透水性混凝土設計及其性能研究

王仁科大連港口設計研究院有限公司 遼寧 大連 116001

正文：

透水性混凝土本身空隙較大，在城市地表溫度、城市地標濕度調節上具備顯著的優點。目前國內外學生對透水性混凝土均進行了深入研究，為改善透水性混凝土力學性能提供了文獻支撐。本文以為試驗的形式，分析透水性混凝土設計及性能，詳細分析如下。

1 試驗概述

1.1 材料

本實驗選擇32.5級普通硅酸鹽水泥、9.5-16粒徑石灰巖碎石、4.75-16混合粒徑石灰巖碎石、4.75-9.5小粒徑石灰巖碎石、普通自來水。

1.2 配合比

考察不同強度水灰比、骨灰比對透水性混凝土強度的影響。水灰比配合比為0.30、0.32、0.34，骨灰比為3.6、4.0、4.4。本文主要選擇三種不同的骨料配合比方式，探討骨料粒徑與透水性混凝土的關系。

1.3 試件制作與養護

試件規格為：100mm×100mm×100mm，為正方體試件，主要應用在抗壓強度與透水性測試。

選擇插搗工藝，開展三層插搗，第一層為試件1/3模具位置，連續插搗15次；第二次為試件2/3模具位置，連續插搗20次；第三次為試件滿高位置，連續插搗25次。在試件成型24h后進行編號拆模，溫度控制在18℃-22℃，濕度控制在90.0%以上，在此環境下養護28d。

2 試驗內容及試驗裝置

2.1 抗壓強度

參照GB/T50081-2002標準開展測試，使用液壓式萬能壓力機加壓，加載速度為0.5MPa/s-0.8MPa/s，對每組試塊樣本實施受壓承載力試驗，取三個試件結果平均是，以此作為抗壓強度數值。

2.2 透水系數

從高度為20cm的方形套筒上端邊緣進行注水，水流通過截面為z，試塊滲透水流入下端盛水容器。在注水階段需要強化水流量控制，促使水頭高度維持在10cm，避免水側漏受到影響。使用石蠟密封，保障水流區域，T為單位時間，V為體積水量，K為透水系數。

2.3 試驗裝置

透水性實驗裝置，具備加快速度方便、測試精準性強、環境適應性強的優勢，與其他測試試件相比，實用性更強，可為實驗開展奠定基礎。在測試階段不需要刻意維護，兩人配合即可完成試驗。裝置本身為不銹鋼整體，為可拆卸形式，可保障密封性與可靠性。

3 試驗結果

3.1 水灰比對透水性混凝土性能的影響

下表1為水灰比為3.60時得到的實驗數據，通過分析下表數據可得知，水灰比為0.30-0.34階段，開展透水性混凝土強度、透水性實驗，可得知隨著水灰比增加，透水性混凝土的抗壓強度與透水性也會增加。若水灰比過小，無法有效包裹骨料顆粒表面，會降低顆粒粘結力，進而降低透水性混凝土抗壓強度。通過增加水灰比，可提升水泥漿液的流動性，保障骨料均勻包裹，以此實現透水性混凝土強度的提升。

表1 水灰比對透水性混凝土性能的影響

3.2 骨灰比對透水性混凝土性能的影響

下表2為水灰比0.30得到的實驗數據，隨著水灰比數值的不斷變化，會增加骨灰比，使得抗壓強度減少，透水系數增加。因此，透水性混凝土抗壓強度會受到骨料、水泥漿體粘粘強度的影響，導致水泥漿體抗壓強度與界面厚度受到影響。

表2 骨灰比對透水性混凝土性能的影響

水泥漿體抗壓強度由水灰比決定，若水灰比數值確定，隨著水泥量的增加，會增加骨料的包裹強度、水泥漿液的厚度，使得粘結數量增加，進而導致抗壓強度提升。另外，隨著水泥用量的增加，會減小水泥孔隙率，進而導致透水性混凝土的透水系數降低。

3.3 骨料級配對透水性混凝土性能的影響

下表3為0.34水灰比獲得的實驗數據，若水灰比與骨灰比保持不變，透水性混凝土抗壓強度與骨料粒徑成反比。若骨料粒徑為混合粒徑，透水性混凝土抗壓強度高于單一和料粒徑透水性混凝土抗壓強度。透水系數與骨料粒徑成正比，混合粒徑透水系數低于單一骨料粒徑透水系數。

表3 料級配對透水性混凝土性能的影響

基于上表數據得知，骨料粒徑越小，單位體積內骨料顆粒接觸點越多，形成的骨架余越密，膠結面積越大，可實現透水性混凝土整體強度的提升，此階段透水系數與骨料密集度成反比。筆者認為，混合骨料粒徑混凝土形成的節點比小粒徑骨料節點更密集，可實現透水性混凝土抗壓強度的提升，減少透水性混凝土透水系數。

4 試驗結論

通過深入研究水灰比、骨料配比、骨灰比等配備的抗壓強度與透水性，開展正交試驗設計，獲得下表4數據。

表4 正交實驗結果極差分析

通過整合表1、表4數據，開展深入分析得到以下結論。

第一單位體積水泥用量會影響透水性混凝土性能，降低其透水系數、抗壓強度，對水灰比、骨料顆粒影響次之。

第二，透水性混凝土與單位體積水泥用量成反比，隨著水泥用量的增加，會導致透水性混凝土性能降低。力學性能與單位體積水泥用量或水灰比成反比。

第三，最佳透水系數為4A，最佳抗壓強度為7C。通過對比兩個最佳配合比，可保障透水性混凝土的力學性能與透水性能。筆者建議，透水性混凝土設計配合比分別為：水灰比0.32，粒徑9.5-16，骨灰比為3.60。