李時媛

(朝陽市凌河治理保護(hù)工程質(zhì)量監(jiān)督站，遼寧 朝陽 122000)

1 研究背景

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，城區(qū)河道整治領(lǐng)域的生態(tài)化要求日漸突出，傳統(tǒng)的硬化鋪裝與砌護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足工程建設(shè)的需求。因此，在城市河道整治工程建設(shè)中，新型透水材料的研制和應(yīng)用已經(jīng)成為重要的發(fā)展趨向[1]。透水混凝土是一種由水泥、粗骨料、各種外加劑以及摻合料制成的一種多孔混凝土，是一種極具生態(tài)兼職的綠色環(huán)保建筑材料，在河道整治工程中具有廣泛的應(yīng)用價值[2]。樹脂基透水混凝土是近年來提出的一種新型材料透水混凝土，是以環(huán)氧樹脂、固化劑、稀釋劑和各種填料為膠結(jié)材料，與粗骨料混合攪拌以后形成的透水材料[3]。與傳統(tǒng)的水泥基透水混凝土相比，其具有良好的滲透性、抗凍性和穩(wěn)定性，具有廣闊的應(yīng)用前景[4]。目前，樹脂基透水混凝土的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，聚合物摻量、增強韌性體系以及制備工藝方面均沒有系統(tǒng)化的研究。在這一背景下，此次研究通過室內(nèi)試驗的方式，探討樹脂種類、摻量對透水混凝土抗壓強度和滲透系數(shù)兩大主要參數(shù)的影響，以便為其工程應(yīng)用提供有益的借鑒和思考。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

試驗用膠凝材料包括樹脂、固化劑和稀釋劑[5]。為了研究不同樹脂材料的效果，本研究選擇市面上常見的聚氨酯、環(huán)氧樹脂以及甲基丙烯酸甲酯等3種樹脂進(jìn)行對比實驗。其中，聚氨酯選擇的是江蘇靖江特種材料有限公司出品的PU- 50型無溶劑型聚氨酯膠黏劑，其黏度為40～90，固化時間為8h；環(huán)氧樹脂作采用的是唐山市豐潤建材有限公司出品的EPCYD- 128非溶劑型環(huán)氧樹脂，其外觀為無機械雜質(zhì)且透明的黏稠液體，其環(huán)氧當(dāng)量為189g/mol，軟化點約為15℃；試驗中的甲基丙烯酸甲酯為天津大茂試劑廠生產(chǎn)，固化時間為3～4h。由于樹脂不能實現(xiàn)自我聚合固化，因此需要固化劑的催化作用。此次試驗中采用的是江蘇常州潤祥化工有限公司出品的酚醛胺環(huán)氧固化劑，其密度為1.08g/cm3，胺值為480KOH/g。由于環(huán)氧樹脂和固化劑混合之后的粘度變大，造成混合困難，因此需要稀釋劑改善其流動性。此次試驗中選擇的是天津渤?；び邢薰境銎返囊叶级s水甘油醚活性稀釋劑。

骨料是透水混凝土的主要受力單元，其性質(zhì)會對混凝土的最終強度產(chǎn)生重要影響。本研究選擇的是粒徑均勻的玄武巖碎石，其粒徑范圍為2～10mm，表觀密度為2800kg/m3，孔隙率為44.5%。鑒于良好的骨料級配可以充分發(fā)揮骨料的強度效應(yīng)，此次試驗中以2～5和5～10mm骨料按照1∶1(級配A)和2∶1(級配B)比例進(jìn)行搭配試驗。試驗中的填料為電廠Ⅱ級粉煤灰，其燒失量為4.6%，需水比為104%，比表面積為3490cm2/g。

2.2 試件制作

樹脂基透水混凝土的抗壓強度和滲透系數(shù)的試驗均采用100mm×100mm×100mm的立方體試件。在制作過程中，為了保證玄武巖碎石能夠被膠凝材料均勻包裹，選擇二次投料法的拌合方法進(jìn)行制作[6]。將按照配合比稱量的粉煤灰加入環(huán)氧樹脂和稀釋劑的混合物中攪拌60s，在攪拌均勻之后將骨料和固化劑加入其中，繼續(xù)攪拌3min，在樹脂漿體均勻包裹在碎石表面之后將其裝入試模。試件的成型采用分層鋪裝，手工插搗和振動臺振動相結(jié)合的方式進(jìn)行。其中，手工插搗的次數(shù)應(yīng)該在25次以上，振動時間不宜過長，以10s為宜，這不僅可以保證混凝土的密實度，同時還可以防止膠凝材料在試件底部堆積[7]。

2.3 試驗方法

由于樹脂基透水混凝土屬于一種新型透水鋪裝材料，目前尚無試驗的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[8]。因此，在試驗研究中參照普通混凝土的試驗方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。其中，抗壓試驗采用YAW- 3000電液壓力一體試驗機，加載速率為0.3MPa/s，每組試驗測試3個試件，以試驗結(jié)果的均值作為最終試驗結(jié)果。

在滲透系數(shù)試驗方面，目前有常水頭法和變水頭法2種試驗方法。鑒于透水混凝土的孔隙率較大，因此選擇常水頭法測試較為科學(xué)。透水試驗選擇北京耐爾得公司生產(chǎn)的NELD-PC370透水系數(shù)儀，每3塊試件作為一組進(jìn)行試驗，以其均試驗結(jié)果均值作為該組試驗的最終結(jié)果。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 樹脂種類的影響

