摘 要：為增強裝飾用混凝土的強度性能以及透水性能，試驗制備了一種裝飾用透水混凝復(fù)合材料，然后通過正交試驗研究其最佳參數(shù)配比，并研究其實際應(yīng)用性能。正交試驗分析結(jié)果表明，最佳骨料粒徑大小為5～15 mm、最佳水泥摻量為265 kg/m3、最佳水灰比為0.3水灰比、最佳摻入顏料種類為氧化鐵紅無機顏料。在最佳配比參數(shù)下，試驗制備的裝飾用透水混凝土的抗壓強度為13.5MPa，孔隙率為26.91%，透水系數(shù)為8.56 mm/s。試驗制備的景觀設(shè)計用裝飾混凝土材料在保證美觀性的同時，強度性能良好，透水性較強，符合實際應(yīng)用指標要求。

關(guān)鍵詞：正交試驗；抗壓強度；抗折強度；孔隙率；透水系數(shù)

中圖分類號：TQ177 文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2023）06-0071-04

Optimization and performance of permeable concrete composite material for landscape decoration

WANG Hualei

（Yangling Vocational and Technical College，Xianyang 712100，Shaanxi China ）

Abstract：To enhance the strength and permeability of decorative concrete，a type of permeable concrete for decoration was prepared in this experiment，and the optimal parameter ratio was studied through orthogonal experiments，and its practical application performance was also investigated.The results of orthogonal experimental analysis showed that the optimal aggregate size was 5～15 mm，the optimal cement content was 265 kg/m3，the optimal water cement ratio was 0.3，and the optimal type of pigment added was iron oxide red inorganic pigment.Under the optimal mixing parameters，the compressive strength of the decorative permeable concrete prepared in this experiment were 13.5 MPa，respectively，with a porosity of 26.91% and a permeability coefficient of 8.56 mm/s.The decorative concrete material for landscape design prepared in this experiment not only ensures aesthetics，but also has a good strength performance and strong water permeability，which meets the requirements of practical application indicators.

Key words：orthogonal experiment;compressive strength;bending strength;porosity;permeability coefficient

混凝土材料是建筑、道路等結(jié)構(gòu)的重要組成部分，然而，在雨天等環(huán)境下，混凝土的大量使用減弱了城市水循環(huán)，帶來水澇、熱島效應(yīng)等溫度，加大了生態(tài)壓力［1］。在彩色混凝土中摻入各種不同的顏料，并研究其抗壓強度。試驗結(jié)果表明，當摻入5%氧化鐵系顏料或者氧化鉻時，該彩色混凝土的抗壓強度最佳［2］。則在透水混凝土中加入硅灰等各種礦物材料進行改性，并研究材料性能。試驗結(jié)果表明，在透水混凝土中摻入偏高嶺土和可分散膠粉時，能使透水混凝土力學(xué)性能顯著增強，且透水性良好［3］。除此之外，研究了聚羧酸減水劑摻量以及減水率對透水混凝土各性能的作用效果。試驗結(jié)果表明，當在透水混凝土中摻入0.2%聚羧酸減水劑、減水率值為0.08時，可以增加材料的透水系數(shù)，使材料強度提高，材料的透水性能、強度性能和耐久性能良好［4］?？紤]到裝飾用的彩色混凝土具備一定強度和優(yōu)良的透水性能，且美觀度高，但還有優(yōu)化空間，基于此，試驗制備了一種景觀設(shè)計用裝飾透水混凝土，然后通過正交試驗探究其最佳參數(shù)配比，并研究其實際應(yīng)用性能。

1 試驗部分

1.1 材料與設(shè)備

主要材料：粗骨料碎石（工業(yè)純，靈壽縣梓舒礦產(chǎn)，粒徑5～10、10～15和5～15 mm）；細骨料標準砂（工業(yè)純），（堆積密度1 480 kg/m3，河北凱拓建筑器材）；P·O 42.5普通硅酸鹽水泥（工業(yè)純），嘉興市新山河建材；氧化鐵紅（分析純），河北盈美化工；偶氮紅（分析純），深圳顏安顏料；聚羧酸減水劑（分析純），山東鑫福滿化工。

主要設(shè)備：WD-300型立式攪拌桶，濟寧威達機械；

TCS型臺秤，深圳市固斯特科技；RD1020型電子天平，深圳市榮達儀器；DYJG-9023型烘箱，杭州億捷科技；JJ-20H型水泥膠砂攪拌機，獻縣順暢試驗儀器；JITAI-S10KN型電子多功能試驗機，北京吉泰科儀檢測設(shè)備；CJJT1335型透水系數(shù)測定儀，滄州華屹試驗儀器。

1.2 試驗方法

1.2.1 正交試驗設(shè)計

為保證裝飾混凝土的強度以及著色性，本試驗中著色顏料在水泥量中的占比均為3%。同時，本試驗針對粗骨料碎石的粒徑、水泥摻量、水灰比以及顏料種類，設(shè)計4因素3水平正交試驗，探討景觀用混凝土最佳配合比，具體試驗設(shè)計如表1、表2所示［5-6］。

