景觀裝飾用透水混凝復(fù)合材料制備優(yōu)化及性能

摘 要：為增強(qiáng)裝飾用混凝土的強(qiáng)度性能以及透水性能，試驗(yàn)制備了一種裝飾用透水混凝復(fù)合材料，然后通過(guò)正交試驗(yàn)研究其最佳參數(shù)配比，并研究其實(shí)際應(yīng)用性能。正交試驗(yàn)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(wú)機(jī)顏料。在最佳配比參數(shù)下，試驗(yàn)制備的裝飾用透水混凝土的抗壓強(qiáng)度為13.5MPa，孔隙率為26.91%，透水系數(shù)為8.56 mm/s。試驗(yàn)制備的景觀設(shè)計(jì)用裝飾混凝土材料在保證美觀性的同時(shí)，強(qiáng)度性能良好，透水性較強(qiáng)，符合實(shí)際應(yīng)用指標(biāo)要求。

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

中圖分類號(hào)：TQ177 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(lái)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(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)摻入5%氧化鐵系顏料或者氧化鉻時(shí)，該彩色混凝土的抗壓強(qiáng)度最佳［2］。則在透水混凝土中加入硅灰等各種礦物材料進(jìn)行改性，并研究材料性能。試驗(yàn)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(shí)，能使透水混凝土力學(xué)性能顯著增強(qiáng)，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(duì)透水混凝土各性能的作用效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)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(shí)，可以增加材料的透水系數(shù)，使材料強(qiáng)度提高，材料的透水性能、強(qiáng)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(qiáng)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(yàn)制備了一種景觀設(shè)計(jì)用裝飾透水混凝土，然后通過(guò)正交試驗(yàn)探究其最佳參數(shù)配比，并研究其實(shí)際應(yīng)用性能。

1 試驗(yàn)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(xì)骨料標(biāo)準(zhǔn)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(jì)寧威達(dá)機(jī)械；

TCS型臺(tái)秤，深圳市固斯特科技；RD1020型電子天平，深圳市榮達(dá)儀器；DYJG-9023型烘箱，杭州億捷科技；JJ-20H型水泥膠砂攪拌機(jī)，獻(xiàn)縣順暢試驗(yàn)儀器；JITAI-S10KN型電子多功能試驗(yàn)機(jī)，北京吉泰科儀檢測(cè)設(shè)備；CJJT1335型透水系數(shù)測(cè)定儀，滄州華屹試驗(yàn)儀器。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為保證裝飾混凝土的強(qiáng)度以及著色性，本試驗(yàn)中著色顏料在水泥量中的占比均為3%。同時(shí)，本試驗(yàn)針對(duì)粗骨料碎石的粒徑、水泥摻量、水灰比以及顏料種類，設(shè)計(jì)4因素3水平正交試驗(yàn)，探討景觀用混凝土最佳配合比，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(yàn)設(shè)計(jì)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(jī)中，干攪拌處理1 min，然后在攪拌機(jī)中加入適量的水，繼續(xù)攪拌1 min混合均勻；

（3）在攪拌機(jī)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(shí)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(zhǔn)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(dòng)臺(tái)上振實(shí)處理1 min，排出攪拌過(guò)程中漿料內(nèi)部的氣泡；

（5）設(shè)置養(yǎng)護(hù)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(hù)1 d，然后脫模，繼續(xù)在養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d，最后貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 性能測(cè)試

1.3.1 抗壓試驗(yàn)

通過(guò)多功能試驗(yàn)機(jī)對(duì)裝飾混凝土立方體試件（100 mm×100 mm×100 mm）進(jìn)行抗壓測(cè)試，抗壓強(qiáng)度具體計(jì)算公式：

fc=F/A（1）

式中：fc為抗壓強(qiáng)度，MPa；F為破壞荷載，N；A為承壓面積，mm2。

1.3.2 孔隙率測(cè)試

利用電子天平、烘箱等設(shè)備，通過(guò)體積法，對(duì)試件進(jìn)行孔隙率測(cè)試，孔隙率具體計(jì)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(cè)試

通過(guò)定水頭法和透水系數(shù)測(cè)定儀對(duì)試件進(jìn)行透水性試驗(yàn)，計(jì)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(shí)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(yàn)測(cè)定時(shí)間，s。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗壓強(qiáng)度分析

圖1為抗壓試驗(yàn)結(jié)果。

由圖1可知，4種因素對(duì)試件抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(duì)抗壓強(qiáng)度作用效果最大，當(dāng)裝飾混凝土試件中的骨料粒徑為5～10?? mm時(shí)，試件綜合平均抗壓強(qiáng)度最大，為13.1 MPa；當(dāng)裝飾混凝土試件中的骨料粒徑為10～15 mm時(shí)，試件綜合平均抗壓強(qiáng)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(diǎn)接觸，當(dāng)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(qiáng)，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(qiáng)度提升。同時(shí)，由圖1還可知，增加水泥摻量，可以提升抗壓強(qiáng)度，這是因?yàn)樗鄵搅康脑黾樱沟没炷林懈鞴橇现g的漿料厚度增加，材料密實(shí)性提高，因此，抗壓強(qiáng)度升高［8-9］。另外，水灰比與顏料種類對(duì)抗壓強(qiáng)度作用效果較小，但各水平綜合平均抗壓強(qiáng)度都在10.5 MPa以上，能達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度要求。當(dāng)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(shí)，裝飾混凝土試件的抗壓強(qiáng)度良好。