為了研究不同樹脂種類對透水混凝土性能的影響。試驗中保持樹脂摻量為4%不變，只改變樹脂的種類，對不同樹脂種類試塊進(jìn)行抗壓強度測試，結(jié)果見表1。

表1 不同樹脂種類試件抗壓強度試驗結(jié)果 單位：MPa

由表1中的試驗數(shù)據(jù)可以看出，2種不同的級配方案環(huán)氧樹脂作為透水混凝土膠凝材料時的抗壓強度均最高。以級配A方案為例，以環(huán)氧樹脂作為透水混凝土膠凝材料時，其抗壓強度為19.56MPa，與聚氨酯方案的16.41MPa相比提高了約19.2%；與甲基丙烯酸甲酯方案的13.73MPa相比提高了約42.5%。由此可見，在試驗的3種樹脂中，環(huán)氧樹脂的黏結(jié)效果最佳。

對3種不同樹脂制備的透水混凝土試件的透水系數(shù)進(jìn)行試驗測定，結(jié)果見表2。

表2 不同樹脂種類試件透水系數(shù)度試驗結(jié)果

由表2中的試驗結(jié)果可以看出，對于2種不同粗骨料級配方案，透水系數(shù)最大的是聚氨酯類試件，其次是環(huán)氧樹脂試件，透水系數(shù)最小的為甲基丙烯酸甲酯試件。但是，3種方案的試驗結(jié)果比較接近。以級配A方案為例，聚氨酯試件的透水系數(shù)最大，相對于甲基丙烯酸甲酯方案相比增大了約2.1%；與環(huán)氧樹脂方案相比，增大了約1.3%。由此可見，3種樹脂種類制作的透水混凝土的透水系數(shù)比較接近，均沒有比較顯著的優(yōu)勢。綜合抗壓強度和透水系數(shù)試驗結(jié)果，環(huán)氧樹脂透水混凝土的抗壓強度顯著偏大，而透水系數(shù)和聚氨酯試件較為接近。因此，推薦在工程應(yīng)用中選擇環(huán)氧樹脂作為樹脂基透水混凝土制備中的樹脂材料。

3.2 樹脂摻量的影響

根據(jù)前文的試驗結(jié)果，環(huán)氧樹脂在透水混凝土制備中具有材料性能方面的優(yōu)勢。因此，本研究確定環(huán)氧樹脂為膠凝材料，確定3%、4%、5%、6%和7% 5種不同的環(huán)氧樹脂摻量，對不同級配方案下的透水混凝土試件的抗壓強度進(jìn)行試驗，結(jié)果見表3。

由表3中的試驗數(shù)據(jù)可以看出，環(huán)氧樹脂的摻量會對透水混凝土試件的抗壓強度產(chǎn)生較為明顯的影響，是試件抗壓強度的主要影響因素。

為了進(jìn)一步明確環(huán)氧樹脂摻量對透水混凝土抗壓強度的影響規(guī)律，根據(jù)表3的試驗結(jié)果繪制透水混凝土抗壓強度隨環(huán)氧樹脂摻量的變化曲線，如圖1所示。

表3 不同樹脂摻量試件抗壓強度試驗結(jié)果

圖1 抗壓強度隨環(huán)氧樹脂摻量變化曲線

由圖1可以看出，2種不同級配方案下的透水混凝土抗壓強度隨環(huán)氧樹脂摻量的增加呈現(xiàn)出先迅速增大后趨于穩(wěn)定的變化特點。當(dāng)環(huán)氧樹脂摻量小于5%時試件抗壓強度增長比較迅速，當(dāng)環(huán)氧樹脂摻量大于5%時試件的抗壓強度變化不大。

對不同環(huán)氧樹脂摻量的透水混凝土試件的滲透系數(shù)進(jìn)行試驗，結(jié)果見表4。

表4 不同樹脂摻量試件滲透系數(shù)試驗結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果繪制透水混凝土試件滲透系數(shù)隨環(huán)氧樹脂摻量的變化曲線，如圖2所示。

圖2 透水系數(shù)隨環(huán)氧樹脂摻量變化曲線

由表4和圖2可以看出，環(huán)氧樹脂摻量對透水混凝土的透水系數(shù)存在顯著影響，隨著環(huán)氧樹脂摻量的增加，試件的透水系數(shù)呈現(xiàn)出逐漸減小的變化趨勢，當(dāng)環(huán)氧樹脂摻量小于5%時減小的幅度有限，當(dāng)環(huán)氧樹脂摻量大于5%時減小幅度較大。結(jié)合抗壓強度的試驗結(jié)果，環(huán)氧樹脂的摻量應(yīng)該以5%為宜。

4 結(jié)論

本研究通過室內(nèi)試驗的方式，就樹脂種類和摻量對樹脂基透水混凝土性能的影響進(jìn)行研究，獲得的主要結(jié)論如下。

(1)3種常用樹脂中，環(huán)氧樹脂基透水混凝土的抗壓強度值顯著偏大，而透水系數(shù)比較接近。

(2)隨著環(huán)氧樹脂摻量的增大，透水混凝土的抗壓強度值呈現(xiàn)出不斷增大的變化特征，而透水系數(shù)則呈現(xiàn)出不斷減小的變化特征。

(3)根據(jù)試驗結(jié)果，建議在樹脂基透水混凝土制備過程中，選擇環(huán)氧樹脂作為膠凝材料，摻量以5%為最佳。