1.2.2 裝飾混凝土的制備

（1）根據(jù)“1.2.1”中的正交試驗設(shè)計方案，稱量適量的粗骨料碎石、著色顏料、水泥以及水等原料備用；

（2）將少量的碎石、水泥以及著色顏料倒入攪拌機中，干攪拌處理1 min，然后在攪拌機中加入適量的水，繼續(xù)攪拌1 min混合均勻；

（3）在攪拌機中加入剩下的粗骨料碎石、水泥以及著色顏料，以及適量的水，設(shè)置攪拌時間為2 min，充分混合，然后再加入水以及減水劑，繼續(xù)攪拌處理2 min，獲得裝飾混凝土砂漿；

（4）將裝飾混凝土砂漿倒入準備好的模具中，插搗成型后，用抹灰刀抹平試件表面多余的漿料，然后在振動臺上振實處理1 min，排出攪拌過程中漿料內(nèi)部的氣泡；

（5）設(shè)置養(yǎng)護溫度為20 ℃左右，濕度90%左右，然后將混凝土試件放置其中養(yǎng)護1 d，然后脫模，繼續(xù)在養(yǎng)護室內(nèi)養(yǎng)護28 d，最后貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 性能測試

1.3.1 抗壓試驗

通過多功能試驗機對裝飾混凝土立方體試件（100 mm×100 mm×100 mm）進行抗壓測試，抗壓強度具體計算公式：

fc=F/A（1）

式中：fc為抗壓強度，MPa；F為破壞荷載，N；A為承壓面積，mm2。

1.3.2 孔隙率測試

利用電子天平、烘箱等設(shè)備，通過體積法，對試件進行孔隙率測試，孔隙率具體計算公式如下：

P=[1-（m2-m1）/（v×σw）]×100%（2）

式中：p為試件孔隙率，%；m1為試件在水中質(zhì)量，g；m2為試件在烘箱中處理24 h后質(zhì)量，g；V為試件體積，cm3；pw為純水密度，g/cm3。

1.3.3 透水系數(shù)測試

通過定水頭法和透水系數(shù)測定儀對試件進行透水性試驗，計算透水系數(shù)［7］：

KT=QL/AHt（3）

式中：KT為水溫T℃混凝土的透水系數(shù)，mm/s；Q為t時間內(nèi)透水量，m3；L為試件厚度，m；A為試件表面積，m2；H為定水頭高度差，m；t為試驗測定時間，s。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗壓強度分析

圖1為抗壓試驗結(jié)果。

由圖1可知，4種因素對試件抗壓強度的作用效果大小依次為：骨料粒徑、水泥摻量、顏料種類、水灰比；其中，各因素下試件的綜合平均抗壓強度極差分別為2.2、1.3、1.1、0.4 MPa?？梢杂^察到，骨料粒徑大小對抗壓強度作用效果最大，當裝飾混凝土試件中的骨料粒徑為5～10?? mm時，試件綜合平均抗壓強度最大，為13.1 MPa；當裝飾混凝土試件中的骨料粒徑為10～15 mm時，試件綜合平均抗壓強度最小，為10.9 MPa，發(fā)生這種現(xiàn)象的主要原因：骨料與材料各基體間主要為點接觸，當在混凝土中摻入粒徑小的骨料，骨料比表面積較大，與基體材料間粘結(jié)作用效果加強，混凝土結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，材料的緊密性提高，因此，混凝土強度提升。同時，由圖1還可知，增加水泥摻量，可以提升抗壓強度，這是因為水泥摻量的增加，使得混凝土中各骨料之間的漿料厚度增加，材料密實性提高，因此，抗壓強度升高［8-9］。另外，水灰比與顏料種類對抗壓強度作用效果較小，但各水平綜合平均抗壓強度都在10.5 MPa以上，能達到預(yù)期強度要求。當骨料粒徑為5～10 mm、水泥摻量為285 kg/m3、水灰比為0.3、不添加著色顏料時，裝飾混凝土試件的抗壓強度良好。

