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来源：《混凝土》2015年第6期
【机构】 中建商品混凝土成都有限公司； 【摘要】 将发光骨料应用于透水混凝土面层中,制备具有照明与装饰功能的发光露骨透水混凝土路面。研究了骨料及不同胶材体系对发光露骨透水混凝土性能的影响。研究表明:应用5~10 mm石质发光碎石作为骨料,采用'水泥-超细粉煤灰'胶材体系,可制备出工作性、透水性、力学性能及表观效果良好的C20发光露骨透水混凝土路面。 更多还原 【关键词】 长余辉； 发光； 露骨透水混凝土； 0前沿 透水混凝土是由粗骨料、水泥、水，以及必要时掺入的矿物掺合料和外加剂等材料拌制而成的一种多孔混凝土，它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，具有透气、透水等特点[1,2]。露骨透水混凝土相对普通透水混凝土增加了一项表面处理工艺，即将混凝土表面包裹的水泥浆体在终凝前经水冲洗干净，露出表层粗骨料的天然色彩，并不影响面层粗骨料根部水泥浆体的正常硬化[3]。露骨透水混凝土路面能使石材的装饰功能充分发挥，裸露石材本色使制备的透水路面色彩丰富、形式多样，白天具有美观的装饰性能，但是在夜间，没有灯光照射下此路面暗淡无光，不具有亮化照明作用。 因此本文选用发光性能优良、节能环保、无放射性的长余辉发光骨料，将其应用于露骨透水混凝土面层，制备一种既具有发光功能，又能满足路用性能的发光透水混凝土，此路面白天具有良好的自然铺面装饰效果，夜间能够自身发光，具有照明与装饰作用，可广泛应用于公共广场、景区及人行横道等。同时具有保护自然、维护生态平衡、缓解城市热岛效应等功能，是一种集照明、装饰、透水、承重等多功能于一体的新型建筑材料。但目前市售发光石普遍存在粒形差、强度低等缺点，因此本文应用发光石作为粗骨料，重点研究骨料品种及粒径、不同胶材体系对发光透水混凝土性能的影响，制备出强度、透水系数、孔隙率均满足透水路面要求的C20发光露骨透水混凝土。 1 原材料及试验方法 1.1 原材料 （1）胶凝材料：水泥，拉法基P.O 42.5R水泥，具体技术指标见表1；超细粉煤灰，密度约为2500kg/m3；硅灰，埃肯加密硅灰，密度2100 kg/m3。 3试验结果与讨论 骨料性能和胶材体系、用量是影响透水混凝土性能的主要因素。为了实现透水混凝土强度和透水性的平衡，本文重点研究骨料性能及不同胶材体系对发光透水混凝土孔隙率、透水系数和抗压、抗折强度的影响，确定C20发光露骨透水混凝土的较优配合比。 3.1发光骨料对发光透水混凝土性能的影响 骨料是透水混凝土的主要组成材料，约占其体积的70%-80%，因此对透水混凝土性能有非常重要的影响。但目前市售人造发光骨料品种繁杂，其价格、强度、发光亮度、余辉时间及安全环保等性能差异较大，因此，首先对市场上不同类发光骨料进行试验研究，确定其对发光透水混凝土孔隙率、透水系数、抗压强度的影响。 3.1.1骨料种类对发光透水混凝土性能的影响 天然发光石价格昂贵且大部分具有放射性，存在很大的安全隐患。因此，本文选用发光效率高、余辉时间长、化学性质稳定、无放射性污染[5]的碱土铝酸盐类人造发光骨料。它主要分为两类：树脂类发光卵石和碎石、石质发光碎石。其中树脂类发光石密度小，强度低（表观密度约为1100kg/m3）；石质发光石以高纯度天然矿石或玻璃质材料和稀土为原料，表观密度与普通石子相近（约为2600 kg/m3），由制备工艺及成本决定，市售大部分为碎石，强度稍低于普通石子，表面较粗糙。