透水混凝土的配合比設計探討

劉亞冉

（石家莊市水利水電勘測設計研究院，河北 石家莊 050011）

透水混凝土是一種生態型環保混凝土。它為開放級配，既有一定的強度，又具有一定的透氣透水性的混凝土。采用了透水混凝土，水分可以很快滲入地下保持地下土壤的潮濕。道路表面在雨天不會積水、反光。從而很好的緩解不透水鋪裝對環境造成的影響。

1 透水混凝土的結構特征

透水混凝土是由水、水泥、粗骨料組成的，采用單粒級粗骨料作為骨架，水泥凈漿或加入少量細骨料的砂漿薄層包裹在粗骨料顆粒的表面，作為骨料顆粒之間的膠結層，骨料顆粒通過硬化的水泥漿薄層膠結而形成多孔的堆積結構，因此混凝土內部存在著大量的連通孔隙，且多為直徑超過1mm的大孔。在雨天或路面積水時，水能沿這些貫通的孔隙通道順利滲入地下，因此具有良好的透水性和透氣性。

根據結構模型可知，透水性混凝土受力時通過骨料間的膠結點傳遞力的作用，由于骨料本身的強度較高，水泥凝膠層很薄，水泥凝膠體與粗骨料界面之間的膠結面積小，其破壞特征是骨料顆粒間的連接點處被破壞，因此在保證一定空隙率的前提下，增加交接點的面積，提高交接層的強度是提高透水性混凝土強度的關鍵。

2 影響透水混凝土性能的因素

2.1 水泥用量對強度的影響

在保證最佳用水量的前提下，適當增加水泥用量，能夠增加骨料周圍水泥漿的稠度和厚度，可有效提高透水混凝土的強度。但水泥用量過多會使漿體增多，減少孔隙率，降低透水性。因此，水泥用量受所用骨料的粒徑影響，如果骨料的粒徑較小、骨料的比表面積較大，則應適當增加水泥用量。

2.2 水灰比對強度的影響

水灰比既影響混凝土的強度，又影響其透水性。透水混凝土的水灰比一般隨著水泥用量的增加而減少，但只是在一個較小的范圍內波動。對確定的某一級配骨料和水泥用量，有一最佳水灰比，此時透水混凝土才會具有最大的強度。

當水灰比小于這一最佳值時，水泥漿難以均勻地包裹所有的骨料顆粒，工作度變差，達不到適當的密實度，不利于強度的提高。反之，如果水灰比過大，易產生離析，水泥漿會從骨料顆粒上淌下，形成不均勻的混凝土組織，既不利透水，也不利于強度的提高。

2.3 集灰比對強度的影響

透水混凝土的強度主要由粗骨料之間的咬合摩擦力以及骨料與水泥漿體的粘結強度決定。水泥漿體的強度主要由水灰比決定，在一定水灰比下，水泥用量的增大使得界面厚度增大，粘結面積以及粘結點的數量增加，從而提高了它的強度。

2.4 外加劑對強度的影響

隨著外加劑用量的增加，透水水泥混凝土的強度明顯提高，但提高的幅度并不一樣，當外加劑用量從0%提高到5%時，透水混凝土強度能提高50%；而外加劑用量從5%再往上提高時，透水混凝土強度提高的相對較少。

2.5 骨料對透水率的影響

隨著骨料粒徑的增大，透水混凝土的透水率明顯增加，但其強度明顯減少，是骨料之間的咬合點減少所導致。

2.6 施工技術對透水率和強度的影響

在透水混凝土配合比試拌中，如果不按要求振實，就會明顯影響混凝土的性能。振搗不夠會影響透水混凝土的強度，過振時透水混凝土的透水率達不到要求。在施工中也有類似的情況，因此，在做好設計配合比的前提下，合適的施工工藝流程也是保證透水混凝土性能的一個關鍵因素。

3 試驗配制

3.1 原材料的品種與選擇

（1）在透水混凝土中，水泥石與骨料界面的粘結強度是混凝土的最薄弱環節，是決定混凝土強度的關鍵因素，因此水泥的活性、品種、數量的選擇尤為重要。透水混凝土要采用強度較高、混合材料摻量較少的水泥或普通硅酸鹽水泥。水泥漿的用量以剛能完全包裹骨料的表面為最佳，形成一種均勻的水泥漿膜層，并采用最小水泥用量為原則；因過大的水泥用量不僅會造成透水性的減弱、增加成本，還會造成水泥石收縮量增大，形成裂縫，使混凝土的強度反而降低。

