透水混凝土配合比設計及力學性能試驗研究

潘芳祿

（廣西建設職業技術學院，廣西 南寧 530007）

0 引言

透水混凝土材料是一種新型的綠色生態環保透水混凝土,可與生態環境資源共存。它不僅是對我國的生活方面，還是我國的自然生態方面都有著巨大的影響。它不僅是一種直接采用特殊材料技術加工制造的，并且具有連續孔隙的混凝土,它不僅具有一定的抗震強度,還具有一定的防水滲透性。透水鋼筋混凝土主要是應用于城市公園、住宅區、道路、人行道、廣場、停車場等處的路面透水結構。

1 透水混凝土的市場發展趨勢現狀

透水混凝土材料目前可廣泛應用于我國城市軌道輕軌鐵路交通快速道路、公園、廣場、停車場、人行道、體育場館、地下建筑、綠化、污水處理凈化和空氣吸聲等多種領域。透水混凝土在我國軌道交通建筑領域也一直有著廣闊的商業應用發展前景,如今它解決了在現代工業城市中和有軌電車的地下排水管道問題。目前,海綿生態城市已逐漸成為今年全國海綿城市總體發展戰略規劃研究中的高頻詞和關鍵詞。發展起來海綿土在城市的應用重要性不言而喻,但目前我國對于水滲透改性混凝土的深入研究和推廣應用還只是處于技術起步初的階段。在此一大背景下,透水混凝土作為海綿城市建設和發展所必需的功能材料,具有十分重要的現實研究意義。

2 透水混凝土材料配合比設計研究

2.1 混合設計指數為了提高普通混凝土的強度,要盡量使其密實。然而,為了達到透水的目的,透水混凝土在滿足其強度的同時應保持一定的孔隙。因此,透水混凝土的配合比設計指標是孔隙率和強度。

2.1.1 孔隙率

為了快速排出雨水,有必要確保透水性混凝土具有足夠的孔隙。然而,太多或幾乎太大的孔誤差會直接導致建筑材料機械強度顯著降低和材料耐久性差。收縮性就是說泛指主體扣除原有實體建筑骨架后混凝土總建筑體積的剩余一小部分,由三個小部分結合組成:連通孔、半連通孔和半封閉孔。連通的孔隙是相互連的孔;而半封閉孔隙是與其他沒有孔隙、不連通相連的孔隙的孤立部分;半連通沒有孔隙的又稱半連死孔,一端與其它孔孔隙相連,另外的一端完全封閉。從地下水流體運動的力學角度分析來看,半連通孔隙管道中的截流水相對水體停滯和流動無效,但它也可以作為水體排水的重要緩沖,因此它也是有效的。因此,有效封閉孔隙由連通孔隙和半連通孔隙兩個小部分孔隙組成,而其半封閉孔隙則正是因為無效孔隙。

2.1.2 強度

強度和半透水基層混凝土由不透水、水泥、粗料和骨料部分組成。采用單粒或顆粒粗粒細骨料砂漿作為在細骨架間的水泥層砂漿,或在粗粒細骨料間與顆粒間的表面預先包裹一層小薄層后再添加少量細粒粗骨料的骨架砂漿,作為在細骨料間與顆粒間的骨架膠水粘結保護層。骨料中的顆粒被一定的薄層使用硬化后的水泥或砂漿與橡膠層粘結,形成多孔孔隙堆積整體結構,因此鋼筋混凝土中還存有大量孔隙連通的孔隙,大多數孔隙是一個直徑寬度大于1 毫米的大圓形孔隙。孔隙越多,接觸點越少,強度越低;如果孔隙數量很少,就會有更多的接觸,強度也會很高。然而,當孔隙數量較少時,連通孔隙的數量將不可避免地減少,從而影響混凝土的滲透性,這違背了透水混凝土的初衷。

3 透水混凝土的設計計算方法

3.1 設計計算方法的基本原則特點

到目前為止,透水層與混凝土的透水配合比基礎設計還不是成熟的混合計算分析方法。根據新型透水混凝土設計要求的骨料孔隙率和骨料結構特征,可以被確認為1m3 混凝土的骨料表面積和體積大小是由整個骨料層的堆積過程形成的。因此,配合比例機設計的方法原則上就是要利用水漿或泥漿骨料包裹整體骨料整個顆粒整體表面,將整個骨料整體顆粒緊緊粘結在一起,形成一個具有一定粘合強度的骨料整體。骨料之間的鉆孔空隙不大則需要緊密進行填充。透水混凝土的骨料重量比例應為基層骨料的密實度和體積及其密度量再加上基層水泥的施用量和骨料用水量之和,范圍一般為1600-1800k,根據這一設計原則,可初步設計確定各種透水混凝土的重量比例。

(1)骨料用量Im3 混凝土中使用的骨料密度約為100～1400 千克。其中,以粗種細骨料使用為主,細種粗骨料的總使用量一般需要控制在所有骨料總使用質量的30%以內。

(2)土層水泥骨料用量控制試驗結果表明,在完全保證最佳水泥用水量的必要前提下,適當控制增加土層水泥骨料用量，不僅可以有效增加水泥骨料周圍土層水泥骨料漿液和土層的水泥稠度和防水厚度,并能有效率地提高骨料透水層和混凝土的防水強度。然而,過多的堿性水泥使用會大大增加了水泥漿,降低水泥孔隙度和影響透水性。因此,水泥的量受所用骨料的粒度影響。如果骨料的粒徑較小且骨料的比表面積較大,則應適當增加水泥用量。透水混凝土的水泥用量一般在50～350kg/m 之間。

(3)對于水灰比問題，水灰比不僅直接影響混凝土透水層和混凝土的防水強度,也直接影響其防水滲透性。透水混凝土的建筑水灰比一般都會隨建筑水泥土使用量的不斷增加而有所降低,但水灰波動大的范圍較小。對于具有特定量的水泥骨料和鋼筋水泥,存在最佳的水灰比,此時相對滲透性好的混凝土骨料具有最大強度極限上的抗壓性和強度。

4 力學性性能試驗研究

（1）固化8 天后,測試樣品的抗壓強度。具體步驟說明如下:將兩個試件水平放在下面的軸承板上。試件的支撐和承面高度應完全垂直于試件成型的頂面。試件的各個中心焊點應與自動試驗機床上下壓板的各個中心焊點對齊。啟動精度試驗機,選擇合適的位置測量精度范圍。選擇測量范圍時,應注意使讀數盡可能落在整個范圍的0%到80%之間,以使讀數更準確。

（2）加壓時,應連續均勻加載,當試件接近損傷和快速變形時,停止試驗機的加速器,直到試件損傷。試樣出現損壞后,立即及時關閉傳動進口出油閥,打開傳動回路進油閥,取出損壞的試樣。

(3)記錄損壞載荷。試樣損壞后,試驗機的千分表讀取最大載荷(即損壞載荷),并記錄此時的讀數。

5 結束語

透水混凝土是針對現有城市路面的缺陷而開發和使用的一種優良路面材料。滲透性好的混凝土可以有效讓城市雨水徹底流入城市地面,有效徹底補充城市地下水,緩解整個城市地下水位置的急劇下降等，整個城市的水環境污染問題,有效消除城市地面上石油類有機化合物對城市環境的嚴重危害。透水混凝土對我國的好處還有很多，如果我們對于透水混凝土的研究不斷加深,能夠促進我國經濟的發展，同時間接地維持我國的生態平衡。