透水混凝土的試驗研究

單世恒，張勇，甄廣常

（滄興集團，河北 滄州 061001）

0 前言

隨著城市化和工業(yè)化進程的加快，瀝青混凝土路面、水泥混凝土路面急劇增加，同時土壤中水分減少，雨季城市內(nèi)澇增加，使夏季地面溫度持續(xù)走高，多地出現(xiàn)“城內(nèi)觀?！钡默F(xiàn)象，急待用透水混凝土加以改善。

透水混凝土是一種生態(tài)環(huán)保、具有連續(xù)孔隙的混凝土，既有一定的強度，又有一定的透水透氣性。透水混凝土既能滿足路用性能，又能實現(xiàn)雨水收集利用，與自然環(huán)境協(xié)調(diào)共生，為人類構(gòu)造舒適的生活環(huán)境。所以，環(huán)保型的透水混凝土將成為未來城鎮(zhèn)道路和場地地面的發(fā)展趨勢。

透水混凝土路面主要有以下作用：①雨水可以通過其孔隙滲入地下土壤，凈化水體，改善土壤生態(tài)環(huán)境，保護地下水資源；②通過其多孔結(jié)構(gòu)可以降低空氣噪聲和摩擦噪聲；③通過滲透的水分可以改善城市熱環(huán)境；④降低城市排水系統(tǒng)壓力，減少城市內(nèi)澇。

透水混凝土主要適用于新建、擴建、改建的城鎮(zhèn)道路工程、室外地面工程、園林工程、廣場和停車場等。所以環(huán)保型的透水混凝土用途很廣泛。

1 原材料

1.1 水泥

本次試驗均采用石家莊鹿泉金隅 P·O42.5 水泥。技術(shù)指標見表1。

表1 水泥技術(shù)指標

1.2 石子

本次試驗均采用碎石，單粒級配或二級配。技術(shù)指標見表2。

1.3 外加劑

北京建工研究院材料研究所生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，減水率 30%。

1.4 水

本次試驗均采用地下水，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》。

表2 碎石技術(shù)指標

2 試驗方法

試拌：拌合物攪拌時，先投入粗骨料和 50% 的水，拌合30s，再加入水泥、外加劑拌合 40s，最后加入剩余用水拌合50s。

成型：抗壓強度試件尺寸：(150×150×150)mm；透水系數(shù)試件：Φ100×50mm。為了與施工工藝一致，抗壓試件分兩層裝滿：第一層裝完后，用壓力機緩慢加壓至 12kN，裝入第二層后緩慢加壓至 20kN。透水試件一次性裝滿，緩慢加壓至 20kN。

養(yǎng)護：抗壓試件在標準條件下養(yǎng)護，透水試件在自然條件下養(yǎng)護。

測試：在標準養(yǎng)護下，測試 7d 和 28d 抗壓強度；自然條件下，測試孔隙率和透水系數(shù)。透水系數(shù)按照 CCJJ/T135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》附錄中透水系數(shù)的測試原理，用自制儀器 TS-Ⅲ 型透水系數(shù)測定儀進行測試。自制儀器 TS-Ⅲ 型透水系數(shù)測定儀見圖1。

圖1 TS-Ⅲ 型透水系數(shù)測定儀

3 配合比

（1）透水混凝土一般采用單粒級配或二級配的粗骨料，個別摻入少量細骨料，所以不必考慮砂率的問題。粗骨料用量為粗骨料的緊密堆積密度乘以修正系數(shù) 0.98。

（2）由于透水混凝土的強度受水泥用量影響較大，所以配合比設(shè)計時選用了不同水泥用量進行了多組試驗比較。

（3）配合比設(shè)計時，透水混凝土的重量應(yīng)為骨料的緊密堆積密度和單方水泥用量及用水量之和。

（4）配合比試驗選用三種方案，編號 1～4 為小石；編號 5～8 為小石加砂；編號 9～12 為中石加小石二級配，詳見表3。

表3 透水混凝土配合比 kg/m3

4 試驗結(jié)果與分析討論

按表3 中的配合比，對應(yīng)每組試驗共制作了立方體標準試件（150mm×150mm×150mm）6 個，圓柱體試件（Φ100mm×50mm）3 個。利用立方體試塊測得孔隙率后立即放入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度 (20±2)℃，相對濕度 95%以上養(yǎng)護至齡期 7d、28d，取出各試件進行力學性能試驗；圓柱體試塊在常溫下，密封養(yǎng)護進行透水系數(shù)測試。

立方體標準試件的抗壓強度依據(jù) GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行測試，試驗設(shè)備為TYE—2000B 型壓力試驗機，透水系數(shù)和孔隙率采用自制儀器測試。7d 和 28d 抗壓強度、透水系數(shù)及孔隙率測試結(jié)果見表4。

從試驗過程和上表三種方案的結(jié)果可以得出：

（1）抗壓強度：水泥用量一定時，透水混凝土立方體試件 7d、28d 抗壓強度，以二級配無砂透水混凝土強度最高，細石有砂透水混凝土其次，細石無砂透水混凝土最低。

（2）孔隙率：以無砂細石透水混凝土最大，有砂細石透水混凝土其次，二級配無砂透水混凝土最小。

（3）透水系數(shù)：以無砂細石透水混凝土的透水系數(shù)最大，有砂細石透水混凝土其次，二級配無砂透水混凝土最小。

（4）透水混凝土的強度不取決于水膠比的大小，主要取決于水泥用量和混凝土的孔隙率。水泥用量越高，透水混凝土強度越高；孔隙率越大，透水混凝土的強度越低。

（5）試驗表明：骨料級配差，則碎石孔隙率大，透水系數(shù)大，有利于混凝土的透水，但會影響透水混凝土的強度，不利于配置較高強度的透水混凝土；骨料級配一定時，隨著水泥用量的增加，強度逐漸增大，孔隙率、透水系數(shù)隨之降低。

表4 試驗結(jié)果

5 試驗結(jié)論

通過選取不同水泥用量和不同顆粒級配（無砂細石，有砂細石，無砂二級配），進行試驗研究了水泥用量、顆粒級配對透水混凝土孔隙率、透水系數(shù)和抗壓強度的影響，得出如下結(jié)論：

（1）透水系數(shù)與孔隙率成正比，與抗壓強度成反比，因此控制孔隙率是實現(xiàn)透水混凝土各項指標的關(guān)鍵。

（2）孔隙率與骨料級配密切相關(guān)，無砂單粒級配孔隙率高，透水系數(shù)大。

（3）透水混凝土的強度取決于水泥用量和孔隙率，與水膠比的關(guān)系規(guī)律性不強。

（4）透水混凝土為干硬性混凝土，成型較困難且沒有統(tǒng)一的成型工藝，填裝時各試塊的質(zhì)量差距較大，試驗數(shù)據(jù)離散型大，因此需要完善成型工藝，以獲得較為規(guī)律的數(shù)據(jù)。

6 工程應(yīng)用

我公司生產(chǎn)的透水混凝土已在滄州市綠道示范樣板段游園工程中使用，鋪設(shè) 800 余延米 C20 透水混凝土路面，收到良好的效果。

[1] CCJJ/T135—2009.透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 馮乃謙.新實用混凝土大全[M].北京：科學出版社，2005.