干硬性混凝土彩色透水路面磚的設(shè)計(jì)

干硬性混凝土彩色透水路面磚的設(shè)計(jì)
張德成，張鳴，肖傳明，張?jiān)骑w，葉正茂，劉福田

　　摘要：本文從發(fā)展綠色建材角度出發(fā)，通過(guò)使用粉煤灰取代部分水泥、水渣取代部分中粗砂來(lái)優(yōu)化原材料，根據(jù)干硬性混凝土機(jī)理設(shè)計(jì)彩色透水路面磚的配合比，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，利用實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)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(jì)；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(fù)擔(dān)等優(yōu)點(diǎn)。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(lái)越受到人們的青睞。彩色透水路面磚既滿足現(xiàn)代人對(duì)保持生態(tài)和環(huán)保的愿望，也滿足現(xiàn)代都市對(duì)色彩和文化氣息的渴求。可以說(shuō)，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(shí)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(chǎng)、園林、廠區(qū)和住宅小區(qū)的環(huán)境美化,還可用于停車場(chǎng)、車行道。它可以通過(guò)其多變的板塊形狀和不同色彩的組合設(shè)計(jì)出獨(dú)特的彩色路面。同時(shí)具有抗壓強(qiáng)度高，耐磨性、耐沖擊性、抗凍融性好及經(jīng)久耐用的特點(diǎn)。彩色透水路面磚的研究起步較晚，相關(guān)報(bào)道也寥寥無(wú)幾。本文利用粉煤灰取代部分水泥，降低成本的同時(shí)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(shí)水渣具有一定的膠凝性，改善了水泥與砂的界面結(jié)構(gòu)。通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)配合比，調(diào)整工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)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(jí)灰；
水渣：濟(jì)鋼水渣，細(xì)度模數(shù)為3.0；
水泥：選用山東鋁業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)P.O42.5水泥；
砂：東營(yíng)近郊產(chǎn)黃砂，細(xì)度模數(shù)為2和2.6兩種；
石：東營(yíng)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(diǎn)

　　3.1 透水路面磚的種類及機(jī)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(shí)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(duì)較低[1]。

　　透水磚是由一定級(jí)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(jí)配特殊，通常沒(méi)有或很少有粒度2.5mm以下的細(xì)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(shí)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(jí)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(jìn)口自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，無(wú)需使用脫模劑。按體積法上料?；鶎恿箱伷胶箐伱媪?，振動(dòng)過(guò)程中沖壓成型，然后送入養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

　　3.3 技術(shù)要點(diǎn)

　　1) 細(xì)砂面料配制

　　面料層分細(xì)砂、中砂和裸露集料的面層等幾種。本文使用細(xì)砂面料。面料的配制，要滿足如下幾點(diǎn)：
①控制好膠骨比，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(shí)、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(shí)，剛成型的彩色路面磚在輸送過(guò)程中會(huì)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(shí)間內(nèi)用完；不能用完時(shí)仍密閉保存，發(fā)現(xiàn)結(jié)團(tuán)，應(yīng)過(guò)篩使用；
④顏料摻量越多，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(hào)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(jī)攪拌，先干拌10s～20s，再加入1/2的水?dāng)嚢?0s左右，最后加入全部的水?dāng)嚢?min～2min。面料層的生產(chǎn)要盡量縮短成型時(shí)間，以免時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，面料層失水過(guò)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(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌。試配時(shí)要先測(cè)出砂、碎石的含水率，然后在基準(zhǔn)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(jì)可根據(jù)不同的磚型和不同的需求進(jìn)行調(diào)配。配合比調(diào)整完畢后輸入計(jì)算機(jī)，然后嚴(yán)格、準(zhǔn)確的計(jì)量。各種原料投入攪拌機(jī)以后，先干攪拌20s左右，然后加入水?dāng)嚢?min～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(cāng)，準(zhǔn)備入模生產(chǎn)?；鶎拥纳a(chǎn)主要控制要點(diǎn)為：
①?gòu)目臻g結(jié)構(gòu)來(lái)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(qiáng)度是最薄弱環(huán)節(jié)，所以應(yīng)采用42.5MPa以上強(qiáng)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(guò)多水泥用量會(huì)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(jí)配是控制透水性重要批標(biāo)，級(jí)配不良時(shí)，堆積骨架中孔隙大，強(qiáng)度低，反之強(qiáng)度高，透水性差。級(jí)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(xì)骨料，以保證內(nèi)部有大量孔隙。砂、碎石中的含泥量<1%，有機(jī)物含量<1%；
③控制好膠骨比，膠骨比的減小會(huì)增大透水性，但強(qiáng)度會(huì)降低；膠骨比增大時(shí)，強(qiáng)度會(huì)增大，但透水性降低。一般膠骨比選0.29～0.2；
④對(duì)特定的某一骨料有一最佳水灰(膠)比。當(dāng)W/C小于這一最佳值時(shí)，水泥漿過(guò)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(qiáng)度；反之，W/C過(guò)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(qiáng)度提高。最佳的W/C為0.25～0.35。要求做到“手抓成團(tuán),落地自散”；
⑤綜合稠度、強(qiáng)度、表觀密度確定的最優(yōu)用水量，一般為80～120kg/m3；
⑥為增大路面磚的透水性，需要人工制作連續(xù)孔，連續(xù)孔的形成機(jī)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(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)。在蒸養(yǎng)的過(guò)程中，混合料中引入的氣泡產(chǎn)生體積膨脹，使原來(lái)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(qiáng)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(hù)
剛成型的路面磚,應(yīng)置于脫模托板上養(yǎng)護(hù)。室溫下自然養(yǎng)護(hù)時(shí)，可將路面磚放在養(yǎng)護(hù)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。縮短初始養(yǎng)護(hù)時(shí)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(hù)下停留4-6小時(shí)。初始養(yǎng)護(hù)后，路面磚被運(yùn)送室外，此時(shí)要注意澆水養(yǎng)護(hù)，整個(gè)養(yǎng)護(hù)過(guò)程一般為28天。

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