2.2 孔隙率分析

圖2為孔隙率測試結(jié)果。

由圖2可知，各因素對裝飾用透水混凝土孔隙率的作用效果大小依次為：水泥摻量、骨料粒徑、水灰比、顏料種類，其中，各因素下試件的綜合平均抗壓強度極差大小依次為7.97%、4.68%、3.129%、0.93%。這表明，對試件孔隙率大小影響最大的因素為水泥摻量，對試件孔隙率大小影響最小的因素為摻入的顏料種類。在水泥摻量方面，當裝飾混凝土試件中的水泥摻量為245 kg/m3時，綜合平均孔隙率最大，為26.83%；而當水泥摻量為285 kg/m3時，綜合平均孔隙率最小，為18.86%。這種變化的主要原因：是較大的水泥摻量，可以使混凝土骨料基體周圍的水泥砂漿粘稠性增加，水泥砂漿的流動性降低，水泥漿層厚度增加，從而增加混凝土材料的緊密性，因此，材料孔隙率減少［12］。在摻入的骨料粒徑方面，當骨料粒徑為5～15 mm時，本試驗制備的裝飾混凝土試件孔隙率最低，為20.95%，這主要是，在混凝土摻入大小不一的骨料時，較小的骨料在會在一定程度上加大水泥砂漿的流動性，因此，在具備較高流動性情況下，水泥砂漿填補了骨料間的孔隙、材料內(nèi)部裂縫等，同時，較小的骨料也在一定程度上填補材料基體間的孔隙，混凝土基體內(nèi)部緊密性增加，所以，孔隙率下降［13］。除此之外，水灰比以及摻入的顏料種類對試件孔隙率作用效果較小。綜上所述，當骨料粒徑為10～15 mm、水泥摻量為245 kg/m3、水灰比為0.2、添加氧化鐵紅時，材料孔隙率較多。

2.3 透水率分析

圖3為透水系數(shù)測試結(jié)果。

由圖3可知，對試件透水系數(shù)的作用效果最大的因素為骨料粒徑，其余依次為水泥摻量、顏料種類和水灰比，其中，各因素下試件的綜合平均透水系數(shù)的極差大小依次為2.81、1.61、0.34、0.26 mm/s，這表明，骨料粒徑對試件透水系數(shù)作用效果最大，而水灰比的大小對試件透水系數(shù)作用效果最小。在骨料粒徑方面，當摻入10～15 mm粒徑的骨料時，試件的綜合平均透水系數(shù)最高，為8.62 mm/s-1，而摻入5～10 mm粒徑大小的骨料時，試件綜合平均透水系數(shù)最低，為5.81 mm/s。這表明，在混凝土中摻入較大粒徑的骨料，可以增強材料透水性。這主要是，較大的骨料粒徑會使混凝土基體內(nèi)部的孔隙等增多，因此，透水系數(shù)增大，材料透水性提高［14］。在水泥摻量方面，當水泥摻量為245 kg/m3時，綜合平均透水系數(shù)最大，為7.93 mm/s，這主要是因為，當混凝土中的水泥摻量較少時，材料骨料間的砂漿層比較薄，結(jié)構(gòu)比較疏松，因此，孔隙較多，從而，試件的透水系數(shù)較大［15］。除此之外，水灰比和摻入的顏料種類對試件透水系數(shù)作用效果基本相差不大。綜上所述，當骨料粒徑為10～15 mm、水泥摻量為245 kg/m3、水灰比為0.2、添加氧化鐵紅時，裝飾用透水混凝土的透水系數(shù)較高，透水性較好。

2.4 實際應(yīng)用性能

根據(jù)正交試驗結(jié)果，本試驗確定最佳配比參數(shù)，分別是，5～15 mm骨料粒徑、265 kg/m3水泥摻量、0.3水灰比、顏料種類為無機顏料氧化鐵紅，然后以最佳配比參數(shù)制備了裝飾用透水混凝土，并對其實際應(yīng)用性能進行測試，具體結(jié)果如表3所示。

由表3可知，在最佳參數(shù)配比下，本試驗制備的景觀裝飾用透水混凝土的綜合性能較好，其抗壓強度為13.5 MPa，材料孔隙率以及透水系數(shù)分別為26.91%和8.56 mm/s，各性能均超過實際應(yīng)用技術(shù)指標要求。在景觀裝飾用的透水混凝土中，在添加著色顏料保證美觀性同時，也要使材料具備良好的強度性能，以及較優(yōu)的透水性。綜上，在最佳配比條件下，試驗制備的景觀設(shè)計用裝飾混凝土強度性能良好，透水性較好，且各基本指標滿足實際應(yīng)用要求。

3 結(jié)語

（1）骨料粒徑大小對裝飾用透水混凝土的抗壓強度、抗折強度以及透水系數(shù)影響最大。最佳骨料粒徑為5～15 mm；

（2）在孔隙率方面，水泥摻量的作用效果最大。隨著水泥摻量減少，孔隙率增加;

（3）水灰比對孔隙率影響較大，最佳水灰比為0.3;

（4）添加的顏料種類在裝飾用透水混凝土強度方面作用效果較大，最適宜的添加顏料為無機顏料中的氧化鐵紅;

（5）試驗取得最佳配比參數(shù)，5～15 mm骨料粒徑、265 kg/m3水泥摻量、0.3水灰比、顏料種類為無機顏料氧化鐵紅，該裝飾用透水混凝土的抗壓強度為13.5 MPa，材料孔隙率以及透水系數(shù)分別為26.91%和8.56 mm/s，各性能均超過實際應(yīng)用技術(shù)指標要求。

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收稿日期：2023-02-12；修回日期：2023-05-18

作者簡介：王花蕾（1989-）女，碩士，講師，研究方向：工程材料、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計；E-mail：13891815349@163.com。

引文格式：王花蕾.景觀裝飾用透水混凝復(fù)合材料制備優(yōu)化及性能[J].粘接，2023，50（6）：71-74.