透水地坪罩面剂，双丙聚氨酯密封剂首选邦伟建材BW303，耐黄变性能好，使用进口固化剂。
【来 源】 《北华大学学报(自然科学版)》 2017年第4期P533-537页
【分 类 号】 TU528
【分类导航】 工业技术->建筑科学->建筑材料->非金属材料->混凝土及混凝土制品
【关 键 字】 内疏水透水混凝土 正交试验 抗压强度 透水系数
【摘 要】 将疏水剂引入透水混凝土中,研制一种内疏水型透水混凝土.采用正交试验,以28 d抗压强度和透水系数为试验指标,研究孔隙率、水灰比、疏水剂种类3个因素及不同水平对内疏水型透水混凝土性能的影响;通过极差分析及综合平衡法,分析各因素影响的主次关系,得出最优方案为孔隙率20%,水灰比0.28,荷叶疏水剂;通过对比试验可知,在最优方案下,掺入4%疏水剂较不掺入疏水剂混凝土强度提高28.9%.
随着城市化进程的加快，大面积不透水性材料被应用于城市建设中，给生态环境造成了严重危害[1].如热岛效应、城市内涝、地下水资源短缺、地面沉降和地表径流污染等等.透水混凝土是一种生态型环保混凝土，能有效缓解传统不透水性材料铺装给环境造成的不良影响.玉井元治[2]将高分子树脂和微细骨料掺入胶凝材料中，使透水混凝土的强度得到明显提高；T Y Lo等[3]利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线分析系统，研究了轻骨料在透水混凝土中的应用.在我国，透水混凝土的研究和应用起步较晚.陈瑜等[4]采用正交试验方法，优化了透水混凝土的配合比设计；郑木莲等[5]提出以骨料粒径和均匀系数作为描述级配的控制指标，以水泥用量、水灰比和骨料级配为因素，采用正交试验得出了透水混凝土配合比的经验公式.
总体来看，国内外关于透水混凝土的研究主要集中在配合比和骨料级配的优化方面，而对在胶凝材料中添加改性助剂的研究很少[6-15].目前，还没有将疏水剂应用于透水混凝土的研究.掺入疏水剂是为了改变胶结层表面结构，使混凝土内部孔道具有疏水结构.理论上，内疏水透水混凝土具有以下优点：1)进入混凝土内部的水能够顺利排出，提高透水性能；2)防止雨水长期存积于透水混凝土内部而发生侵蚀破坏和冻融破坏，提高透水混凝土的耐久性能；3)结构层表面爽滑，具有一定的自洁、抗污性能，可在一定程度上防止透水孔隙堵塞，提高透水持久性；4)可以提高结构层黏结强度，提高强度.
1 试验材料与试验过程
1.1 试验材料
1)水泥：吉林市联大水泥厂生产的42.5级硅酸盐水泥；2)粗集料：吉林市市政采石场生产的玄武岩碎石，通过实验室震击式标准振摆仪对碎石进行筛分，人工清洗.技术指标见表1；3)疏水剂：选用3种不同类型的疏水剂，见表2；4)水：普通自来水；5)减水剂：哈尔滨兴顺建筑外加剂有限公司的XSM聚羧酸高效减水剂.
表1 粗骨料基本物理性能
Tab.1 Basic physical properties of coarse aggregate
表2 疏水剂种类
Tab.2 Species of hydrophobic agent
1.2 试件制作与性能测试
根据体积法计算材料配合比.采用水泥裹石法人工拌和混合料3 min，测试工作性能，分3层装入100 mm×100 mm×100 mm立方体试模，每层均匀插捣25次.混凝土硬化后脱模，放入恒温恒湿养护箱中，在温度(20±2)℃，相对湿度95%条件下养护28 d.根据国家建筑材料行业标准CJJ/T135—2009《透水混凝土路面技术规程》测试透水性和抗压强度，所用透水仪依据上述标准自行设计制作.装置和自制的透水仪见图1、图2.
图1 透水系数试验装置
Fig．1 Test unit of permeability coefficient
图2 自制透水仪
Fig．2 Homemade permeable instrument
2 试验设计与试验结果
本次试验分为两部分：第1部分通过正交试验确定内疏水透水混凝土配合比最优方案；第2部分对比按最优方案制作的内疏水型透水混凝土与普通透水混凝土的性能.
正交试验设计为3因素3水平，试验指标为28 d抗压强度和透水系数.在正交试验前先对3种因素进行交互作用试验，结果表明，3种因素没有交互作用，故本次正交试验不考虑交互作用.选用正交表L9(34)安排试验，因素C(疏水剂种类)各水平的掺量均为4%(依据产品使用说明选取).因素水平、试验方案及结果见表3、表4.采用最优方案，掺入疏水剂进行对比试验.
