干硬性混凝土彩色透水路面磚的設(shè)計

干硬性混凝土彩色透水路面磚的設(shè)計
張德成，張鳴，肖傳明，張云飛，葉正茂，劉福田
（濟南大學(xué)材料學(xué)院，山東，濟南 250022）

　　摘要：本文從發(fā)展綠色建材角度出發(fā)，通過使用粉煤灰取代部分水泥、水渣取代部分中粗砂來優(yōu)化原材料，根據(jù)干硬性混凝土機理設(shè)計彩色透水路面磚的配合比，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，利用實際生產(chǎn)設(shè)備進行試配調(diào)整工藝參數(shù)提高產(chǎn)品性能，建立了一條大量利用工業(yè)廢渣的新途徑。

　　關(guān)鍵詞：彩色透水路面磚；干硬性混凝土；配合比設(shè)計；生產(chǎn)工藝；水渣

　　1、前言

　　透水性混凝土是一種有利于生態(tài)和環(huán)保的混凝土。它有利于地表水的滲入，提高地表的透氣、透水性，具有調(diào)節(jié)城市地表溫度和濕度、減輕市政排水設(shè)施負擔(dān)等優(yōu)點。彩色透水路面磚是透水性混凝土典型應(yīng)用制品之一，以其豐姿多彩的魅力，已越來越受到人們的青睞。彩色透水路面磚既滿足現(xiàn)代人對保持生態(tài)和環(huán)保的愿望，也滿足現(xiàn)代都市對色彩和文化氣息的渴求。可以說，彩色透水路面磚既具有內(nèi)在的韻致，又具有漂亮的外表，做到了實用性與欣賞性并重。因此，它必將引領(lǐng)新一代新型路面材料的潮流。

　　彩色透水路面磚不僅可用于人行道、廣場、園林、廠區(qū)和住宅小區(qū)的環(huán)境美化,還可用于停車場、車行道。它可以通過其多變的板塊形狀和不同色彩的組合設(shè)計出獨特的彩色路面。同時具有抗壓強度高，耐磨性、耐沖擊性、抗凍融性好及經(jīng)久耐用的特點。彩色透水路面磚的研究起步較晚，相關(guān)報道也寥寥無幾。本文利用粉煤灰取代部分水泥，降低成本的同時也符合可持續(xù)發(fā)展的要求。利用水渣取代部分中粗砂增加路面磚的透水性。同時水渣具有一定的膠凝性，改善了水泥與砂的界面結(jié)構(gòu)（表現(xiàn)為強度的增加）。通過科學(xué)設(shè)計配合比，調(diào)整工藝參數(shù)，設(shè)計出了低成本高性能的彩色透水路面磚。

　　2、原材料

　　本研究用主要原材料如下：
　　粉煤灰：濰坊電廠一級灰；
　　水渣：濟鋼水渣，細度模數(shù)為3.0；
　　水泥：選用山東鋁業(yè)集團生產(chǎn)P.O42.5水泥；
　　砂：東營近郊產(chǎn)黃砂，細度模數(shù)為2和2.6兩種；
　　石：東營近郊產(chǎn)，選用5～10mm石和小于5mm的石屑；
　　外加劑：萘系高效減水劑；
　　顏料：市售氧化鐵紅、氧化鐵黃、氧化鐵黑、鉻黃和鉻綠。

　　3、彩色透水路面磚生產(chǎn)工藝及技術(shù)要點

　　3.1 透水路面磚的種類及機理

　　按透水方式與結(jié)構(gòu)特征,透水磚可分為正面透水型和側(cè)面透水型兩類。正面透水型透水磚在實際應(yīng)用中效果較為明顯,除具有較好的物理力學(xué)性能和透水性能外,還可制成彩色面層,美化環(huán)境,生產(chǎn)成本也相對較低[1]。

　　透水磚是由一定級配的集料、水泥、特種膠結(jié)劑和水等經(jīng)特殊工藝制成的。因選用的集料級配特殊，通常沒有或很少有粒度2.5mm以下的細集料，因此集料骨架中含大量的孔隙，并且這些孔隙是連通的。如果有雨水時它們沿這些貫通“線路”滲人地下。透水速度的快慢，即透水系數(shù)的大小主要取決于集料的級配及相應(yīng)的透水混凝土配合比[2]。

　　3.2 工藝流程　　

　　彩色透水路面磚生產(chǎn)工藝流程見圖1。采用進口自動化生產(chǎn)設(shè)備，無需使用脫模劑。按體積法上料?；鶎恿箱伷胶箐伱媪希駝舆^程中沖壓成型，然后送入養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護。

