環保型無砂再生透水混凝土配合比設計分析

李丹丹，林志豪，趙海坤，李 健

（1.吉林建筑大學城建學院，長春 130114；2.長春四環東鵬建筑安裝有限公司，長春 130000）

當前，環保型無砂再生透水混凝土在工程施工中應用較廣。這種混凝土經過研制后，水泥漿膜的厚度能夠達到800 um，水灰比可以達到0.31，抗壓強度大于20 MPa，透水系數大于7，作為一種特殊的路面材料，能夠很好地達到快速排水、吸收噪音的目的。它對于改善城市雨水利用方式，提高城市生態環境的美化程度具有很好的促進作用。

1 試驗方法

試驗的原材料使用了普通硅酸鹽水泥，粒級達到4.75～9.55 mm，保險密度達到2 643 kg/m3，選用了高效的減水劑。采用攪拌的方法進行養護成型，無砂透水混凝土的強度經過透水系數的提高，擁有很好的性能。

攪拌過程采用水泥包裹，將骨料與水加入到攪拌機中，加入水泥，進行拌和，形成了包裹著骨料表面的水泥漿殼，加入剩余的水之后，攪拌均勻，經過投料順序和攪拌程序之后，骨料的表面形成了均勻的水泥漿層，使得混凝土具有很好的透水性和強度，然后均勻拌和混合料，裝入試膜中，分別測試孔隙率、抗壓強度和透水系數。

表1 水灰比配合比

確定水灰比時，人們要考慮混凝土的強度和透水性，對不同粒徑W/C和顆粒相同的骨料G進行水灰比的配比，如表1所示。水灰比如果過小，水泥漿會出現過稠的情況，水泥漿難以均勻包裹在粗骨料的表面，難以提高強度；水灰比如果過大，水泥漿過稀，則骨料顆粒表面C會發生空隙的堵塞，降低透水的能力，降低強度。人們一般根據經驗判斷水灰比，觀察拌合物的外部特性。例如，水泥漿在水泥表面包裹均勻的前提下，表面顆粒有光澤，輕握能夠成團，則該水灰比W是最佳水灰比[1]。

對于摻合料，人們一般利用粉煤灰、礦粉和外加劑等進行凈漿試驗，然后得到初步參數，為了施工方便，參照資料，得到黏結強度、石子質量等調整后的配合比，如表2所示。

表2 無砂商品混凝土配比及性能

成型工藝采用靜壓成型法，成型壓力保持在1.5 MPa，在3 min內進行預壓力的穩壓，采用標準的養護制度。如果單位面積上透水系數設定為一定數值，人們可以采用變水位的方法，以變水柱的高度下試件的豎向滲流速度來表示透水性能，采用成型面垂直的側面為透水面，透水儀的位置放置在非成型面的中間，對其他測試面中超過透水儀的尺寸面積進行抹漿處理，將透水儀和試件進行接縫密封，在透水儀中加入水后，表面有水流出，記錄水柱自然下降的刻度[2-3]。

2 環保型無砂再生透水混凝土的配合比設計

2.1 無砂商品混凝土配合比設計主要參數是水膠比和單方水泥用量

水膠比的大小既影響商品混凝土的強度，又影響其透水性。針對不同粒型粗集料采用不同的水膠比，以保證商品混凝土的強度及透水性。水膠比過小，造成水泥漿過稠，水泥漿難以均勻地包裹在粗集料表面，影響商品混凝土強度的增長；水膠比過大，水泥漿過稀，造成水泥漿從粗集料表面流下，影響粗集料之間的黏結，進而影響強度，同時水泥漿流淌下來會造成透水空隙部分或全部被填充，不利于透水性，也不利于商品混凝土強度的均勻性。根據以往經驗，水膠比選取值介于0.25～0.40。

2.2 確定水膠比范圍

根據具體工程的需要，參考特種商品混凝土手冊，結合經驗選擇的水膠比為0.25～0.40，若水膠比太小，水泥漿過稠，不能很均勻地包裹粗集料，水膠比過大，水泥漿稀，不利于強度的提高。在實驗室分別選用0.28、0.31、0.34三個水膠比進行試配，通過觀察商品混凝土表面狀態及28 d強度，選取最優水膠比，進而確定生產配比。

2.3 確定粗集料用量

1 m3無砂商品混凝土的粗集料用量取為1 m3緊密密度狀態下的碎石的質量×0.98（折減系數）。無砂商品混凝土粗集料之間相互抵依，對于某一性狀的粗集料，其用量是固定的，考慮水泥漿的包裹作用，需乘以一定的折減系數。

2.4 確定水泥用量

由于無砂商品混凝土不同于普通商品混凝土，其水泥量的確定是通過選定水膠比，通過試配及商品混凝土的感觀來確定的。選定一個水膠比分別用不同水泥用量來進行試配，觀察其狀態。