表3 因素水平
Tab.3 The factor and level
表4 试验方案及结果
Tab.4 Test scheme and result
3 试验结果分析
由于本试验为两个试验指标的正交试验，因此采用综合平衡法分析试验结果.对试验结果进行极差分析，得出因素的主次和最优方案，见表5，各因素与各指标的趋势见图5、图6.
表5 试验结果分析
Tab.5 Test result analysis
3.1 最优方案确定
由表5可见：对于抗压强度和透水系数两个指标而言，3种因素的极差均是RA>RB>RC，所以各因素对两个指标影响的主次顺序为A(设计孔隙率) >B(水灰比)>C(疏水剂种类).3种因素的不同水平对两个试验指标的影响不同，因此对于不同试验指标存在不同的优方案.抗压强度指标的优方案为A1B2C3，透水系数指标的优方案为A3B1C3.因此，需要通过综合平衡法得出综合的优方案.
因素A：对于两个试验指标，A(设计孔隙率)都是最主要的因素.由图3、图4可见，随着孔隙率的增加，抗压强度减小，透水系数增大.对抗压强度指标取A1好，对于透水系数指标取A3好.在使用混凝土材料时，首先要考虑强度必须要满足一定使用要求，再考虑其功能性.由表5可见，选择A1，强度虽然较高，但是透水系数过小；选择A2，强度相对降低不是很明显，但是却能保持较高的透水系数.因此，综合考虑两种指标，选取A2.
因素B：对于两个试验指标，因素B(水灰比)都是相对于A的次要因素.由图3、图4可见，随着水灰比的增大，抗压强度先增大后减小，而透水系数一直减小.对于抗压强度指标取B2好，对于透水系数指标取B1好.由表5可见，B2与B1相比，强度较高，且透水系数相差不大，能保证良好的透水性能.因此，综合考虑两个指标，选取B2.
因素C：对于两个试验指标，因素C(疏水剂种类)都是影响程度最小的因素.由图3、图4可见，3种类型的疏水剂对强度和透水系数的影响相差不大，对于抗压强度指标和透水系数指标都是取C3更好.
通过以上综合平衡法确定的最优方案为A2B2C3，即设计孔隙率取20%，水灰比取0.28，疏水剂种类选择AD3105荷叶疏水剂.
图3 各因素与强度关系
Fig．3 Relationship between factors and strength
图4 各因素与透水系数关系
Fig．4 Permeability coefficient and factors
3.2 混凝土性能对比
在相同条件下，掺与不掺疏水剂的透水混凝土性能对比见表6.由表6可见：与普通透水混凝土相比，掺入4%荷叶疏水剂的透水混凝土强度提高了28.9%，透水系数稍微有所下降.其原因是普通水泥胶结层存在微小的毛细孔腔和微裂缝，而荷叶疏水剂的掺入可以填充这些微小空隙，增强水泥黏结层强度，使透水混凝土强度得到提高；透水系数有所下降是因为水泥熟料在发生水化反应过程中，体系中的疏水剂以微小固态颗粒的形式吸附在硬化后的胶结层表面，形成了一种致密的面层.由于该面层很薄，只能将一些极其微小的空隙封闭，并且阻止水渗透到这些微小空隙之中，造成透水系数有所下降.
表6 两种透水混凝土性能对比
Tab.6 The contrast between two kinds of pervious concretes
4 结 论
本文研制了一种内疏水型透水混凝土.选取设计孔隙率、水灰比、疏水剂种类3个因素，每个因素选取3个水平，以28 d抗压强度和透水系数为指标进行正交试验，得出了内疏水透水混凝土的最优方案，并将最优方案与不掺入疏水剂的混凝土进行了对比试验，得出如下结论：
1)随着设计孔隙率的增大，抗压强度减小，透水系数增大；随着水灰比的增大，抗压强度先增大后减小，透水系数一直在减小.在进行内疏水混凝土配合比设计时，应该综合考虑这两方面性能，选择适当的配合比.
2)在3个因素中，对内疏水透水混凝土性能指标影响最大的因素是设计孔隙率，水灰比次之，疏水剂的种类影响最小.通过综合平衡法确定的最优方案为A2B2C3，即设计孔隙率为20%，水灰比为0.28，选用荷叶疏水剂.
3)在相同条件下，掺入一定量的疏水剂会使透水混凝土的强度得到提高.其中，掺入4%荷叶疏水剂的效果最显著，混凝土强度提高了28.9%，且对透水系数影响不大，能够保证较好的透水性能.
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