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環保節能型發光透水混凝土的製備及應用 陳景;王晶晶;徐芬蓮;葉海豔;劉永道;黃海珂;106-109
【機構】 中建商品混凝土成都有限公司；
【摘要】 將發光骨料應用於透水混凝土面層中,製備具有照明與裝飾功能的發光露骨透水混凝土路面。研究了骨料及不同膠材體系對發光露骨透水混凝土性能的影響。研究表明:應用5~10 mm石質發光碎石作為骨料,採用"水泥-超細粉煤灰"膠材體系,可製備出工作性、透水性、力學性能及表觀效果良好的C20發光露骨透水混凝土路面。 更多還原
【關鍵詞】 長餘輝； 發光； 露骨透水混凝土；
0前沿
透水混凝土是由粗骨料、水泥、水，以及必要時摻入的礦物摻合料和外加劑等材料拌制而成的一種多孔混凝土，它不含細骨料，由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結而形成孔穴均勻分佈的蜂窩狀結構，具有透氣、透水等特點[1,2]。露骨透水混凝土相對普通透水混凝土增加了一項表面處理工藝，即將混凝土表面包裹的水泥漿體在終凝前經水沖洗乾淨，露出表層粗骨料的天然色彩，並不影響面層粗骨料根部水泥漿體的正常硬化[3]。露骨透水混凝土路面能使石材的裝飾功能充分發揮，裸露石材本色使製備的透水路面色彩豐富、形式多樣，白天具有美觀的裝飾性能，但是在夜間，沒有燈光照射下此路面暗淡無光，不具有亮化照明作用。
因此本文選用發光性能優良、節能環保、無放射性的長餘輝發光骨料，將其應用於露骨透水混凝土面層，製備一種既具有發光功能，又能滿足路用性能的發光透水混凝土，此路面白天具有良好的自然鋪面裝飾效果，夜間能夠自身發光，具有照明與裝飾作用，可廣泛應用於公共廣場、景區及人行橫道等。同時具有保護自然、維護生態平衡、緩解城市熱島效應等功能，是一種集照明、裝飾、透水、承重等多功能於一體的新型建築材料。但目前市售發光石普遍存在粒形差、強度低等缺點，因此本文應用發光石作為粗骨料，重點研究骨料品種及粒徑、不同膠材體系對發光透水混凝土性能的影響，製備出強度、透水系數、孔隙率均滿足透水路面要求的C20發光露骨透水混凝土。
1 原材料及試驗方法
1.1 原材料
（1）膠凝材料：水泥，拉法基P.O 42.5R水泥，具體技術指標見表1；超細粉煤灰，密度約為2500kg/m3；硅灰，埃肯加密硅灰，密度2100 kg/m3。
3試驗結果與討論
骨料性能和膠材體系、用量是影響透水混凝土性能的主要因素。為了實現透水混凝土強度和透水性的平衡，本文重點研究骨料性能及不同膠材體系對發光透水混凝土孔隙率、透水系數和抗壓、抗折強度的影響，確定C20發光露骨透水混凝土的較優配合比。
3.1發光骨料對發光透水混凝土性能的影響
骨料是透水混凝土的主要組成材料，約佔其體積的70%-80%，因此對透水混凝土性能有非常重要的影響。但目前市售人造發光骨料品種繁雜，其價格、強度、發光亮度、餘輝時間及安全環保等性能差異較大，因此，首先對市場上不同類發光骨料進行試驗研究，確定其對發光透水混凝土孔隙率、透水系數、抗壓強度的影響。
3.1.1骨料種類對發光透水混凝土性能的影響
天然發光石價格昂貴且大部分具有放射性，存在很大的安全隱患。因此，本文選用發光效率高、餘輝時間長、化學性質穩定、無放射性汙染[5]的鹼土鋁酸鹽類人造發光骨料。它主要分為兩類：樹脂類發光卵石和碎石、石質發光碎石。其中樹脂類發光石密度小，強度低（表觀密度約為1100kg/m3）；石質發光石以高純度天然礦石或玻璃質材料和稀土為原料，表觀密度與普通石子相近（約為2600 kg/m3），由製備工藝及成本決定，市售大部分為碎石，強度稍低於普通石子，表面較粗糙。不同骨料發光透水混凝土試驗配比及試驗結果如表1和表2所示。