不同骨料发光透水混凝土试验配比及试验结果如表1和表2所示。 由试验研究可知，树脂类发光卵石作为骨料制备发光透水混凝土时，由于石子表面过于光滑，与水泥浆体粘结力差，致使混凝土拌合物的工作状态较差。而且由于树脂骨料本身强度低，导致配置的透水混凝土均强度较低，使用5-10mm碎石时抗压强度最高，仅为8.5MPa。同时试验表明，树脂发光石粒径相同时，由碎石制备的发光透水混凝土的孔隙率、透水系数和强度均高于卵石配置的混凝土。主要是由于碎石具有更多的棱角和相对粗糙的表面，棱角多使混凝土孔隙率较大，连通孔隙较多，混凝土透水性增强，而且碎石粗糙的表面使之与水泥浆体的粘结力增大，使碎石型骨料透水混凝土强度高于卵石型骨料。 相对于树脂类发光石，以石质发光石作为骨料，相同粒径条件下，对孔隙率和透水系数影响较小，但透水混凝土的强度明显增强。 3.1.2骨料粒径对发光透水混凝土性能的影响 由表1和表2可知，骨料粒径对发光透水混凝土的各项性能均有影响。骨料粒径小，制备的透水混凝土孔隙率和透水系数降低，但强度会升高。主要是由于骨料粒径越小，单位体积骨料的的比表面积越大，所形成的结构骨架单位体积内骨料颗粒之间接触点数量越多，胶结面积越大，因此，透水混凝土强度会提高，同时孔隙率及透水性会降低[6]。 通过以上试验研究发现，骨料性能对发光露骨透水混凝土的孔隙率、透水系数及强度均有比较明显的影响。树脂发光石作为骨料制备的发光透水混凝土强度较低，远远不能达到透水面层设计要求，不能应用于透水混凝土路面，但其观赏性良好，可用作观赏性工艺品，如图1(a)。采用5-10mm石质碎石制备的发光透水混凝土性能相对较好，孔隙率为18%，透水系数2.0mm/s，28d抗折和抗压强度分别为1.9、15.2 MPa，孔隙率和透水系数均能达到《透水混凝土路面技术规程》（DB11/T 775-2010）中对透水面层的设计要求，且具有一定的照明功能，如图1(b)所示，但强度仍不满足C20面层透水混凝土标准。因此，需要进一步对胶凝材料用量及体系进行研究，以改善发光透水混凝土的强度。 为了提高发光透水混凝土的强度，进一步改善其工作性，采用5-10mm石质发光碎石作为骨料，研究“纯水泥”、“水泥-超细粉煤灰”、“水泥-硅灰”不同胶材体系对透水混凝土拌合物工作性、孔隙率、透水系数及强度的影响。试验配比及试验结果见表3和表4。 由表3、表4可知，随着胶材用量的提高，不同胶材体系透水混凝土的强度均随之提高，即骨胶比越小，强度越高，但孔隙率和透水系数会相对降低。相同胶材用量的条件下，28d强度为“水泥-硅灰”>“水泥-超细粉煤灰”>“纯水泥”胶材体系，孔隙率和透水系数为“纯水泥”>“水泥-超细粉煤灰”>“水泥-硅灰”胶材体系。可见随着透水性的增强，透水混凝土的强度随之降低，两者相互制约，需要综合考虑。 “纯水泥”胶材体系中，透水混凝土拌合物工作性一般，孔隙率和透水系数均能满足要求，但由于发光石强度比一般石子偏低， 胶材用量达到480kg/m3时才能满足C20透水路面强度要求。 “水泥-超细粉煤灰”胶材体系中，由于超细粉煤灰大都呈圆球状[7]且颗粒极细，将其作为矿物掺合料应用于混凝土，球形的颗粒产生“滚珠效应”，具有很强的物理减水作用，能够显著降低用水量，增强混凝土流动性。此外超细粉煤灰的微集料特性可增强透水混凝土的密实度，同时其具有较高的火山灰活性，均有利于混凝土强度的提高。利用超细粉煤灰良好的流动性及自密实填充作用，可以有效改善发光透水混凝土的包裹性、匀质性以及粘聚性。