C30透水混凝土性能影響因素研究*

石瑩，楊善順，徐仁崇

（廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361004；廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

C30透水混凝土性能影響因素研究*

石瑩，楊善順，徐仁崇

（廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，福建 廈門 361004；廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

透水混凝土是一種環境友好型建筑材料，但強度普遍較低限制了其應用。為配制出強度高于 30MPa 并滿足透水要求的透水混凝土，本試驗分別從目標孔隙率、水灰比、砂率和摻合料摻量幾個方面研究了這些因素對透水混凝土強度和透水系數的影響，為透水混凝土的應用提供一定的參考。

透水混凝土；配合比；性能；影響因素

0 引言

混凝土是現今工程領域中應用最多也是最為廣泛的一種建筑材料，一直以來，混凝土在應用時總是要求密實、不透水，這種觀念在工程建設領域存在了很久[1]，但是隨著城市化與工業化的發展，環境負荷不斷增大，城市道路、廣場、停車場、公園等公共場所大都采用密實不透水的石材或混凝土鋪設路面或地面，這些地面對城市環境造成了一定的危害，增加了城市熱島效應[2]，因此，建設海綿城市的理念應運而生。

透水混凝土是海綿城市建設的重要組成部分，是一種有利于促進水循環，改善城市生態環境的環境友好型建筑材料，由骨料、水泥、摻合料、水、外加劑等拌制而成，骨料表面包裹漿體粘結形成孔隙均勻分布的蜂窩狀結構，又稱多孔混凝土，具有以下優點：（1）保護地下水；（2）降噪吸聲；（3）緩解城市熱島效應；（4）改善土壤生態環境；（5）緩解地表徑流，凈化水體等。

20 世紀 90 年代以來，國內開始研究透水混凝土，在保證一定透水性能的前提下，透水混凝土的強度普遍較低，通常不超過 20MPa，嚴重影響了其應用范圍[3]。本文通過調整目標孔隙率、水灰比、砂率、摻合料用量幾方面因素，配制出強度 30MPa 以上，并滿足透水要求的透水混凝土。

1 試驗設備、原材料與方法

1.1 試驗設備及原材料

試驗用攪拌機為 SJD60 型單臥軸強制式混凝土攪拌機，電機功率為 2.2kW，攪拌軸轉速 47r/min，出料容量 60L。

水泥：華潤水泥有限公司潤豐牌 P·O42.5 水泥，其物理性能見表 1。

粗骨料：天然碎石，粒徑 5～10mm。

細骨料：天然河砂，中砂。

摻合料：透水混凝土增強劑。

外加劑：透水混凝土專用減水劑，摻量 0.6%。

水：自來水。

表 1 水泥的物理性能

1.2 試驗方法

（1）成型方法

透水混凝土中水泥漿體較少，若采用機械振搗方式，易將水泥漿體振到底部，封閉混凝土底部，導致無法透水。因此采用“壓力成型法”，將拌合物裝入 150mm×150mm× 150mm 的成型模具中，然后置于壓力機下施加壓力至試驗值并維持 5s 后卸荷，最后取下試模套具，用Φ40mm 的鐵棒“滾壓”成型面至平整，并用抹刀抹平[4]。

（2）抗壓強度測試方法

透水混凝土拆模后養護至 28d 齡期測試抗壓強度，測試方法按照 GB/T 50081—2001《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行。

（3）透水系數測試方法[5]

采用固定水量法測試透水系數。具體步驟為：（1）將試塊的四個側面用凈漿（或石蠟）密封，成型面和底面作為測試表面；（2）按照圖 1 安裝測試裝置，將透明套筒底部與試塊頂部邊緣密封，保證水只能通過試塊，并從下方排水筒排出；（3）向套筒內注滿水，記錄套筒中水位由 h 降至0mm 所用時間t；（4）依據公式 (1) 計算透水系數 v，其中h=155mm。

圖 1 固定水量法

2 配合比設計

配合比設計常用的方法有質量法、比表面積法和絕對體積法。對比分析幾種方法的優缺點[2]，如表 2 所示。

表 2 三種配合比設計方法的對比[2]

本試驗依據行業標準 CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術規程》和廈門市地方標準 DB3502/Z 5006—2015《透水水泥混凝土應用技術規程》的規定采用絕對體積法來設計透水混凝土配合比，基準配合比如表 3 所示。

表 3 基準配合比

3 結果與討論

3.1 目標孔隙率對透水混凝土性能的影響

采用基準配合比，選擇不同的目標孔隙率，透水混凝土強度和透水系數試驗結果如表 4 和圖 2 所示。由試驗結果可知，隨著孔隙的增多，透水混凝土的抗壓強度降低，而透水系數則逐漸增大。這與透水混凝土內部結構有很大的關系。透水混凝土內部結構存在很多孔隙，在目標孔隙率較小的情況下，內部結構密實度會有所增加，因此強度也會相應增加；而目標孔隙率較大的情況下，強度則相應降低[6]。透水系數的變化規律正好與強度相反，而對于透水混凝土，首先要保證的就是透水系數，然后以此為前提獲得最大強度。