由試驗研究可知，樹脂類發光卵石作為骨料製備發光透水混凝土時，由於石子表面過於光滑，與水泥漿體粘結力差，致使混凝土拌合物的工作狀態較差。而且由於樹脂骨料本身強度低，導致配置的透水混凝土均強度較低，使用5-10mm碎石時抗壓強度最高，僅為8.5MPa。同時試驗表明，樹脂發光石粒徑相同時，由碎石製備的發光透水混凝土的孔隙率、透水系數和強度均高於卵石配置的混凝土。主要是由於碎石具有更多的稜角和相對粗糙的表面，稜角多使混凝土孔隙率較大，連通孔隙較多，混凝土透水性增強，而且碎石粗糙的表面使之與水泥漿體的粘結力增大，使碎石型骨料透水混凝土強度高於卵石型骨料。
相對於樹脂類發光石，以石質發光石作為骨料，相同粒徑條件下，對孔隙率和透水系數影響較小，但透水混凝土的強度明顯增強。
3.1.2骨料粒徑對發光透水混凝土性能的影響
由表1和表2可知，骨料粒徑對發光透水混凝土的各項性能均有影響。骨料粒徑小，製備的透水混凝土孔隙率和透水系數降低，但強度會升高。主要是由於骨料粒徑越小，單位體積骨料的的比表面積越大，所形成的結構骨架單位體積內骨料顆粒之間接觸點數量越多，膠結面積越大，因此，透水混凝土強度會提高，同時孔隙率及透水性會降低[6]。
通過以上試驗研究發現，骨料性能對發光露骨透水混凝土的孔隙率、透水系數及強度均有比較明顯的影響。樹脂發光石作為骨料製備的發光透水混凝土強度較低，遠遠不能達到透水面層設計要求，不能應用於透水混凝土路面，但其觀賞性良好，可用作觀賞性工藝品，如圖1(a)。採用5-10mm石質碎石製備的發光透水混凝土性能相對較好，孔隙率為18%，透水系數2.0mm/s，28d抗折和抗壓強度分別為1.9、15.2 MPa，孔隙率和透水系數均能達到《透水混凝土路面技術規程》（DB11/T 775-2010）中對透水面層的設計要求，且具有一定的照明功能，如圖1(b)所示，但強度仍不滿足C20面層透水混凝土標準。因此，需要進一步對膠凝材料用量及體系進行研究，以改善發光透水混凝土的強度。
為了提高發光透水混凝土的強度，進一步改善其工作性，採用5-10mm石質發光碎石作為骨料，研究“純水泥”、“水泥-超細粉煤灰”、“水泥-硅灰”不同膠材體系對透水混凝土拌合物工作性、孔隙率、透水系數及強度的影響。試驗配比及試驗結果見表3和表4。
由表3、表4可知，隨著膠材用量的提高，不同膠材體系透水混凝土的強度均隨之提高，即骨膠比越小，強度越高，但孔隙率和透水系數會相對降低。相同膠材用量的條件下，28d強度為“水泥-硅灰”>“水泥-超細粉煤灰”>“純水泥”膠材體系，孔隙率和透水系數為“純水泥”>“水泥-超細粉煤灰”>“水泥-硅灰”膠材體系。可見隨著透水性的增強，透水混凝土的強度隨之降低，兩者相互制約，需要綜合考慮。
“純水泥”膠材體系中，透水混凝土拌合物工作性一般，孔隙率和透水系數均能滿足要求，但由於發光石強度比一般石子偏低， 膠材用量達到480kg/m3時才能滿足C20透水路面強度要求。
