到4.11 mm/s;同时,还可以提高透水混凝士的强度(抗压强度28.7 MPa、抗折强度4.47 MPa)。SHU、BONICELLI在透水混凝土中加入了减水剂、增稠剂、引气剂等组分,发现增稠剂的掺入提高了混凝土的耐磨性,引气剂的掺入不仅对透水混凝土的性能没有负面影响,而且提高了其抗冻融性能。
掺加传统化学外加剂的透水混凝土的性能明显高于普通透水混凝土,减水剂、增稠剂、早强剂都有助于提高透水混凝土的强度和透水系数。其中,增稠剂的加入不仅对拌和物的黏结力有较大影响,同时还增加了透水混凝土的耐磨性;引气剂的加入有助于提高透水混凝土的抗冻融性能,此外,水下透水混凝土工程还可以掺入抗分散剂来解决水下成型时浆体下沉及离析的现象,主要是利用抗分散剂的双电层压缩、电位中和以及高分子链的架桥作用产生絮凝现象,从而提高水泥浆体的抗分散性。
3.2   复掺矿物掺合料和化学外加剂
相对于单掺化学外加剂来说,在透水混凝土中掺加矿物掺合料的最大优点是在提高性能的同时节约成本,且其在实际工程应用中的性价比较高。
3.2.1   复掺粉煤灰和化学外加剂

粉煤灰作为火山灰质材料之一,与水泥水化产物发生二次水化反应,生成难溶于水的水化硅酸

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