配制的混凝土拌合物工作性能良好，超细粉煤灰掺量为20%，胶材用量在450kg/m3、480kg/m3时，发光透水混凝土的孔隙率达到17%、14%，透水系数1.0mm以上，透水性良好，同时28d强度均能满足C20面层透水混凝土要求。 “水泥-硅灰”胶材体系中，由于硅灰的颗粒细小，能够填充水泥颗粒间的孔隙，掺入5%的硅灰，即可改善透水混凝土的粘聚性、包裹性、匀质性，同时硅灰具有很高的火山灰活性，使透水混凝土的强度明显提高。但硅灰的掺入增加了需水量，降低了透水性，当硅灰掺量5%，胶材用量450kg/m3、490 kg/m3时，发光透水混凝土强度满足要求，但透水系数相对较低。 通过以上一系列试验，根据C20发光露骨透水混凝土制备过程中拌合物的工作状态、材料成本及对混凝土孔隙率、透水系数、强度的影响，确定试验11的配合比能够使发光透水混凝土性能得到良好的统一。 4发光透水混凝土的应用 在前期试验研究基础上，发光露骨透水混凝土在成都某公司进行了中试应用，主要应用部位在花坛间人行通道，设计要求面层透水混凝土具有照明装饰效果，强度不小于C20，28d抗压强度不低于20MPa，抗折强度不低于2.0MPa，空隙率≥10%，透水系数≥1 mm/s。根据面层设计要求，采用水泥-超细粉煤灰体系，应用发光骨料，混凝土表面经露骨处理工艺，制备出C20发光露骨透水混凝土路面，测试其各项指标均满足设计要求，实施效果良好。此发光透水混凝土路面，白天具有观赏性，夜间能够持续发光，集照明、装饰、透水、承重等多功能于一体，是典型的功能型绿色混凝土。同时发光透水露骨路面风格多变，可应环境要求变换不同的路面铺装效果，如图2所示。 5结论 (1)发光骨料种类对发光透水混凝土性能影响较大，树脂类发光骨料制备的混凝土拌合物工作性差且强度低，石质发光骨料在工作性及强度方面的性能明显优于树脂类骨料。 (2)随着骨料粒径的增大，发光透水混凝土的孔隙率和透水系数增大，在一定的粒径范围内，强度随之降低。 (3)研究了不同胶材体系对发光透水混凝土性能的影响，采用“水泥-超细粉煤灰”体系，发光透水混凝土的综合性能较好。 (4)采用发光骨料，“水泥-超细粉煤灰”体系，可制备出符合要求的不同装饰性风格的C20发光透水混凝土路面。
参考文献： [1] 宋中南, 石云兴, 等. 露骨料透水路面在奥运工程中的应用[J]. 施工技术, 2008, 38( 8) : 79-81． [2] 徐芬莲. 不同增稠材料对C20卵石型透水混凝土性能的影响[J]. 材料导报, 2013, (22): 22-26. [3] 张燕刚, 石云兴, 等. 露骨料透水混凝土施工技术[J]. 施工技术, 2011, 40(7): 87-92. [4] 石云兴, 霍亮, 戢文占,等. DB11/T 775-2010，透水混凝土路面技术规程[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2010. [5] 李建宇. 稀土发光材料及其应用[M ]. 北京: 化学工业出版社, 2003. [6] 孟宏睿, 陈丽红, 薛丽皎. 透水混凝土的配制[J]. 建筑技术, 2005, 36(1): 29-31. [7] 李益进, 孙鑫鹏, 尹健. 超细粉煤灰对高性能混凝土耐久性影响研究[J]. 2010, 42(4): 521-522. |
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