透水混凝土影響因素試驗(yàn)分析

劉俊瑞

（山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心（有限公司），山西 太原 030006）

近年來(lái)，隨著我國(guó)城市進(jìn)程的發(fā)展，城市表面被混凝土、瀝青等大量不透水材料覆蓋，這些材料給生活帶來(lái)便捷的同時(shí)，也帶來(lái)了一些生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如地下水位下降，城市熱島效應(yīng)等，因此需要一種能減少對(duì)生態(tài)破壞并與自然和諧相處的環(huán)保材料。透水混凝土是由粗集料、膠凝材料、水、摻合料、外加劑等按照一定的配合比拌和成的一種混凝土，由于其內(nèi)部不含細(xì)集料，整體空隙率較大，又稱大孔徑混凝土。作為一種新型的環(huán)保材料，它能夠改善道路排水情況，緩解城市中的熱島效應(yīng)，保護(hù)城市地下水，維持城市生態(tài)平衡，同時(shí)也可以吸收汽車行車過(guò)程中及周圍環(huán)境產(chǎn)生的噪聲，改善交通環(huán)境等[1-2]。隨著國(guó)家“海綿城市”政策的推進(jìn)，透水混凝土被廣泛應(yīng)用，因此研究透水混凝土的性能具有重要意義[3]。本文主要分析水灰比、孔隙率、砂率對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、透水性能的影響，為透水混凝土的應(yīng)用提供一定的參考。

1 原材料試驗(yàn)方案

本文中制作的透水混凝土的原材料主要有粗集料、細(xì)集料（少量）、水泥、水、減水劑及增強(qiáng)劑，透水混凝土以粗集料為骨架，水泥作為膠結(jié)材料，通過(guò)加入增強(qiáng)劑加強(qiáng)透水混凝土的黏結(jié)能力，最終形成具有連續(xù)空隙的骨架空隙結(jié)構(gòu)。

1.1 水泥

試驗(yàn)用水泥采用青洲水泥（云?。┯邢薰旧a(chǎn)的金鷹牌P.O42.5R硅酸鹽水泥，技術(shù)指標(biāo)如表1所示，滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB 175—2007）P.O42.5R水泥的技術(shù)要求。

表1 水泥技術(shù)指標(biāo)

1.2 粗集料

試驗(yàn)用集料來(lái)自廣東中山梧州蒼梧萬(wàn)隆石場(chǎng)，選取5～10 mm粗集料，集料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、篩分結(jié)果如表2、表3所示，滿足規(guī)范《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 52—2006）中碎石的技術(shù)要求。

表2 粗集料技術(shù)指標(biāo)

表3 粗集料篩分結(jié)果

1.3 細(xì)集料

試驗(yàn)用細(xì)集料來(lái)自廣東中山北江砂廠，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、篩分結(jié)果如表4、表5所示，滿足規(guī)范《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 52—2006）中細(xì)集料的技術(shù)要求。

表4 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)

表5 細(xì)集料篩分結(jié)果

1.4 增強(qiáng)劑

試驗(yàn)用增強(qiáng)劑為高效透水混凝土專用增強(qiáng)劑SBT-PRC(Ⅱ)，能有效增強(qiáng)水泥漿與粒料之間黏結(jié)能力，提高透水混凝土的力學(xué)性能與耐久性能。

1.5 外加劑和水

試驗(yàn)用外加劑為高效能聚羧酸減水劑，減水率25%，含固量為20%，能有效減少用水量，改善透水混凝土和易性，提高工作性。水選用自來(lái)水。

1.6 透水混凝土試驗(yàn)方案

為了研究透水混凝土的影響因素，相關(guān)文獻(xiàn)[4]選取混凝土砂率、水灰比、設(shè)計(jì)孔隙率為試驗(yàn)變量進(jìn)行透水混凝土試件制作。本文中混凝土砂率選取0%、2%、4%，水灰比選取0.25、0.30、0.35，設(shè)計(jì)孔隙率選取15%、20%、25%三種，減水劑用量為1%，增強(qiáng)劑用量為5%，試驗(yàn)方案采用單一變量控制法，基準(zhǔn)配合比選取水灰比0.30，孔隙率20%，砂率2%，配合比設(shè)計(jì)依據(jù)《透水混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T135—2009），采取體積法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，依據(jù)規(guī)范計(jì)算出各原材的用量，用拌鍋進(jìn)行攪拌，分別制作對(duì)應(yīng)的（150×150×150）mm立方體抗壓試件和（150×150×550）mm抗折試件，試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表6所示。