2.2 孔隙率分析

圖2為孔隙率測(cè)試結(jié)果。

由圖2可知，各因素對(duì)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(qiáng)度極差大小依次為7.97%、4.68%、3.129%、0.93%。這表明，對(duì)試件孔隙率大小影響最大的因素為水泥摻量，對(duì)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(dāng)裝飾混凝土試件中的水泥摻量為245 kg/m3時(shí)，綜合平均孔隙率最大，為26.83%；而當(dāng)水泥摻量為285 kg/m3時(shí)，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(dòng)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(dāng)骨料粒徑為5～15 mm時(shí)，本試驗(yàn)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(shí)，較小的骨料在會(huì)在一定程度上加大水泥砂漿的流動(dòng)性，因此，在具備較高流動(dòng)性情況下，水泥砂漿填補(bǔ)了骨料間的孔隙、材料內(nèi)部裂縫等，同時(shí)，較小的骨料也在一定程度上填補(bǔ)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(duì)試件孔隙率作用效果較小。綜上所述，當(dāng)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(shí)，材料孔隙率較多。

2.3 透水率分析

圖3為透水系數(shù)測(cè)試結(jié)果。

由圖3可知，對(duì)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(duì)試件透水系數(shù)作用效果最大，而水灰比的大小對(duì)試件透水系數(shù)作用效果最小。在骨料粒徑方面，當(dāng)摻入10～15 mm粒徑的骨料時(shí)，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(shí)，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(qiáng)材料透水性。這主要是，較大的骨料粒徑會(huì)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(dāng)水泥摻量為245 kg/m3時(shí)，綜合平均透水系數(shù)最大，為7.93 mm/s，這主要是因?yàn)?，?dāng)混凝土中的水泥摻量較少時(shí)，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(duì)試件透水系數(shù)作用效果基本相差不大。綜上所述，當(dāng)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(shí)，裝飾用透水混凝土的透水系數(shù)較高，透水性較好。

2.4 實(shí)際應(yīng)用性能

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)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(wú)機(jī)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(duì)其實(shí)際應(yīng)用性能進(jìn)行測(cè)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(yàn)制備的景觀裝飾用透水混凝土的綜合性能較好，其抗壓強(qiáng)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(guò)實(shí)際應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)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(shí)，也要使材料具備良好的強(qiáng)度性能，以及較優(yōu)的透水性。綜上，在最佳配比條件下，試驗(yàn)制備的景觀設(shè)計(jì)用裝飾混凝土強(qiáng)度性能良好，透水性較好，且各基本指標(biāo)滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）骨料粒徑大小對(duì)裝飾用透水混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)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(duì)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(qiáng)度方面作用效果較大，最適宜的添加顏料為無(wú)機(jī)顏料中的氧化鐵紅;

（5）試驗(yàn)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(wú)機(jī)顏料氧化鐵紅，該裝飾用透水混凝土的抗壓強(qiáng)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(guò)實(shí)際應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)要求。

【參考文獻(xiàn)】

［1］

辛志鵬，朱亞光，徐培蓁，等.粉煤灰及聚丙烯纖維對(duì)再生透水混凝土性能的影響［J］.混凝土，2023（1）：73-77.

［2］唐強(qiáng)，褚雅楠，任雪梅，等.不同顏料對(duì)彩色混凝土性能的影響研究［J］.混凝土世界，2022（12）：41-44.

［3］陳浩，都增延，丁華柱，等.外摻料對(duì)透水混凝土性能的影響研究［J］.重慶建筑，2023，22（3）：42-45.

［4］宋元遠(yuǎn)，張海峰，李俠.聚羧酸減水劑對(duì)透水混凝土性能影響試驗(yàn)研究［J］.公路交通技術(shù)，2023，39（1）：48-53.

［5］郭文星.顏料種類和摻量對(duì)彩色自密實(shí)混凝土力學(xué)性能的影響研究［J］.建材與裝飾，2020（10）：46-47.

［6］葉溫勝.基于實(shí)際生產(chǎn)的多因素正交試驗(yàn)透水混凝土性能研究［J］.混凝土與水泥制品，2022（10）：36-39.

［7］鮑澤勇，謝咸頌，樓蕓汐，等.基于正交試驗(yàn)的鋼渣透水混凝土透水性能試驗(yàn)研究［J］.廣東建材，2022，38（2）：8-10.

［8］代國(guó)鋒.填充活性粉末路面混凝土配合比試驗(yàn)研究［J］.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2022，21（4）：7-10.

［9］秦金洲，梁曉暉.廢舊橡膠顆粒再生骨料透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水性能正交試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)建材科技，2021，30（5）：55-58.

［10］王夢(mèng)婷，顧連勝，陳松靖，等.鎳渣砂混凝土路用性能研究［J］.廣西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2023，34（1）：13-19.

［11］楊福儉，陳曉強(qiáng)，姚勇，等.透水混凝土透水性能正交設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究［J］.施工技術(shù)，2020，49（3）：70-73.

［12］梁家紅.聚丙烯纖維長(zhǎng)徑比對(duì)再生透水混凝土改性研究［J］.粘接，2023，50（1）：125-129.

［13］徐飛.不同粒徑骨料級(jí)配與粉煤灰摻量對(duì)透水混凝土性能的影響［J］.黑龍江水利科技，2022，50（11）：31-34.

［14］張燦文.透水混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其性能影響研究［J］.價(jià)值工程，2022，41（32）：160-162.

［15］陳建智，陳曉強(qiáng)，陳代果，等.砂率和摻合料對(duì)透水混凝土性能的影響［J］.混凝土與水泥制品，2022（12）：6-9.

收稿日期：2023-02-12；修回日期：2023-05-18

作者簡(jiǎn)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(jì)；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.