透水混凝土的試驗研究

單世恒，張勇，甄廣常

（滄興集團，河北 滄州 061001）

0 前言

隨著城市化和工業(yè)化進程的加快，瀝青混凝土路面、水泥混凝土路面急劇增加，同時土壤中水分減少，雨季城市內(nèi)澇增加，使夏季地面溫度持續(xù)走高，多地出現(xiàn)“城內(nèi)觀海”的現(xiàn)象，急待用透水混凝土加以改善。

透水混凝土是一種生態(tài)環(huán)保、具有連續(xù)孔隙的混凝土，既有一定的強度，又有一定的透水透氣性。透水混凝土既能滿足路用性能，又能實現(xiàn)雨水收集利用，與自然環(huán)境協(xié)調(diào)共生，為人類構(gòu)造舒適的生活環(huán)境。所以，環(huán)保型的透水混凝土將成為未來城鎮(zhèn)道路和場地地面的發(fā)展趨勢。

透水混凝土路面主要有以下作用：①雨水可以通過其孔隙滲入地下土壤，凈化水體，改善土壤生態(tài)環(huán)境，保護地下水資源；②通過其多孔結(jié)構(gòu)可以降低空氣噪聲和摩擦噪聲；③通過滲透的水分可以改善城市熱環(huán)境；④降低城市排水系統(tǒng)壓力，減少城市內(nèi)澇。

透水混凝土主要適用于新建、擴建、改建的城鎮(zhèn)道路工程、室外地面工程、園林工程、廣場和停車場等。所以環(huán)保型的透水混凝土用途很廣泛。

1 原材料

1.1 水泥

本次試驗均采用石家莊鹿泉金隅 P·O42.5 水泥。技術指標見表1。

表1 水泥技術指標

1.2 石子

本次試驗均采用碎石，單粒級配或二級配。技術指標見表2。

1.3 外加劑

北京建工研究院材料研究所生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，減水率 30%。

1.4 水

本次試驗均采用地下水，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》。

表2 碎石技術指標

2 試驗方法

試拌：拌合物攪拌時，先投入粗骨料和 50% 的水，拌合30s，再加入水泥、外加劑拌合 40s，最后加入剩余用水拌合50s。

成型：抗壓強度試件尺寸：(150×150×150)mm；透水系數(shù)試件：Φ100×50mm。為了與施工工藝一致，抗壓試件分兩層裝滿：第一層裝完后，用壓力機緩慢加壓至 12kN，裝入第二層后緩慢加壓至 20kN。透水試件一次性裝滿，緩慢加壓至 20kN。

養(yǎng)護：抗壓試件在標準條件下養(yǎng)護，透水試件在自然條件下養(yǎng)護。

測試：在標準養(yǎng)護下，測試 7d 和 28d 抗壓強度；自然條件下，測試孔隙率和透水系數(shù)。透水系數(shù)按照 CCJJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技術規(guī)程》附錄中透水系數(shù)的測試原理，用自制儀器 TS-Ⅲ 型透水系數(shù)測定儀進行測試。自制儀器 TS-Ⅲ 型透水系數(shù)測定儀見圖1。

圖1 TS-Ⅲ 型透水系數(shù)測定儀

3 配合比

（1）透水混凝土一般采用單粒級配或二級配的粗骨料，個別摻入少量細骨料，所以不必考慮砂率的問題。粗骨料用量為粗骨料的緊密堆積密度乘以修正系數(shù) 0.98。

（2）由于透水混凝土的強度受水泥用量影響較大，所以配合比設計時選用了不同水泥用量進行了多組試驗比較。

（3）配合比設計時，透水混凝土的重量應為骨料的緊密堆積密度和單方水泥用量及用水量之和。

（4）配合比試驗選用三種方案，編號 1～4 為小石；編號 5～8 為小石加砂；編號 9～12 為中石加小石二級配，詳見表3。

表3 透水混凝土配合比 kg/m3

4 試驗結(jié)果與分析討論

按表3 中的配合比，對應每組試驗共制作了立方體標準試件（150mm×150mm×150mm）6 個，圓柱體試件（Φ100mm×50mm）3 個。利用立方體試塊測得孔隙率后立即放入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度 (20±2)℃，相對濕度 95%以上養(yǎng)護至齡期 7d、28d，取出各試件進行力學性能試驗；圓柱體試塊在常溫下，密封養(yǎng)護進行透水系數(shù)測試。

立方體標準試件的抗壓強度依據(jù) GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行測試，試驗設備為TYE—2000B 型壓力試驗機，透水系數(shù)和孔隙率采用自制儀器測試。7d 和 28d 抗壓強度、透水系數(shù)及孔隙率測試結(jié)果見表4。

從試驗過程和上表三種方案的結(jié)果可以得出：

（1）抗壓強度：水泥用量一定時，透水混凝土立方體試件 7d、28d 抗壓強度，以二級配無砂透水混凝土強度最高，細石有砂透水混凝土其次，細石無砂透水混凝土最低。

（2）孔隙率：以無砂細石透水混凝土最大，有砂細石透水混凝土其次，二級配無砂透水混凝土最小。

（3）透水系數(shù)：以無砂細石透水混凝土的透水系數(shù)最大，有砂細石透水混凝土其次，二級配無砂透水混凝土最小。

（4）透水混凝土的強度不取決于水膠比的大小，主要取決于水泥用量和混凝土的孔隙率。水泥用量越高，透水混凝土強度越高；孔隙率越大，透水混凝土的強度越低。

（5）試驗表明：骨料級配差，則碎石孔隙率大，透水系數(shù)大，有利于混凝土的透水，但會影響透水混凝土的強度，不利于配置較高強度的透水混凝土；骨料級配一定時，隨著水泥用量的增加，強度逐漸增大，孔隙率、透水系數(shù)隨之降低。

表4 試驗結(jié)果

5 試驗結(jié)論

通過選取不同水泥用量和不同顆粒級配（無砂細石，有砂細石，無砂二級配），進行試驗研究了水泥用量、顆粒級配對透水混凝土孔隙率、透水系數(shù)和抗壓強度的影響，得出如下結(jié)論：

（1）透水系數(shù)與孔隙率成正比，與抗壓強度成反比，因此控制孔隙率是實現(xiàn)透水混凝土各項指標的關鍵。

（2）孔隙率與骨料級配密切相關，無砂單粒級配孔隙率高，透水系數(shù)大。

（3）透水混凝土的強度取決于水泥用量和孔隙率，與水膠比的關系規(guī)律性不強。

（4）透水混凝土為干硬性混凝土，成型較困難且沒有統(tǒng)一的成型工藝，填裝時各試塊的質(zhì)量差距較大，試驗數(shù)據(jù)離散型大，因此需要完善成型工藝，以獲得較為規(guī)律的數(shù)據(jù)。

6 工程應用

我公司生產(chǎn)的透水混凝土已在滄州市綠道示范樣板段游園工程中使用，鋪設 800 余延米 C20 透水混凝土路面，收到良好的效果。

[1] CCJJ/T135—2009.透水水泥混凝土路面技術規(guī)程[S].

[2] 馮乃謙.新實用混凝土大全[M].北京：科學出版社，2005.