透水混凝土性能影響因素研究

王俊峰

摘要：透水混凝土具有透氣、透水、吸聲降噪、凈化水體、改善地表土壤的生態環境、緩解地表徑流和城市熱島效應等優良的使用性能。透水混凝土的推廣使用離不開對其性能影響因素的深入研究。本文就透水混凝土的水灰比、膠結材料、粒徑、尺寸效應、攪拌方法及成型方法等性能影響因素進行總結，旨在為我國在透水混凝土方面的理論研究與工程應用提供參考。

關鍵詞：透水混凝土;水灰比;粒徑;影響因素

透水混凝土又稱無砂混凝土，因其結構中存在大量連通孔隙，與普通混凝土相比，具有透氣、透水、吸聲降噪、凈化水體、改善地表土壤的生態環境、緩解地表徑流和城市熱島效應等優良的使用性能。

透水混凝土的性能對其推廣應用有著重要影響。因此，本研究就透水混凝土的水灰比、膠結材料、粒徑、尺寸效應、攪拌方法及成型方法等性能影響因素進行總結，旨在為我國在透水混凝土方面的理論研究與工程應用提供參考。

1 透水混凝土性能影響因素

1.1 水灰比的影響

水灰比是影響透水混凝土強度和透水性的一個非常重要的因素。無砂透水混凝土的水灰比介于0.25～0.40之間，一般是隨著水泥用量的增加而減少，只在一個較小范圍內波動。

張巨松研究后認為隨著水灰比的增加，透水混凝土的強度先增大后趨于平緩，透水系數則一直減小。孟宏睿研究后認為無砂透水混凝土的透水性在灰骨比一定的情況下，隨水灰比的增大，透水系數增大，且粒徑小的比粒徑大的混凝土的透水系數略高。

1.2 膠結材料的影響

同等條件下，透水混凝土強度隨著水泥石強度的增加而提高。與普通混凝土相似，透水混凝土形成強度主要靠膠結材料的強度。膠結材料強度增加，透水混凝土的強度當然隨之增大。

1.3 粒徑的影響

集料是透水混凝土的結構骨架。集料粒徑是決定透水混凝土性能的主要因素之一，對透水混凝土的強度有較大影響，但對透水系數并無顯著影響，即不同粒徑制備的透水混凝土的透水系數無明顯變化。

透水混凝土不含或少含細集料，基本上由粗集料堆積而成，粗集料的級配將直接決定其強度。粗集料的粒徑越大，其孔隙率越高，配制的透水混凝土強度越低。一般用作細集料的細砂可填充透水混凝土中的空隙，隨著砂率的增大，透水混凝土的強度也隨之增大，但砂率必須控制在合適范圍，否則會降低透水性。

1.4 尺寸效應的影響

抗壓強度作為混凝土的重要力學性能之一，它關系到混凝土結構的承載力和耐久性，尺寸效應是影響上述性能的重要因素。對于普通混凝土，尺寸效應問題的研究已有明確結論，而對于透水混凝土，尺寸效應的研究較少。

曾偉做試驗采用3種尺寸立方體試模成型，尺寸邊長分別100mm、150mm和200mm，每個配合比，每一種試塊成型10組，孔隙率分別為10%、15%和20%。研究發現，在試塊邊緣向中心大約1.Ocm范圍內存在薄弱區域，無法和試塊整體起到承載作用。對于外層的薄弱區域，一般取粒徑的2/3作為邊長，因此需通過計算取有效面積再進行試件的強度計算。取有效面積進行強度計算后，透水混凝土試塊的強度隨尺寸的增大呈現近似于線性減小的趨勢，類似于普通混凝土的尺寸效應情況。透水混凝土各尺寸間的強度關系與普通混凝土的情況有著明顯的區別。對于10%和15%孔隙率的試塊，呈現出邊長150mm的試塊與邊長200mm試塊的強度比要遠大于邊長150mm試塊與邊長100mm試塊的強度比，這種差別大于20%孔隙率試塊的同類差別。

徐德飛做試驗研究后認為，隨著尺寸的增大，透水混凝土立方抗壓強度、劈裂強度呈下降趨勢。小粒徑骨料配制的透水混凝土，尺寸效應對不同孔隙率的混凝土強度均有較明顯的影響，對于大粒徑骨料，尺寸效應對低孔隙率的混凝土強度影響較大。

1.5 攪拌方法的影響

一種是參照普通混凝土的成型方法，稱為常規方法或一次投料法，即集料、水泥、水、外加劑等一起加入攪拌機內，共同攪拌4min;另一種是根據透水混凝土特點設計的攪拌方法，稱為集料表面包裹法，即先將100%的集料和70%的拌和水預先攪拌1min，然后加入50%的水泥（若使用外加劑，此時全部加入），繼續攪拌1min，最后將剩余的50%水泥和30%的拌和水加入攪拌機，攪拌2min，整個攪拌過程共4 min。集料表面包裹法制備的透水混凝土無論是強度還是透水系數都優于常規攪拌方法。

1.6 成型方法的影響

成型工藝對于透水混凝土的性能至關重要，成型工藝有多種，例如：控制壓力成型;控制貫入量成型;振動臺成型;上置式振動成型;重型擊實成型;插搗成型。徐仁崇研究了4種成型方法對透水混凝土抗壓強度及透水系數的影響。結果表明：隨著振動時間和成型壓力的增加，透水混凝土的抗壓強度先增大后減小，而透水系數則逐漸降低;插搗成型法可以使透水混凝土獲得較高的透水系數但抗壓強度較低;振壓成型法可以使透水混凝土獲得較優的抗壓強度及透水性能;壓力成型法和振壓成型法可以作為透水混凝土實驗室配合比成型方法。透水混凝土路面的施工方法及施工機械的參數選擇應根據試驗確定。

2 結語

（1）水灰比是影響透水混凝土強度和透水性的一個非常重要的因素，但具體影響結果還不統一，需進一步研究。

（2）透水混凝土的強度隨膠結材料強度增加而增大。

（3）集料粒徑是決定透水混凝土性能的主要因素之一，對透水混凝土的強度有較大影響，但對透水系數并無顯著影響。

（4）隨著尺寸的增大，透水混凝土的抗壓強度、劈裂強度呈下降趨勢。

（5）集料表面包裹法制備的透水混凝土其強度和透水系數都優于常規攪拌方法。

（6）隨著振動時間和成型壓力的增加，透水混凝土的抗壓強度先增大后減小，而透水系數則逐漸降低;振壓成型法可以使透水混凝土獲得較優的抗壓強度及透水性能。

參考文獻：

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（作者單位：西昌學院土木與水利工程學院）