不同摻和料透水混凝土透水系數與孔隙率的關系探討

康新懷 馬 飛 李喜勤 楊 鑫

(1慶陽市興慶混凝土有限公司，甘肅 慶陽 745000；2慶陽市元隴工程檢測有限公司，甘肅 慶陽 745000；3陜西建工機械施工集團有限公司，陜西 西安 710043)

1 引 言

讓洪澇不復存在，讓城市呼吸起來[1]，透水混凝土路面鋪張作為一種標志環保型材料受到了研究人員的廣泛關注。能增加地表雨水的滲入，有效補充地下水，減緩城市地下水位下降等。還對緩解城市熱島效應，維持生態平衡和地下水位有重要作用。1979年，在美國佛羅里達州sarasota地區附近一教堂，首次應用透水多孔混凝土建造了停車場，并取得了相關專利[2]。國內關于透水混凝土的研究起步較晚，一些科研機構和高校對透水混凝土的制備過程、性能及影響因素作了大量的試驗與綜述[3-5]，為研究不同摻和料透水混凝土的性能提供了理論基礎。粉煤灰、工業廢渣等摻和料對于透水混凝土的影響研究已取得顯著成果[6-7]，但大多數集中于集料性能與級配、成型方式、制備工藝等，對透水混凝土的透水性能與孔隙率的關系還鮮有研究。本文在鋼渣透水混凝土中摻入不同摻量粉煤灰、礦粉、鋼渣粉摻和料，對其透水系數與孔隙率的變化關系進行研究。

2 研究方法

2.1 原材料

水泥選用祁連山牌P.0.42.5號普通硅酸鹽水泥。粗骨料選用慶陽興慶商業混凝土公司提供的當地碎石，表觀密度2786kg/m3，堆積密度1632 kg/m3，含泥量0.8%。摻和料為甘肅平涼熱電廠生產華茂Ⅱ級粉煤灰。礦粉選用甘肅省永昌縣S95礦粉。鋼渣粉選用甘肅酒鋼集團宏達建材磨細鋼渣粉。細砂為河砂，粒徑為0-5.0mm，細度模數為2.1，表觀密度為2634kg/m3，堆積密度為1503kg/m3。具體物理性能分別見表1～表4。

表1 粉煤灰主要技術性能指標

表2 礦粉主要技術性能指標

表3 鋼渣粉主要技術性能指標

2.2 配合比設計

本次試驗采用體積法設計透水混凝土的配合比。為了對比不同摻量下透水系數與孔隙率的關系，在（S+G）/B=0.42條件下，W/B=（0.2-0.32），試驗以0、10%、20%、30%、40%粉煤灰，0、10%、20%、30%礦粉，0、5%、10%、15%鋼渣粉等量替代水泥作為膠凝材料去進行對比探討。配合比見表5。

表4 水泥主要技術性能指標

表5 不同摻和料透水混凝土配合比

其中：A:粉煤灰 B：礦粉 C：鋼渣粉 （A B C表示三種不同摻和料都是以同一種摻量等量替代水泥作為膠凝材料）

2.3 試驗方法

采用重量法測定透水混凝土的孔隙率，原理為測量試件烘干質量與飽水質量的差值。該數值反映了孔隙飽水后結構所受的浮力大小，此狀態下，孔隙率可用實際與理論浮力的差值得到[8]。采用不變水龍頭法測定透水混凝土的透水系數。

3 試驗結果與分析

圖1 摻和料摻量與透水系數的關系

3.1 摻量及摻和料對透水混凝土透水系數的影響

在(S+G)/B=0.42,W/B=0.3情況下，研究了粉煤灰、礦粉、鋼渣粉不同摻量時透水混凝土透水系數和孔隙率的關系，減水劑含量為0.75。圖1為不同摻量粉煤灰、礦粉、鋼渣粉的透水系數變化規律。

圖2 摻和料與孔隙率的關系

由圖2可以看出，透水混凝土摻和料摻量與透水系數的變化關系不呈線性關系，與基準混凝土相比，透水系數均有不同程度的降低。對于摻入了粉煤灰與礦粉的透水混凝土，透水系數隨摻和量的增大而減小，粉煤灰摻量在0-15%、礦粉摻量在0-20%范圍 時，透水系數下降趨勢較大。其原因為粉煤灰與礦物較水泥有更小的堆積密度，等量替代水泥時相對體積含量較大，尤其在剛摻入時，更多漿體填充集料間的較大孔隙，致使其透水性降低，透水系數減小。加入鋼渣粉后，混凝土拌合物流動性增強，漿體能更充分包裹集料顆粒，填充孔隙，使其透水系數減小。當鋼渣粉摻量為10%-15%范圍變化時，透水系數略有提高，可能原因為流動性增強，混凝土內部出現了部分連通孔隙，致使透水性有所提升。

