安曉燕

（河北建材職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

透水磚自20世紀(jì)被荷蘭人發(fā)明以來(lái)，已在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用[1]，目前在我國(guó)的“海綿城市”建設(shè)中正發(fā)揮著重要作用[2]。其中，免燒透水磚由于利用了各種工業(yè)廢渣而發(fā)展迅速，電廠固硫灰[3]、煤矸石[4]、尾礦渣[5]、污泥[6]、再生骨料和粉煤灰[7]等都可作為其原材料。不銹鋼生產(chǎn)中產(chǎn)生多種廢渣，其中一種廢渣外觀與砂接近，因其顆粒表面粗糙，所以將其用作混凝土細(xì)骨料會(huì)影響流動(dòng)性，但很適合用來(lái)制備通過(guò)半干料壓縮成型的透水磚。

透水性是透水磚最重要的性能指標(biāo)，相關(guān)研究受到關(guān)注，包括“集料的緊密堆積密度”[8]以及“灰色系統(tǒng)”[9]等理論都被用于指導(dǎo)其配合比設(shè)計(jì)，趙亞兵和晉紅強(qiáng)等[4，10]認(rèn)為，GB/T 25993—2010《透水路面磚和透水路面板》規(guī)定的透水系數(shù)測(cè)試存在缺陷，于是開(kāi)發(fā)了自己的試驗(yàn)裝置和計(jì)算方法，本研究則設(shè)計(jì)了一種更加簡(jiǎn)便的透水性測(cè)試方法。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：P·O42.5，秦皇島淺野水泥有限公司生產(chǎn)；不銹鋼渣：細(xì)度模數(shù)為2.56（屬中砂），上海寶鋼產(chǎn)，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1，粒度分布見(jiàn)表2，微觀形貌及顆粒表面能譜分析見(jiàn)圖1；石：粒徑5～10 mm，秦皇島青龍縣；水：自來(lái)水。

表1 不銹鋼渣的主要化學(xué)成分 %

表2 不銹鋼渣的粒徑分布

由圖 1（a）、（b）可見(jiàn)，不銹鋼渣的外觀與普通河砂接近，其顆粒表面較為粗糙，并附著了大量的結(jié)晶態(tài)微粒；將其進(jìn)一步放大，從圖1（c）、（d）可見(jiàn)大量的棒狀或顆粒狀結(jié)晶微粒，對(duì)這2類特征微粒進(jìn)行能譜分析可以看出，其成分主要為硅、鈣、鋁、鎂的氧化物，這與表1的主要化學(xué)成分相吻合。

1.2 試件制作

采用半干料壓縮成型方法，按配比將稱量好的水泥與水拌合均勻，再將粗細(xì)骨料與水泥漿拌合均勻，得到半干料，然后將一定質(zhì)量的半干料裝入由Φ75 mm的PVC管切割而成、高度為150 mm的成型模具，最后用Ф70 mm的實(shí)心圓鐵柱壓縮至規(guī)定的50 mm高度。因PVC管壁厚1.5 mm，得到的試件原始尺寸為Ф72 mm、高度50 mm，在強(qiáng)度和體積測(cè)試前應(yīng)對(duì)試件上表面進(jìn)行打磨。

1.3 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)配合比見(jiàn)表3，用水量應(yīng)根據(jù)其它材料摻量的變化進(jìn)行調(diào)整，以保證獲得剛好不會(huì)粘聚成坨的半干料。

表3 試驗(yàn)配合比 g

1.4 測(cè)試儀器與測(cè)試方法

（1）抗壓強(qiáng)度：依據(jù)GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行測(cè)試，采用無(wú)錫建材儀器廠TYE-300D水泥強(qiáng)度抗壓/抗折試驗(yàn)機(jī)，加載速率0.5 kN/s，測(cè)試前7 d用純水泥漿填平試件上、下表面的孔隙。

（2）絕干密度：依據(jù)GB 11970—1997《加氣混凝土體積密度含水率和吸水率試驗(yàn)方法》，根據(jù)絕干硬化試件的體積和質(zhì)量計(jì)算。