（2）粗骨料是透水混凝土的結構骨架，骨料粒徑的大小視透水混凝土結構的厚度、強度、透水性而定。試驗資料表明，透水混凝土的顆粒級配是決定其強度和透水的主要因素之一，為保證透水混凝土強度及其透水功能，粗骨料常用顆粒較小的單粒徑。骨料粒徑越小，骨料的堆積密度越大且顆粒間的接觸點越多，配制的透水混凝土強度高，透水性能會降低。骨料粒徑越小，其比表面積越大，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，可提高混凝土的強度，但須同時調整水泥用量。骨料粒徑越大，比表面積越小，所形成的結構骨料單位體積內骨料顆粒之間接觸點數量少，膠結面積越小，從而可提高透水性，但會降低強度。

粗骨料有連續級配與間斷級配之分。連續級配即顆粒由小到大，每級粗骨料占有一定比例，相鄰兩級粒徑之比為 N=2，天然河卵石均屬連續級配，連續級配的粒級間會出現干擾現象。為得到較小空隙率，相鄰兩級骨料粒徑比應較大，才能使顆粒十分靠近，大顆粒的數量最多，這就是間斷級配。如圖2所示，將3個大球堆成最緊密狀態，次一級小球直徑只有正好小于此空隙尺寸，才能填入空隙中，設大球直徑為D，小球直徑為d，若相鄰兩級粒徑之比D:d=6，直徑小的一級骨料正好填充大一級骨料的空隙，此時骨料的空隙率最低，比表面積最小，接觸點數量較多。但在混凝土中，骨料并非球形，粒徑也不等，各骨料顆粒間有水泥砂漿層，故大顆粒間距可能增大，因而可考慮 D:d=4～8。單粒級骨料易使混凝土發生離析現象，制作透水混凝土時須調整水泥用量和水灰比，否則極易出現骨料表面的水泥漿膜層厚度不均勻、流漿等現象，直接影響混凝土的強度、透水性及質量穩定性。

（3）拌和及養護用水采用地方飲用水。

3.2 參數的確定

影響透水混凝土性能的因素有透水方式、密實程度、原材料性能、配合比、成型方法和養護條件等。其中強度和透水性是對立的，確定參數時須綜合考慮。

（1）水灰比既影響透水混凝土的強度又影響其透水性。水泥漿過于干稠，混凝土拌合物和易性太差，水泥漿不能充分包裹骨料表面，不利于提高混凝土的強度；反之，若水灰比過大，稀水泥漿可能將透水孔隙部分或全部堵死，既不利于透水，又不利于強度的提高。最佳水灰比介于0.25～0.35之間。

（2）骨灰比的大小影響骨料顆粒表面包裹的水泥漿薄厚程度以及孔隙率的多少，也就是影響透水混凝土的強度和透水性。當水泥用量一定時，增大骨灰比，骨料顆粒表面水泥漿厚度減薄，孔隙率增加，透水性提高，但強度卻降低了；反之，則透水性降低，強度提高。考慮較小粒徑骨料的表面積較大，為保持水泥漿體的合理厚度，小粒徑骨料的骨灰比應適當小一些。本次試驗采用的骨灰比在5.6～7.0。

（3）1m3混凝土所用骨料總量取骨料的緊堆密度。

（4）根據骨料的體積空隙率及膠凝材料在骨料內的填充率為25%～50%，確定水泥用量。

3.3 制作工藝的確定

根據上述原則計算確定混凝土的配合比，考慮粗骨料表面要形成穩定均勻的水泥漿層，采用人工攪拌，攪拌時先往骨料中加入水進行攪拌，使骨料吸水率為1%～3%，骨料表面均被潤濕后再加水泥拌和，形成包裹骨料表面的水泥粉殼，最后加入剩余水量的水攪拌均勻。該攪拌順序能使混凝土骨料表面易形成厚度均勻的水泥漿層，沒有水泥漿下滴現象，且顆粒有類似金屬光澤，以保證必要的強度和透水性。機械振搗20s成型，試件尺寸為 100mm×100mm×100mm。混凝土澆筑1d后開始常溫下灑水養護，每天灑水5～6次，養護7d后進行自然養護，養護時表面覆蓋塑料薄膜，以防水分散失。