透水水泥混凝土透水性能及強度的影響因素研究分析

羅金靈

（福建省永正工程質(zhì)量檢測有限公司， 福建 福州 350012）

1 概述

透水水泥混凝土是由粗集料、細集料（少加或不加）及水泥基膠結(jié)材料經(jīng)拌合均勻后澆筑成型并經(jīng)水化硬化后形成具有連續(xù)孔隙結(jié)構(gòu)的混凝土[1]，其可以將道路結(jié)構(gòu)中的水分進行高效清除，并可承受適當(dāng)?shù)暮奢d[2]。因此，在環(huán)境噪聲保護、減小路面水損害、水工等方面的應(yīng)用越來越廣泛[3]。

2 原材料

本試驗中采用P·O42.5 水泥，其比表面積檢測結(jié)果為339m2/kg，28d 抗壓強度檢測結(jié)果為48.4MPa；骨料采用兩種粒徑的碎石，拌和用水采用普通飲用水。

3 試件制備及試驗方法

3.1 試件制備方法

透水水泥混凝土試件制備分為攪拌、成型、養(yǎng)護三個過程，其中攪拌及成型試驗環(huán)境溫度為20℃±5℃，相對濕度≥50%。

透水系數(shù)試件采用內(nèi)徑100mm、高50mm 的圓柱體，有效孔隙率及抗壓強度試件采用邊長為150mm 的立方體。拌和料裝入試模后，將試件按品字形放于水平地面上，用尺寸約為600mm*600mm 的不透水覆膜膠合板放在試件上，平板振動器放于膠合板中間，啟動平板振動器振動30s，然后用抹刀將試件表面抹平。

3.2 試驗方法

3.2.1 透水系數(shù)

本試驗中透水系數(shù)測試方法依據(jù)CJJ/T 135-2009[4]，試驗過程大致如下：將四周密封好的試樣抽真空并在水中浸置20min 后裝入試驗裝置，控制水流保持穩(wěn)定的水位差，測量300s 的出水量（Q），按公式計算透水系數(shù)。

3.2.2 有效孔隙率

本實驗中有效孔隙率測試方法依據(jù)DBJ/T 13-274-2017[5]，采用的試驗設(shè)備如圖1。試驗方法如下：將水倒入至0mm 刻度水位，將烘干并冷卻后的試件放入，待試件無氣泡且水位穩(wěn)定后記錄刻度值。

圖1 有效孔隙率試驗設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

式中：P——有效孔隙率（%）；

S——有效孔隙率測試儀計量筒底面積（mm2）；

A——試件底面積（mm2）；

h——試件高度（mm）；

△——試件放入水中水位穩(wěn)定后水位高度變化增加值（mm）。

4 配合比設(shè)計及相關(guān)性能評價指標(biāo)結(jié)果分析

4.1 配合比設(shè)計試驗方案的確定

本試驗配合比設(shè)計分別采用（5～10）mm 和（10～20）mm 兩種不同公稱粒徑的粗骨料，選擇目標(biāo)孔隙率和水膠比作為兩個關(guān)鍵影響要素，分別選取四個水平進行全面試驗。試驗方案如表1。

表1 （5～10）mm 和（10～20）mm 碎石粒徑的配合比試驗方案表

4.2 性能評價指標(biāo)試驗結(jié)果

試驗結(jié)果如表2。

表2 性能評價指標(biāo)試驗結(jié)果匯總表

4.3 試驗結(jié)果性能指標(biāo)分析

4.3.1 透水系數(shù)分析

通過表2 中檢測結(jié)果可以分析表明，透水系數(shù)和有效孔隙率及水膠比的大小有著一定的關(guān)系。

1）有效孔隙率

圖2 有效孔隙率與透水系數(shù)關(guān)系圖（骨料粒徑5mm～10mm）

由圖2 表明，在不同水膠比情況下，透水系數(shù)均隨著有效孔隙率增大而增大。因為有效孔隙率越大，說明內(nèi)部結(jié)構(gòu)中連通的孔隙越多，水流通過的水量和流速則會變大，透水系數(shù)也相應(yīng)變大。

