透水混凝土結構性能研究

鄧景月

摘要：透水混凝土的滲透性和強度取決于其組成材料的粒徑和比例。為評估透水混凝土在土木工程中的結構性能，文章選用9.375 mm和18.75 mm兩種不同粒徑的粗骨料與水泥按6∶1、8∶1、10∶1的不同配合比，制備24個立方體試塊進行抗壓強度試驗和滲透性試驗，研究了不同骨料粒徑對透水混凝土孔隙率、抗壓強度和比重的影響。結果表明：粗骨料粒徑越小，應能產生更高的抗壓強度，同時產生更高的滲透率;具有較高骨料/水泥比8∶1和10∶1的混合物被認為適用于要求低抗壓強度和高滲透率的路面。

關鍵詞：透水混凝土;滲透性;抗壓強度;骨料粒徑

0 引言

透水混凝土也被稱為無細骨料、多孔、間隙級配和透水混凝土以及增強多孔混凝土，是一種可靠的雨水管理工具。根據定義，透水混凝土是礫石或花崗巖、水泥、水、少量至無砂（細骨料）與不含外加劑的混合物。當透水混凝土用于鋪路時，開放式單元結構允許雨水通過鋪路過濾并進入下層土壤。換句話說，透水混凝土有助于保護路面表面及其環境[1-2]。

透水混凝土系統對比不透水混凝土的優點在于，它能有效地管理鋪面徑流，防止徑流污染，補給含水層，防止咸水入侵，控制滲水對地下水補給的污染，防止地下雨水下水道排水，吸收的熱量比普通混凝土和瀝青要少，減少了空調的使用。透水混凝土允許增加場地優化，因為在大多數情況下，其使用應完全限制對滯留池、洼地和其他更傳統的雨水管理設備的需求，這些設備在一英畝或更多的商業場地上符合聯邦雨水管理條例。通過使用透水混凝土，使環境空氣溫度降低，僅需要較少的電力來冷卻建筑物。此外，將消除昂貴的雨水構筑物，如管道、入口和池塘。施工進度也將得到改善，因為在施工開始時將安裝石料補給床，加強侵蝕控制措施，并防止由于惡劣的現場條件而造成的降雨延誤[3]。

顯然，與傳統混凝土相比，透水混凝土具有較低的抗壓強度、較高的滲透性和較低的單位重量（約為傳統混凝土的70%）[4]。雖然透水混凝土在許多方面具有更大的優勢，但是它有自己的局限性，在規劃使用時必須加以有效考慮。在結構上，當要求較高的滲透性和較低的強度時，需要研究在相同的骨料-水泥比下，骨料粒徑的變化對強度和滲透性的影響。本文以此為出發點研究不同骨料粒徑以及不同骨料-水泥比條件下的透水混凝土結構性能，為路面透水性混凝土施工提供相關依據。

1 試驗分析

1.1 研究目的

本研究旨在評估透水混凝土在土木工程中的結構性能。為此，研究了不同骨料粒徑對透水混凝土孔隙率、抗壓強度和比重的影響。研究內容包括在行人通道和停車場施工中使用透水混凝土作為路面材料的簡單方法。

1.2 粗骨料的篩分分析

使用一堆篩子（BS410），將所用粗骨料的樣品分級為兩種主要粒徑，主要是樣品A粒徑為18.75 mm和樣品B粒徑為9.375 mm。樣品A和B的試驗結果分別如圖1和圖2所示。

1.3 試樣制備

從每種骨料粒徑（代表6∶1、8∶1和10∶1的骨料水泥比）中制備三批試樣，在混合料中不含細骨料。按重量對材料進行配料，如表1所示。

如前所述，本研究使用了兩種不同粒徑的粗骨料（碎石或花崗巖），即粒徑為9.375 mm和18.75 mm的花崗巖。對兩種骨料粒徑進行的比重試驗得出的平均值為2.7。對于兩種骨料尺寸，按重量確定配合比。從每批中抽取8個150 mm混凝土立方體。配合比見表1。

配料后的材料與水完全手工混合，以獲得均勻的透水混凝土，形成水灰比為0.4的水泥漿體。粗骨料與水泥按6∶1、8∶1、10∶1的不同配合比（A/C）混合，每種骨料粒徑共制備24個立方體試塊。

2 抗壓強度試驗

試驗的目的是確定透水混凝土的抗壓強度。在規定的養護齡期為7 d、14 d、21 d和28 d時，對立方體試塊進行抗壓強度測試。透水混凝土的抗壓強度計算如下：

透水混凝土的抗壓強度隨著齡期的增加和骨料/水泥比的降低而增加，如表2和下頁表3所示。此外，粒徑為9.375 mm骨料的抗壓強度大于粒徑為18.75 mm骨料的抗壓強度，相同齡期和骨料/水泥比如表2和下頁表3所示。

骨料粒徑為9.375 mm和18.75 mm透水混凝土在不同骨料水泥比A/C下（6∶1、8∶1和10∶1）的抗壓強度實驗結果如下頁圖3～5所示，骨料/水泥比為6∶1、8∶1和10∶1的抗壓強度分別為28 N/mm2的29%、18%和15%，這是規定的固化第28 d的最大值，A/C為6∶1時抗壓強度最高，骨料尺寸為9.375mm時產生最佳效果。

3 滲透性試驗

3.1 滲透測量方法

透水混凝土的滲透性由落差滲透性確定。在開始流量測量之前，樣品用聚乙烯包裹在量筒內。然后開始測試，讓水流過樣品，直到豎管中的水達到給定的較低水平。在豎管中，水從一頭流到另一頭需要5 s的恒定時間。當水達到較低水平時，重新填充立管并重復試驗。透水混凝土樣品的滲透系數由式（1）計算得出：

3.2 結果討論

不同骨料粒徑以及不同骨料/水泥比的混凝土透水系數如表4～9所示，骨料尺寸分別為9.375 mm和18.75 mm時，骨料/水泥比10∶1產生的透水混凝土的滲透系數較高，分別為3.12×10-3 cm/s和3.89×10-3 cm/s。

4 結語

本文研究的主要結論有：（1）粗骨料粒徑越小，應能產生更高的抗壓強度，同時產生更高的滲透率;（2）具有較高骨料/水泥比8∶1和10∶1的混合物被認為適用于要求低抗壓強度和高滲透率的路面。最后，應進一步研究使用這些材料比例生產的透水混凝土路面，以滿足由于高車輛荷載和交通量而增加的磨損和壓縮應力條件。

參考文獻：

[1]曾 路，何 牟，張明華，等.地聚物基透水混凝土的制備與性能[J].材料導報，2019，33（24）：4 086-4 091.

[2]王雅思，游 帆，鄭廣濤.再生骨料透水混凝土抗壓強度及透水性能[J].福州大學學報：自然科學版，2019，47（4）：538-543.

[3]趙亞楠，梁君君，唐克東.透水混凝土施工關鍵節點質量控制研究[J].山西建筑，2017（28）：226-227.

[4]吳 冬，劉 霞，吳小強，等.成型方式和砂率對透水混凝土性能的影響[J].混凝土，2009（5）：105-107.