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多孔混凝土连通孔隙率与抗压强度影响因素的试验研究

摘要：通过对粗集料级配、灰集比及水灰比各因素取4水平设计正交试验，以连通孔隙率和28d抗压强度为性能指标，进行多孔混凝土性能影响因素的探索研究，对试验结果进行因素的方差(F)和直观分析，分析出三个因素对多孔混凝土性能的影响程度和变化规律，为绿化混凝土的研制奠定基础。研究表明，灰集比对多孔混凝土性能的影响最大且显著，集料级配与水灰比影响均不显著；粉煤灰可降低多孔混凝土的连通孔隙率，增大其抗压强度。

关键词：多孔混凝土；连通孔隙率；抗压强度；正交试验

1前言

现今，混凝土已成为土木工程建设中使用量最大的材料，它对人类物质文明和进步做出了巨大的贡献。然而，它也给人类带来了许多负面效应，比如：能量和天然资源的大量消耗、热岛效应、环境污染、生态平衡的破坏等等。

多孔混凝土主要是由粗集料、水泥和水拌制而成的混凝土，粗集料颗粒表面包裹着一层薄水泥浆体，集料颗粒相互接触、相互粘结，它具有较大的连续孔隙结构的特征，其透气、透水性良好,可以降低能耗,减少热岛效应，符合当今社会倡导的“低碳生活”主题。多孔混凝土在公路运用上还能提高路面抗滑性、降低路面噪声、快速融雪等[1-2]。日本、美国、欧洲等国家和地区在多孔混凝土运用上已经有了广泛的应用，在1979年，美国佛罗里达州首次使用无砂多孔混凝土建成了具有透水性的停车场，并获得了专利[3]；2001年4月，日本“先端建设技术中心”制订了《多孔混凝土河川护岸工法》[4]。但国外多孔混凝土应用主要集中于较轻的荷载作用处，其承载能力还存在局限性，需要进一步研究，使其充分发挥透水、降噪等优良功能。

我国在多孔混凝土研究方面起步比较晚，对其的应用与推广仍处于初级阶段

[5-7]。现今，虽然部分城市已在公园、广场、人行道等轻荷载作用处，以及河岸护坡、隧道洞口等处运用多孔混凝土，但是这些工程的成功与否有待经受长期观察和检验。多孔混凝土的配制必须通过改变集料级配、灰集比及水灰比的配合比方法，并保证其具有一定的连通孔隙率和抗压强度值。连通孔隙率与强度之间是此消彼长的关系，需要综合考虑各方面的因素，才能研究出符合要求的连通孔隙率和抗压强度的多孔混凝土最优组合。

2多孔混凝土原材料的选择

本试验原材料的选择：粗集料的类型、粒径及级配、水泥品种和强度等级、外掺料以及拌合水。

2.1粗集料级配

碎石颗粒表面粗糙、多棱角，空隙率和表面积比卵石大，而且碎石与水泥石粘结力更大，在水灰比相同的条件下，较卵石混凝土强度高[8]。本试验所用粗集料为长沙市东山湾碎石场的石灰岩碎石，碎石为四种单一粒级，其有关技术指标见表1。

表1碎石技术指标

表观密度松方密度含泥量针片状颗粒含量压碎率

项目

（g·cm-3）（g·cm-3）（%）（%）（%）

标准＞2.5＞1.35≦1≦15≦20

实测2.601.630.309.207.38

2.2水泥

本试验选用湖南长沙坪塘水泥厂生产的复合硅酸盐水泥，强度等级为32.5。2.3外掺料

粉煤灰：湖南湘潭电厂生产。2.4拌合水

长沙市普通自来水。

3试件制作与性能测定

3.1试件制作

为了使水泥浆体均匀包裹在粗集料表面，多孔混凝土在拌合时应十分注意加料顺序。本试验使用混凝土搅拌机搅拌，施工方法如下：(1)粗集料加入1/2水泥用量，搅拌30s；(2)加剩余的水泥，搅拌30s；(3)每次加1/4水，搅拌35s，直至依次加完所有有效水；(4)出料；(5)混凝土拌合物分三层装入150mm×150mm×150mm试模内，并按规范[9]插捣密实；(6)将试件用不透水的薄膜覆盖表面并放到室内自然成型养护，经过24小时后拆模、编号，记录编号数据，再置于不流动的Ca(OH)2

饱和溶液养护池中养护至28d。3.2连通孔隙率测定

评价多孔混凝土透水性能的重要指标：连通孔隙率（P），连通孔隙率的计算方法如下[10]：

其中V:用游标卡尺测量并计算试件的外观体积V，cm3;

W1:将试件浸泡在水中使其饱和后（浸泡24h以上），称取试件在水中的质量W1，g；

W2:将试件在20±2℃、相对湿度60%的条件下，自然放置24h以上，称取试件在空气中的质量W2，g。

3.3抗压强度测定

本试验在试件28d后，在吸水饱和状态下进行抗压强度检测，测试方法与数据处理按照GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准[9]。