表6 透水混凝土試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

2 透水混凝土性能影響因素分析

依據(jù)試驗(yàn)方案，分別分析各因素對(duì)透水混凝土透水系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度的影響，透水系數(shù)采用《透水混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T135—2009）中的定水頭法來(lái)測(cè)定。

2.1 砂率對(duì)透水混凝土性能的影響

依據(jù)方案一得出砂率對(duì)透水混凝土的影響見(jiàn)圖1、圖2，結(jié)果表明透水混凝土中摻入適量的細(xì)集料可以使透水混凝土更加密實(shí)，使其強(qiáng)度增加，摻加過(guò)量將影響混凝土的透水性能。從圖1中可以看出，隨著細(xì)集料摻量由0%到4%的增加，透水混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，強(qiáng)度值分別增加了38%和23.5%，這是由于河砂的增加填充了混凝土內(nèi)部骨架之間的孔隙，增加了粗集料之間的接觸點(diǎn)數(shù)，使集料之間黏結(jié)力增強(qiáng)，密實(shí)性更好，從而使透水混凝土強(qiáng)度提高。而從圖2可以得出，隨著砂摻量的增加，混凝土的透水性能逐漸減小，細(xì)集料過(guò)多，將會(huì)使混凝土密實(shí)性過(guò)高，從而失去透水性能，故應(yīng)該控制細(xì)集料的摻量。

圖1 砂率對(duì)透水混凝土力學(xué)性能的影響

圖2 砂率對(duì)透水混凝土透水性能的影響

2.2 設(shè)計(jì)孔隙率對(duì)透水混凝土性能的影響

依據(jù)方案二得出孔隙率對(duì)透水混凝土的影響見(jiàn)圖3、圖4，結(jié)果表明透水混凝土透水性能隨孔隙增大而提高，力學(xué)性能隨孔隙增大而降低。力學(xué)性能從圖3中可以得出，隨著設(shè)計(jì)孔隙率的增大，抗壓和抗折強(qiáng)度逐漸降低，設(shè)計(jì)孔隙率從15%增加到25%，抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別降低61.6%和51.6%。從圖4中得出，設(shè)計(jì)孔隙率增大，導(dǎo)致水泥漿體相對(duì)減少，孔隙增多，使透水系數(shù)增大。

圖3 設(shè)計(jì)孔隙率對(duì)透水混凝土力學(xué)性能的影響

圖4 設(shè)計(jì)孔隙率對(duì)透水混凝土透水性能的影響

2.3 水灰比對(duì)透水混凝土性能的影響

依據(jù)方案三得出水灰比對(duì)透水混凝土的影響見(jiàn)圖5、圖6，結(jié)果表明，透水混凝土的力學(xué)強(qiáng)度隨著水灰比增加先增大后減小，透水性能隨著水灰比增加呈減小的趨勢(shì)。

圖5 水灰比對(duì)透水混凝土力學(xué)性能的影響

圖6 水灰比對(duì)透水混凝土透水性能的影響

從圖5中可以得出隨著水灰比的增加，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度先增大后減小，這是由于當(dāng)水灰比較小時(shí)，水泥漿體干硬，流動(dòng)性差，使得集料之間黏結(jié)力不足，導(dǎo)致透水混凝土強(qiáng)度降低，而隨著水灰比的增加，水泥漿體流動(dòng)性提高，使得集料間的黏結(jié)力增加，當(dāng)水灰比過(guò)大時(shí)，水泥漿體過(guò)厚，反而使集料之間的嵌擠作用減弱，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。

從圖6可以得出，水灰比的增加會(huì)使透水混凝土透水系數(shù)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，同樣是由于水泥漿體流動(dòng)填充到集料孔隙中，使集料內(nèi)部孔隙變小，導(dǎo)致透水性能下降。

3 結(jié)論

本文分析了砂率、孔隙率、水灰比對(duì)透水混凝土的力學(xué)性能、透水性能的影響，得出了以下結(jié)論：

a）隨著孔隙率的增加，會(huì)導(dǎo)致透水混凝土強(qiáng)度顯著降低，但透水混凝土的透水性能明顯提高。

b）隨著砂率的增加，透水混凝土內(nèi)部更加密實(shí)，透水混凝土強(qiáng)度提高，但透水性能呈下降趨勢(shì)，所以細(xì)集料摻量不易過(guò)高。

c）隨著水灰比的增加，透水混凝土的強(qiáng)度呈先增大后減少的趨勢(shì)，透水性能降低。

d）對(duì)透水混凝土的力學(xué)性能、透水性能產(chǎn)生影響的因素中，目標(biāo)孔隙率對(duì)透水混凝土性能影響最大，其次是砂率，水灰比影響最小。