　　3.3 技術(shù)要點

　　1) 細砂面料配制

　　面料層分細砂、中砂和裸露集料的面層等幾種。本文使用細砂面料。面料的配制，要滿足如下幾點：
　?、倏刂坪媚z骨比，比值太大，磚表面易產(chǎn)生裂縫，比值太小，則使面料層出現(xiàn)不結(jié)實、不耐磨；一般膠骨比選0.29～0.2；
　　②面料水灰(膠)比應(yīng)大于或等于基料水灰(膠)比，而又不粘模為好。如果面料水灰(膠)比小于基料水灰(膠)比時，剛成型的彩色路面磚在輸送過程中會產(chǎn)生不規(guī)則的非貫穿性裂縫；
　　③顏料保管中應(yīng)注意防潮、防濕，一旦開袋使用，應(yīng)在短時間內(nèi)用完；不能用完時仍密閉保存，發(fā)現(xiàn)結(jié)團，應(yīng)過篩使用；
　?、茴伭蠐搅吭蕉?，制品顏色就越深，這樣即影響路面物理力學(xué)性能，又提高了成本。應(yīng)盡量采用淺色水泥或白水泥。水泥和砂石集料本色一定要穩(wěn)定，生產(chǎn)同批彩色路面磚應(yīng)使用同型號同一批水泥及同層同礦山集料。如選用合成氧化鐵顏料，一般著色層顏料摻量為水泥摻量的3%～5%。 
　　配合比確定以后，加入顏料入攪拌機攪拌，先干拌10s～20s，再加入1/2的水攪拌10s左右，最后加入全部的水攪拌1min～2min。面料層的生產(chǎn)要盡量縮短成型時間，以免時間過長，面料層失水過多和發(fā)生水化反應(yīng)[3]。

　　2) 基層的配制
　　路面磚采用二次布料法，即分為面層和基層。基層是用水渣取代部分中粗砂的粉煤灰干硬性混凝土,采用強制式攪拌機攪拌。試配時要先測出砂、碎石的含水率，然后在基準配比上調(diào)整砂石用量及用水量，調(diào)配出生產(chǎn)配合比，配合比的設(shè)計可根據(jù)不同的磚型和不同的需求進行調(diào)配。配合比調(diào)整完畢后輸入計算機，然后嚴格、準確的計量。各種原料投入攪拌機以后，先干攪拌20s左右，然后加入水攪拌1min～2min。如果加入外加劑，則需要另外調(diào)整加料次序。粉煤灰混凝土攪拌好后放入料倉，準備入模生產(chǎn)。基層的生產(chǎn)主要控制要點為：
　?、購目臻g結(jié)構(gòu)來看，透水性路面磚是粗骨料顆粒與水泥石絞結(jié)而成的多孔結(jié)構(gòu)，水泥石與粗骨料界面粘結(jié)強度是最薄弱環(huán)節(jié)，所以應(yīng)采用42.5MPa以上強度水泥。水泥最佳用量以剛好包裹骨料表面形成均勻水泥漿為適度。以最小水泥用量為原則，過多水泥用量會增加成本、降低透水性。膠凝材料用量一般為230～300kg/m3。
　　②骨料級配是控制透水性重要批標，級配不良時，堆積骨架中孔隙大，強度低，反之強度高，透水性差。級配合理范圍：>10mm，(0～10%)； >5mm ，(95～40%)；<2.5mm,(10～3)%。通常不要有2.5mm以下的細骨料，以保證內(nèi)部有大量孔隙。砂、碎石中的含泥量<1%，有機物含量<1%；
　?、劭刂坪媚z骨比，膠骨比的減小會增大透水性，但強度會降低；膠骨比增大時，強度會增大，但透水性降低。一般膠骨比選0.29～0.2；
　?、軐μ囟ǖ哪骋还橇嫌幸蛔罴阉?膠)比。當W/C小于這一最佳值時，水泥漿過于干稠，混凝土拌合物和易性太差，水泥漿體不能充分包裹骨料表面，不利于提高透水磚強度；反之，W/C過大，水泥漿可能把透水孔隙部分或全部堵死，既不利于透水，也不利于強度提高。最佳的W/C為0.25～0.35。要求做到“手抓成團,落地自散”；
　?、菥C合稠度、強度、表觀密度確定的最優(yōu)用水量，一般為80～120kg/m3；
　?、逓樵龃舐访娲u的透水性，需要人工制作連續(xù)孔，連續(xù)孔的形成機理是：在半干硬性混合料中摻入引氣劑，物料經(jīng)成型、靜停后,進行蒸汽養(yǎng)護。在蒸養(yǎng)的過程中，混合料中引入的氣泡產(chǎn)生體積膨脹，使原來不相連通的氣泡連為一體，成為連續(xù)孔通道。
可選用的引氣劑有：松香熱聚物、松香皂鈉烷基磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、環(huán)氧乙烷與脂肪醇縮合物。具有緩凝特性的木質(zhì)素磺酸鹽因影響制品強度發(fā)展不宜使用。性能較好的引氣劑是松香類引氣劑[4] 。     