3.2 摻量及摻和料對鋼渣透水混凝土孔隙率的影響

圖3為鋼渣透水混凝土隨摻和料摻量變化的關系圖。由圖3分析可得，隨著粉煤灰、礦粉、鋼渣粉摻量的增加，混凝土的孔隙率均呈降低的趨勢。摻入鋼渣粉后混凝土的孔隙率基本呈線性降低，且下降趨勢最大。原因為摻入鋼渣粉后，透水混凝土的流動性增強，在攪拌時漿體能夠更容易的包裹集料顆粒并填充集料間的孔隙，致使混凝土密實度提高，孔隙率快速減小。摻入粉煤灰與礦粉后，孔隙率下降趨勢較緩，原因為等量摻和料替代水泥，其堆積密度較小，將會有相對體積較大的漿體去填充孔隙，顆粒間交接點增多，膠結面積增大，密實度相應提高，致使孔隙率減小。

3.3 不同摻和料鋼渣透水混凝土透水系數與孔隙率的關系

圖3 齡期7d鋼渣透水混凝土透水系數與孔隙率的關系

圖4 齡期28d鋼渣透水混凝土透水系數與孔隙率的關系

圖3、圖4分別為試驗測得7d、28d鋼渣透水混凝土透水系數與孔隙率的關系。分析可知，透水系數與孔隙率的變化不呈線性關系，經過曲線擬合，其變化規律呈冪函數y=y0+A·exp(R0·x)發展趨勢，R2≥0.90，相關性良好。透水混凝土的透水系數隨著孔隙率的增大而增大，對于透水混凝土來講，內部連通孔隙的分布與數量是決定透水性的關鍵因素，孔隙率增大，連通孔隙將相對增多，透水過水面積增大，孔壁對水的阻力相應減小，導致透水系數增大。

3.4 透水混凝土7d、28d透水系數的關系

圖5 為鋼渣透水混凝土7d和28d透水系數對比

由圖5分析可知，透水混凝土7d、28d透水系數基本接近，28d透水系數稍有減小的趨勢，相差在5%以內。混凝土在7d時，水化已達到70%-80%，內部孔隙構造已趨于穩定，致使透水性大致接近。隨著齡期的增加，部分水泥繼續水化，漿體將填充多的孔隙，細微改變內部孔的構造和分布，致使透水性變差，透水系減小，但總體來說，與7d透水系數比較，降低幅度不大。另外我們可看出，摻入摻和料后，孔隙率大致分布在16%-20%，透水系數在17-23mm/s之間，加入適量的摻和料減弱透水性，但同時減少了水泥的用量，降低了其水化反應，提高了透水混凝土的耐久性。

4 結 語

1）水膠比W/B=（0.2-0.32）區間研究發現，摻入不同摻和料后透水混凝土透水系數與孔隙率均有不同程度的降低，透水性減弱，相反耐久性提升。

2）透水混凝土透水系數與孔隙率一一對應，二者不呈線性關系，大致依冪函數y=y0+A·exp(R0·x)規律發展，且擬合表明，二者之間有很好的相關性。

3）通過對比7d、28d透水混凝土不同孔隙率下的透水系數發現，透水系數十分接近，28d透水系數稍有降低，但降低程度不大，差值幅度在5%左右。

[1]新華網.透水混凝土 海綿城市“主力軍”[J].商品混凝土，2016（4）：20-21.

[2]張朝輝，王沁芳，楊娟.透水混凝土強度和透水性影響因素研究[J].混凝土，2008（3）：7-8.

[3]張雪麗，鄭蓮瓊.透水混凝土研究綜述[J].福建建材，2014（11）：13-16.

[4]李秋實，何東坡.天然與再生集料透水混凝土對比[J].北京工業大學學報，2015,41（1）：89-94.

[5]姜福田.碾壓混凝土[M].北京，中國鐵道出版社，1991:98-99.

[6]鄭雯，王仕威，楊錢榮.摻和料對鋼渣透水混凝土的影響[J].粉煤灰綜合利用，2014（6）：3-6.

[7]滿都拉 .聚丙烯纖維對再生粗集料透水混凝土的影響[J].硅酸鹽通報，2015（3）：694-696.

[8]劉新雨.透水混凝土抗凍性的影響因素研究[D].哈爾濱工業大學碩士學位論文，2012:20-25.