（3）透水性：參照J(rèn)C/T 945—2005《透水磚》，分別采用河北滄州獻(xiàn)縣科宇高鐵儀器設(shè)備廠型號(hào)ST-A透水系數(shù)測(cè)試儀（見(jiàn)圖2）和自行設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖3）進(jìn)行測(cè)試。

圖2 JC/T 945—2005透水系數(shù)測(cè)試裝置示意

圖3 簡(jiǎn)易法透水系數(shù)測(cè)試裝置示意

簡(jiǎn)易測(cè)試方法是將一個(gè)比試件直徑略粗的塑料瓶底部去掉作為透明漏斗，將瓶口向下放在量筒上，組成透水性簡(jiǎn)易測(cè)試裝置；將試件連同PVC管成型模具一起泡水24 h，在測(cè)試前將試件及模具從水中取出，靜停幾十秒，等到試件不再滴水時(shí)將其放入透明漏斗中；將120 mL自來(lái)水從PVC管中的試件上方倒入其中，一段時(shí)間后自來(lái)水會(huì)透過(guò)試件并經(jīng)漏斗下方的出口進(jìn)入接水量筒中。從量筒中水位上升至20 mL時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)水位升至100 mL時(shí)計(jì)時(shí)結(jié)束。根據(jù)計(jì)時(shí)時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)試件的透水性，并按照J(rèn)C/T 945—2005計(jì)算透水系數(shù)。

式中：kT——水溫為T(mén)時(shí)試件的透水系數(shù)，cm/s；

Q——時(shí)間t秒內(nèi)的滲水量，mL；

L——試件厚度，cm；

A——試件上表面積，cm2；

H——水位差，參照J(rèn)C/T 945—2005，取15 cm；

t——時(shí)間，s。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 簡(jiǎn)易透水性測(cè)試方法的可靠性

分別采用2種方法測(cè)試不銹鋼渣透水磚的透水系數(shù)，1#～21#試件的透水系數(shù)測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 用不同方法測(cè)試不銹鋼渣透水磚的透水系數(shù) cm/s

由表4可見(jiàn)，簡(jiǎn)易法與按JC/T 945—2005方法的測(cè)試結(jié)果極為接近，其結(jié)果的可靠性很高，在本研究選擇的系列配合比中都表現(xiàn)出極小誤差。因此，簡(jiǎn)易法在一定條件下完全可以替代JC/T 945—2005方法。由于JC/T 945—2005方法規(guī)定的復(fù)雜測(cè)試步驟和程序，主要是為了克服透水磚的生產(chǎn)原材料、制備方法以及測(cè)試環(huán)境等各種因素變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，而當(dāng)這些條件都固定不變時(shí)，通過(guò)大幅度簡(jiǎn)化其中的程序、步驟仍可獲得可靠的測(cè)試結(jié)果，進(jìn)而顯著提高研究效率。

2.2 不銹鋼渣透水磚的強(qiáng)度與密度的相關(guān)性

不銹鋼渣透水磚絕干密度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不銹鋼渣透水磚的絕干密度和抗壓強(qiáng)度

由表5可見(jiàn)，試件的絕干密度在1.9～2.3 g/cm3之間，采用450、435、420 g半干料所制備的試件絕干密度分別為2.3、2.2、1.9 g/cm3，相同半干料的試件其絕干密度上下波動(dòng)的范圍很小。這顯然是由試件成型方法本身決定的，將相同質(zhì)量的半干料壓制成相同體積的試件，其密度就比較接近。而試件的抗壓強(qiáng)度在9～30 MPa間呈現(xiàn)相同規(guī)律的大幅度波動(dòng)，并且隨著試件中水泥和不銹鋼渣摻量逐漸減少呈逐漸降低趨勢(shì)。

按照水泥摻量分類，對(duì)表4中1#～24#試件的絕干密度-抗壓強(qiáng)度進(jìn)行線性擬合，擬合公式見(jiàn)表6。

表6 不銹鋼渣透水磚絕干密度-抗壓強(qiáng)度擬合公式

由表6可見(jiàn)，在相同配合比下，不同質(zhì)量半干料所對(duì)應(yīng)的絕干密度與抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)較高的線性關(guān)系，其線性相關(guān)系數(shù)大多數(shù)超過(guò)0.98。這表明，在實(shí)際生產(chǎn)中可以通過(guò)對(duì)不銹鋼渣透水磚絕干密度的控制獲得預(yù)期的抗壓強(qiáng)度，而絕干密度可以通過(guò)對(duì)入模半干料用量的簡(jiǎn)單調(diào)整得到精確的控制。