“水泥-超細粉煤灰”膠材體系中，由於超細粉煤灰大都呈圓球狀[7]且顆粒極細，將其作為礦物摻合料應用於混凝土，球形的顆粒產生“滾珠效應”，具有很強的物理減水作用，能夠顯著降低用水量，增強混凝土流動性。此外超細粉煤灰的微集料特性可增強透水混凝土的密實度，同時其具有較高的火山灰活性，均有利於混凝土強度的提高。利用超細粉煤灰良好的流動性及自密實填充作用，可以有效改善發光透水混凝土的包裹性、勻質性以及粘聚性。配製的混凝土拌合物工作性能良好，超細粉煤灰摻量為20%，膠材用量在450kg/m3、480kg/m3時，發光透水混凝土的孔隙率達到17%、14%，透水系數1.0mm以上，透水性良好，同時28d強度均能滿足C20面層透水混凝土要求。
“水泥-硅灰”膠材體系中，由於硅灰的顆粒細小，能夠填充水泥顆粒間的孔隙，摻入5%的硅灰，即可改善透水混凝土的粘聚性、包裹性、勻質性，同時硅灰具有很高的火山灰活性，使透水混凝土的強度明顯提高。但硅灰的摻入增加了需水量，降低了透水性，當硅灰摻量5%，膠材用量450kg/m3、490 kg/m3時，發光透水混凝土強度滿足要求，但透水系數相對較低。
通過以上一系列試驗，根據C20發光露骨透水混凝土製備過程中拌合物的工作狀態、材料成本及對混凝土孔隙率、透水系數、強度的影響，確定試驗11的配合比能夠使發光透水混凝土性能得到良好的統一。
4發光透水混凝土的應用
在前期試驗研究基礎上，發光露骨透水混凝土在成都某公司進行了中試應用，主要應用部位在花壇間人行通道，設計要求面層透水混凝土具有照明裝飾效果，強度不小於C20，28d抗壓強度不低於20MPa，抗折強度不低於2.0MPa，空隙率≥10%，透水系數≥1 mm/s。根據面層設計要求，採用水泥-超細粉煤灰體系，應用發光骨料，混凝土表面經露骨處理工藝，製備出C20發光露骨透水混凝土路面，測試其各項指標均滿足設計要求，實施效果良好。此發光透水混凝土路面，白天具有觀賞性，夜間能夠持續發光，集照明、裝飾、透水、承重等多功能於一體，是典型的功能型綠色混凝土。同時發光透水露骨路面風格多變，可應環境要求變換不同的路面鋪裝效果，如圖2所示。
5結論
(1)發光骨料種類對發光透水混凝土性能影響較大，樹脂類發光骨料製備的混凝土拌合物工作性差且強度低，石質發光骨料在工作性及強度方面的性能明顯優於樹脂類骨料。
(2)隨著骨料粒徑的增大，發光透水混凝土的孔隙率和透水系數增大，在一定的粒徑範圍內，強度隨之降低。
(3)研究了不同膠材體系對發光透水混凝土性能的影響，採用“水泥-超細粉煤灰”體系，發光透水混凝土的綜合性能較好。
(4)採用發光骨料，“水泥-超細粉煤灰”體系，可製備出符合要求的不同裝飾性風格的C20發光透水混凝土路面。
參考文獻：
[1] 宋中南, 石雲興, 等. 露骨料透水路面在奧運工程中的應用[J]. 施工技術, 2008, 38( 8) : 79-81．
[2] 徐芬蓮. 不同增稠材料對C20卵石型透水混凝土性能的影響[J]. 材料導報, 2013, (22): 22-26.
[3] 張燕剛, 石雲興, 等. 露骨料透水混凝土施工技術[J]. 施工技術, 2011, 40(7): 87-92.
[4] 石雲興, 霍亮, 戢文佔,等. DB11/T 775-2010，透水混凝土路面技術規程[S]. 北京:中國建築工業出版社, 2010.
[5] 李建宇. 稀土發光材料及其應用[M ]. 北京: 化學工業出版社, 2003.
[6] 孟宏睿, 陳麗紅, 薛麗皎. 透水混凝土的配製[J]. 建築技術, 2005, 36(1): 29-31.
[7] 李益進, 孫鑫鵬, 尹健. 超細粉煤灰對高性能混凝土耐久性影響研究[J]. 2010, 42(4): 521-522.
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