2.5 試配及成型

通過選定的水膠比、確定的骨料及水泥量，進行試配，考慮外加劑的使用，改善商品混凝土的外觀，當出現粗集料表面水泥漿分布均勻，有光澤，拌合物試料保持容器形狀時，其效果最佳。由于無砂商品混凝土無細集料填充，振動成型會造成水泥漿下沉，水泥漿分布不均勻，透水性大大降低，強度離散性大。實驗室成型采用插搗成型工藝成型，分三層插搗，使其均勻密實。在自然條件下養護24 h后脫模，置于標養室養護28 d。

表3 無砂透水混凝土配合比

水灰比的選擇，與混凝土的強度和透水性有很大的關系。無砂透水混凝土的水灰比，一般隨著水泥用量的增加而減少，波動范圍不斷增大，最終人們可以得到最佳的水灰比。水灰比的數值達到最佳之后，水泥漿難以均勻地包裹在所有骨料顆粒中，工作度較差，達不到適當的密實度。水灰比過小，混凝土不均勻，透水性也不好，強度難以達到工作要求[4]。

隨著水泥漿梁的增加，混凝土的孔隙率降低，整體的結構趨于均勻，混凝土的透水系數不斷降低，強度提高。因此，水灰比的配合對于拌合物的和易性有著直接的影響[5]。

3 結果分析

組成材料給定的情況下，水灰比影響混凝土的流變性能、水泥漿凝聚結構以及其硬化后的密實度，對某種水泥就有一個最適宜的比值，過大或過小都會使強度等性能受到影響，因此水灰比的定義是拌制水泥漿、砂漿、混凝土時所用的水和水泥的重量之比，是決定混凝土強度、耐久性和其他物理力學性能的主要參數。

3.1 抗壓強度

無砂透水商品混凝土的抗壓強度主要與水灰比、水泥用量、孔隙率有關，從試驗結果看比普通商品混凝土偏低。水泥用量增加可使水化產物相應增長，從試驗的結果可以看出，對于同一粒徑的骨料，其較佳水灰比不同。對于同一種骨料粒徑來說，水泥用量越高，無砂透水商品混凝土的強度越高。水泥漿不能均勻地包裹在粗骨料表面，而在實際測量孔隙率時，無砂透水商品混凝土中的閉口孔隙無法測得。在一定范圍內，強度隨著水灰比減少而增大，僅為開口空隙及半開口空隙，無砂透水商品混凝土強度一般隨孔隙率的增加而增大，因干燥拌料不宜均勻，達不到適當密度，對強度的影響很大。

3.2 孔隙率

隨著水泥用量的增加，水灰比越大，漿體體積越大，水無砂透水商品混凝土的孔隙率就越小。目前，無砂透水商品混凝土的孔隙率仍無成熟的計算方法，關于無砂透水商品混凝土配合比設計，過多的水泥用量會填充到骨料間的孔隙中，因此其結構特征可以近似認為是同一粒級碎石，由碎石的緊密堆積密度確定。無砂透水商品混凝土的表觀體積由粗骨料堆積而成，孔隙率降低，強度提高。

3.3 滲透系數

為了獲得必要的和易性，在無砂透水商品混凝土試塊中下部的水泥漿較多，孔隙率滲透系數隨著孔隙率的增大而增大，這是由于水泥水化產物所需要的結合水是一定的，主要受連通孔隙的影響。水灰比滲透系數隨著水灰比的增大而減少。水泥灰比變大，滲透系數隨之減少，導致有效孔隙率減少，因此在拌制無砂透水商品混凝土時應采用較大的水灰比。

4 結語

在一定范圍內，隨著水泥泥漿的膜厚度增加，無砂透水混凝土強度增大，導致透水系數降低，水泥漿厚度過大，混凝土的透水系數會大幅度降低，而強度不會大幅度增長。研究表明，隨著水灰比的增大，混凝土的透水系數和強度會先增加后減少，存在一個最佳的水灰比數值，為0.31。

1 張松濤，賈欣悅，宋 卓，等.無砂再生透水混凝土配合比設計[J].混凝土與水泥制品，2016，（12）：6-12.

2 張松濤，賈欣悅，宋 卓，等.信息與文摘[J].新型建筑材料，2001，（5）：47-53.

3 龍晉豫.護坡生態混凝土配合比優化與應用研究[D].鄭州：華北水利水電大學，2015.

4 夏 群，謝飛飛，朱平華.道路用無砂透水再生骨料混凝土成型工藝研究[J].混凝土，2016，（8）：149-151.

5 姚明來，陳 洲，劉秦南，等.再生骨料無砂透水混凝土抗凍性能試驗研究[J].三峽大學學報（自然科學版），2017，（3）：53-57.