2.3 不銹鋼渣透水磚的透水系數(shù)與密度的相關(guān)性

對(duì)1#～24#試件的絕干密度-透水系數(shù)進(jìn)行線性擬合，擬合公式見(jiàn)表7。

表7 不銹鋼渣透水磚絕干密度-透水系數(shù)擬合公式

由表7可見(jiàn)，絕干密度與透水系數(shù)成負(fù)相關(guān)性，二者的相關(guān)性也比較高，除了16#～18#試件擬合直線的相關(guān)性較低，1#～3#試件擬合直線和4#～6#試件擬合直線的相關(guān)性略低以外，其它5組試樣的絕干密度與透水系數(shù)的線性相關(guān)性都較高（相關(guān)系數(shù)均大于0.98）。可以認(rèn)為，本研究中的試件絕干密度與透水性之間也存在極高的線性相關(guān)性，即同樣可以通過(guò)控制絕干密度來(lái)簡(jiǎn)便且精確地控制產(chǎn)品的透水性。

2.4 不銹鋼渣透水磚透水系數(shù)與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

不銹鋼渣透水磚的透水系數(shù)與抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表8所示。

表8 不銹鋼渣透水磚的透水系數(shù)與抗壓強(qiáng)度

從表8可以看出，只有1#試件的透水系數(shù)不符合GB/T 25993—2010要求（A級(jí)、B級(jí)透水磚的透水系數(shù)應(yīng)分別大于0.02、0.01 cm/s），10#試件達(dá)到B級(jí)要求，其它試件均達(dá)到A級(jí)產(chǎn)品要求。

結(jié)合表3配合比可知，沒(méi)有摻鋼渣的20#～24#試件雖然有很高的透水系數(shù)，但其抗壓強(qiáng)度不足18 MPa，考慮到試件的尺寸效應(yīng)，本研究測(cè)得的強(qiáng)度顯然會(huì)高于常規(guī)的150 mm×150 mm×150 mm立方體強(qiáng)度，所以，按照一般工程經(jīng)驗(yàn)，該類材料只能用于人行道，無(wú)法用于行車路面；而摻有鋼渣的1#～15#試件中除前2個(gè)試件的透水性略低外，其它都具有良好的透水性且抗壓強(qiáng)度在18～32 MPa，可根據(jù)實(shí)際要求選擇不同量的半干料來(lái)調(diào)整；不含鋼渣的16#～19#試件雖然也具有較好的透水性，但其強(qiáng)度相對(duì)較低；在相同水泥摻量和半干料用量的條件下，對(duì)比1#～9#試件可知，適當(dāng)?shù)匿撛鼡搅靠色@得較高的強(qiáng)度，其透水性隨著鋼渣摻量的增加逐漸提高。

3 結(jié)論

（1）采用不銹鋼渣半干料通過(guò)壓縮成型工藝可制備出透水性符合GB/T 25993—2010中A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求的透水磚，在本研究范圍內(nèi)，適當(dāng)?shù)牟讳P鋼渣摻量可獲得較高的強(qiáng)度，而透水性隨著鋼渣摻量的增加逐漸提高。

（2）在相同配合比下，半干料用量不同所產(chǎn)生的絕干密度、透水系數(shù)與抗壓強(qiáng)度三者之間呈現(xiàn)較高的線性關(guān)系，其線性相關(guān)系數(shù)大多數(shù)超過(guò)0.98。實(shí)際生產(chǎn)中可通過(guò)對(duì)入模半干料質(zhì)量的調(diào)整來(lái)控制密度，進(jìn)而簡(jiǎn)便、精確地控制透水性并獲得預(yù)期強(qiáng)度。

（3）所設(shè)計(jì)的透水系數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)試法的可靠性很高，在本研究范圍內(nèi)的測(cè)試結(jié)果與按JC/T 945—2005的測(cè)試結(jié)果極為接近。

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