2）水膠比

圖3 水膠比與透水系數(shù)關(guān)系圖（骨料粒徑5mm～10mm）

由圖3 表明，相同的目標(biāo)孔隙率且滿足拌合料和易性的情況下，水膠比越大則透水系數(shù)也越大。由于在目標(biāo)孔隙率固定的情況下，水泥漿料的總體積是固定的，水膠比越大則說明使用膠凝材料用量越小，而在和易性良好的情況下，結(jié)構(gòu)內(nèi)部連通孔隙率會越大，故透水系數(shù)也會越大。

4.3.2 強度分析

通過表2 中檢測結(jié)果分析表明，抗壓強度與有效孔隙率、水膠比及骨料粒徑的大小有著一定的關(guān)系。

1）有效孔隙率

圖4 有效孔隙率與抗壓強度關(guān)系圖（水膠比W/C=0.35）

圖5 有效孔隙率與抗壓強度關(guān)系圖（水膠比W/C=0.40）

由圖4 和圖5 表明，在不同骨料粒徑和不同水膠比的情況下，抗壓強度均隨著有效孔隙率的增大而減小。這主要是孔隙率的增加，導(dǎo)致試件承壓和抵御變形的受力面積大幅降低，使抗壓強度降低。

2）水膠比

圖6 水膠比與抗壓強度關(guān)系圖（骨料粒徑5mm～10mm）

圖7 水膠比與抗壓強度關(guān)系圖（骨料粒徑10mm～20mm）

由圖6 和圖7 可以看出，在未使用減水劑的情況下，水膠比的變化對強度影響比較大。當(dāng)水膠比太小，混合料因干燥不易拌合，漿液無法均勻地包裹在骨料表面，且水化反應(yīng)不充分，對強度的增長不利；當(dāng)水膠比太大，水泥漿較稀容易從骨料上滑下，且水化反應(yīng)后剩余水量在混凝土硬化后形成孔隙，也會對強度的增長造成不利。因此存在一個最佳的水膠比，對于不同的骨料粒徑，其最佳水膠比不同，對于5mm～10mm 的骨料，最佳水膠比接近0.40，對于10mm～20mm 的骨料，最佳水膠比接近0.35。

3）骨料粒徑

圖8 骨料粒徑與抗壓強度關(guān)系圖（目標(biāo)孔隙率20%）

圖9 骨料粒徑與抗壓強度關(guān)系圖（目標(biāo)孔隙率25%）

由圖8 和圖9 表明，對于一定粒徑范圍內(nèi)的不同骨料粒徑，在目標(biāo)孔隙率和水膠比相同時，抗壓強度并非都是骨料粒徑大的大。

4.3.3 抗壓強度分析

圖10 7d 與28d 抗壓強度關(guān)系圖（骨料粒徑5mm-10mm）

圖11 7d 與28d 抗壓強度關(guān)系圖（骨料粒徑10mm-20mm）

由圖10 和圖11 可以表明，7 天與28 天抗壓強度存在一定的線性關(guān)系，通過計算建立相關(guān)公式可以由7 天強度推導(dǎo)出28 天強度，和實際上標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護至28 天試件強度誤差很小，應(yīng)用在實際工程項目上有一定的便利性，能保障質(zhì)量也能加快施工進度。

5 結(jié)論

本文通過對不同參考配合比下透水水泥混凝土透水性能和強度進行了相關(guān)試驗研究, 得出了以下結(jié)論:

1）在不同骨料粒徑和不同水膠比的情況下，透水系數(shù)均隨有效孔隙率增大而增大，而抗壓強度則隨有效孔隙率的增大而減小。

2）相同的目標(biāo)孔隙率且滿足拌合料和易性的情況下，水膠比越大則透水系數(shù)也越大。

3）透水水泥混凝土存在著最佳水膠比，水膠比的變化對混凝土抗壓強度影響比較大，對于不同的骨料粒徑，其最佳水膠比不同，對于5mm～10mm 的骨料，最佳水膠比接近0.40，對于10mm～20mm 的骨料，最佳水膠比接近0.35。

4）對于一定粒徑范圍內(nèi)的不同骨料粒徑，在目標(biāo)孔隙率和水膠比相同時，抗壓強度并非都是骨料粒徑大的大。

5）透水水泥混凝土7 天與28 天抗壓強度存在一定的線性關(guān)系，通過計算建立相關(guān)公式可以由7 天強度推導(dǎo)出28 天強度，和實際上標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護至28 天試件強度誤差很小，應(yīng)用在實際工程項目上有一定的便利性，能保障質(zhì)量也能加快施工進度。