　　3) 養(yǎng)護
　　剛成型的路面磚,應(yīng)置于脫模托板上養(yǎng)護。室溫下自然養(yǎng)護時，可將路面磚放在養(yǎng)護窯內(nèi)，并將門關(guān)閉以使粉煤灰混凝土在一定濕度條件下充分水化?？s短初始養(yǎng)護時間，可將路面磚(放在托板上)送入保溫窯內(nèi)，在60℃～70℃的蒸汽養(yǎng)護下停留4-6小時。初始養(yǎng)護后，路面磚被運送室外，此時要注意澆水養(yǎng)護，整個養(yǎng)護過程一般為28天。

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　　4、試驗過程及結(jié)果評價

　　4.1 彩色透水磚的力學(xué)分析

　　除上述透水路面磚設(shè)計要求外，本文利用一級粉煤灰等量取代水泥，水渣0～70%取代砂子，主要是考慮到水渣顆粒較粗(細度模數(shù)為3.0左右)取代部分砂子(細度模數(shù)2.6左右)可增大透水性,降低成本。 而且水渣具有膠凝性，能增強漿體與骨料間的粘結(jié)性。試驗結(jié)果如表1。摻用10～50%水渣代替中粗砂在混凝土中應(yīng)用均能滿足強度要求，與不摻水渣混凝土相比，強度有所增加，水泥用量略有降低。水渣取代砂超過50%后，強度開始下降。因此50%為最佳取代點。

　　4.2 彩色透水磚的力學(xué)分析

　　取水渣50%取代中砂的彩色透水路面磚的試塊進行孔結(jié)構(gòu)分析及透水性能試驗。總孔隙率P0,，連通孔隙率P1及透水系數(shù)T的試驗結(jié)果見表2。

　　由表2可知，試驗的路面磚連通孔占總孔隙的比率較大，透水性能較好。透水系數(shù)滿足相關(guān)高滲透性混凝土標準的要求。

　　5、應(yīng)用前景分析

　　彩色透水路面磚的水泥用量較少，摻用粉煤灰和水渣等工業(yè)廢渣，節(jié)約資源、能源；不破壞環(huán)境，更有利于環(huán)境；符合綠色混凝土的要求。透水性混凝土路面磚經(jīng)濟實用。與普通混凝土路面磚相比,透水性混凝土路面磚的制造費用較低。用于透水、保水有特殊要求的場合，具有一定的競爭優(yōu)勢?？蓱?yīng)用于下列領(lǐng)域：河道、高速公路、山體護坡；草坪底板；無土綠色植被種植(如屋頂綠化)；農(nóng)田水利等[5]。

　　6、小結(jié)

　　本文對彩色透水路面磚的機理進行、配合比設(shè)計要點、生產(chǎn)工藝、主要技術(shù)指標、應(yīng)用前景進行了闡述,通過用粉煤灰部分取代水泥、水渣部分取代中粗砂配制出了低成本、高透水性的彩色透水路面磚。這對工業(yè)廢渣利用，發(fā)展綠色建材是非常有益的探索。除了原材料和配合比外，生產(chǎn)設(shè)備的壓實能力是影響干硬性混凝土性能的重要因素。因此工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)重視生產(chǎn)設(shè)備的選擇以保證產(chǎn)品質(zhì)量[6]。

　　參考文獻
　　[1] 王武祥. 透水性混凝土路面磚的生產(chǎn)與應(yīng)用[J]. 混凝土與水泥制品,1998, (4):54～56.
　　[2] 王武祥.新型建筑材料[J]. 1995,(7),27～30. 
　　[3] 尹輝和,王輝. 影響混凝土路面磚質(zhì)量問題的因素[J]. 彩瓦與路磚,2005,(2):34～35.
　　[4] 蔣亞清,王洪波,高建明. 透水性混凝土路面磚[J]. 建筑砌塊與砌塊建筑,2001,(1):15～16.
　　[5] 孟猛. 新型彩色混凝土路面磚的應(yīng)用前景[J]. 混凝土,2002,(2):52～54.
　　[6] 馮乃謙.新實用混凝土大全[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社,2005.