表 4 配合比及試驗結果

圖 2 目標孔隙率對透水混凝土性能的影響

3.2 水灰比對透水混凝土性能的影響

選取目標孔隙率 20%，選擇不同水灰比進行試驗，得到透水混凝土性能結果如表 5 和圖 3 所示。可以看出，隨著水灰比的增大，抗壓強度先增大后減小，透水系數則逐漸減小。水灰比較小時，透水混凝土會因干硬而攪拌不均勻，骨料表面包裹不完全，降低了顆粒間的粘結[7]，也相應增加了骨料間的孔隙，這樣影響了強度的提高，卻有利于透水性能；而水灰比較大時，透水混凝土的和易性比較好，水泥漿量過多，多出的水泥漿有可能填堵孔隙，這樣對強度和透水性能都有不利影響[6]。因此，應選擇最優水灰比，以保證透水混凝土性能。

表 5 配合比及試驗結果

圖 3 水灰比對透水混凝土性能影響

3.3 砂率對透水混凝土性能的影響

選取目標孔隙率 20%，水灰比 0.28，通過調整砂率得到砂率對透水混凝土性能影響，試驗結果如表 6 和圖 4 所示。隨著砂率的增加，透水混凝土的強度逐漸增加，透水系數則逐漸降低。這是由于細骨料增加了粗骨料之間的接觸點與包裹在骨料外的砂漿厚度，增強了骨料間的粘結力，使內部結構更加密實，提高了強度[3]，但是細骨料不能加入過多，若超過一定范圍，內部結構將變得密實，對透水性能影響不利[8]。

表 6 配合比及試驗結果

圖 4 砂率對透水混凝土性能影響

3.4 摻合料對透水混凝土性能的影響

選取目標孔隙率 20%，水灰比 0.28，砂率 5%，因對透水混凝土強度要求較高，試驗選擇透水混凝土增強劑作為摻合料，通過調整摻量研究對透水混凝土性能的影響，試驗結果如表 7 和圖 5 所示。由試驗結果可知，隨著增強劑摻量增加，抗壓強度和透水系數都是先增后減。當增強劑摻量超過2.5% 時，強度變化趨勢較為平緩；透水系數雖然也是先增后減，但總體相差不大，可能是由于增強劑摻量比較少，對內部結構的影響較小。

圖 5 摻合料對透水混凝土性能影響

表 7 配合比及試驗結果

4 結語

（1）透水混凝土的透氣、透水性能良好，是海綿城市建設的重要組成部分，作為環境友好型建筑材料具有廣闊的應用前景。

（2）設計透水混凝土配合比時，應采用以目標孔隙率為指標的絕對體積法，以便能較好的控制透水性能，同時調整水灰比、砂率、摻合料摻量等因素，得到最佳配合比，制備出透水性能良好且強度較高的透水混凝土，擴大其應用范圍。

（3）從上述研究可以看出，影響透水混凝土性能的因素很多，本文僅研究了配合比設計時幾個主要的因素，其他還有骨料級配、原料種類、攪拌方式、成型方式、養護方式等，都會對透水混凝土性能有一定的影響，雖然影響程度各不相同，但在制備透水混凝土時，尤其是制備強度較高的透水混凝土時，應充分考慮。

[1] 李書陽．影響透水混凝土性能因素試驗分析[J]．水利科技，2017(2)∶220．

[2] 孟剛，張凱峰，李預奇，等．C30 透水路面混凝土性能試驗研究[J]．廣東建材，2014 (5)∶8-10．

[3] 張巨松，張添華，宋東升．影響透水混凝土強度的因素探討[J]．沈陽建筑大學學報（自然科學版），2006,22(5)∶759-763．

[4] 徐仁崇，桂苗苗，龔明子．不同成型方法對透水混凝土性能的影響研究[J]．混凝土，2011(11)∶129-131．

[5] 徐仁崇，桂苗苗，劉君秀．透水混凝土抗壓強度及透水系數試驗方法研究[C]．特種混凝土與瀝青混凝土新技術及工程應用[A]，2012．

[6] 甘冰清．透水混凝土的配合比設計及其性能研究[D]．安徽∶安徽理工大學，2015．

[7] 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)∶7-9．

[8] 吳冬，劉霞，吳小強．成型方式和砂率對透水混凝土性能的影響[J]． 混凝土，2009(5)∶100-102．

Study on performance inf l uence factors of C30 pervious concrete

Shi Ying, Yang Shanshun, Xu Renchong
(Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., Fujian Xiamen 361004; Xiamen Tianrun Jinlong Building Materials Co., Ltd., Fujian Xiamen 361027)

The pervious concrete is an environment friendly building materials, but the generally lower strength limits its application. In order to prepare pervious concrete which has the higher strength(more than 30MPa) and the excellent permeable capability, the experiments respectively study the inf l uence of goal porosity, water cement ratio, sand ratio and admixture dosage to performance of pervious concrete, then providing a certain reference to the application of pervious concrete.

pervious concrete; mix proportion; performance; inf l uence factors

石瑩，女，碩士，研發工程師。主要研究建筑材料與工程。

廈門海滄區科技計劃資助項目（350205Z20161020）。

［通訊地址］廈門市海滄區東孚鎮鳳山村鳳美四路 39 號（361027）