透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)探討

劉亞冉

（石家莊市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北 石家莊 050011）

透水混凝土是一種生態(tài)型環(huán)?；炷?。它為開放級(jí)配，既有一定的強(qiáng)度，又具有一定的透氣透水性的混凝土。采用了透水混凝土，水分可以很快滲入地下保持地下土壤的潮濕。道路表面在雨天不會(huì)積水、反光。從而很好的緩解不透水鋪裝對(duì)環(huán)境造成的影響。

1 透水混凝土的結(jié)構(gòu)特征

透水混凝土是由水、水泥、粗骨料組成的，采用單粒級(jí)粗骨料作為骨架，水泥凈漿或加入少量細(xì)骨料的砂漿薄層包裹在粗骨料顆粒的表面，作為骨料顆粒之間的膠結(jié)層，骨料顆粒通過硬化的水泥漿薄層膠結(jié)而形成多孔的堆積結(jié)構(gòu)，因此混凝土內(nèi)部存在著大量的連通孔隙，且多為直徑超過1mm的大孔。在雨天或路面積水時(shí)，水能沿這些貫通的孔隙通道順利滲入地下，因此具有良好的透水性和透氣性。

根據(jù)結(jié)構(gòu)模型可知，透水性混凝土受力時(shí)通過骨料間的膠結(jié)點(diǎn)傳遞力的作用，由于骨料本身的強(qiáng)度較高，水泥凝膠層很薄，水泥凝膠體與粗骨料界面之間的膠結(jié)面積小，其破壞特征是骨料顆粒間的連接點(diǎn)處被破壞，因此在保證一定空隙率的前提下，增加交接點(diǎn)的面積，提高交接層的強(qiáng)度是提高透水性混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵。

2 影響透水混凝土性能的因素

2.1 水泥用量對(duì)強(qiáng)度的影響

在保證最佳用水量的前提下，適當(dāng)增加水泥用量，能夠增加骨料周圍水泥漿的稠度和厚度，可有效提高透水混凝土的強(qiáng)度。但水泥用量過多會(huì)使?jié){體增多，減少孔隙率，降低透水性。因此，水泥用量受所用骨料的粒徑影響，如果骨料的粒徑較小、骨料的比表面積較大，則應(yīng)適當(dāng)增加水泥用量。

2.2 水灰比對(duì)強(qiáng)度的影響

水灰比既影響混凝土的強(qiáng)度，又影響其透水性。透水混凝土的水灰比一般隨著水泥用量的增加而減少，但只是在一個(gè)較小的范圍內(nèi)波動(dòng)。對(duì)確定的某一級(jí)配骨料和水泥用量，有一最佳水灰比，此時(shí)透水混凝土才會(huì)具有最大的強(qiáng)度。

當(dāng)水灰比小于這一最佳值時(shí)，水泥漿難以均勻地包裹所有的骨料顆粒，工作度變差，達(dá)不到適當(dāng)?shù)拿軐?shí)度，不利于強(qiáng)度的提高。反之，如果水灰比過大，易產(chǎn)生離析，水泥漿會(huì)從骨料顆粒上淌下，形成不均勻的混凝土組織，既不利透水，也不利于強(qiáng)度的提高。

2.3 集灰比對(duì)強(qiáng)度的影響

透水混凝土的強(qiáng)度主要由粗骨料之間的咬合摩擦力以及骨料與水泥漿體的粘結(jié)強(qiáng)度決定。水泥漿體的強(qiáng)度主要由水灰比決定，在一定水灰比下，水泥用量的增大使得界面厚度增大，粘結(jié)面積以及粘結(jié)點(diǎn)的數(shù)量增加，從而提高了它的強(qiáng)度。

2.4 外加劑對(duì)強(qiáng)度的影響

隨著外加劑用量的增加，透水水泥混凝土的強(qiáng)度明顯提高，但提高的幅度并不一樣，當(dāng)外加劑用量從0%提高到5%時(shí)，透水混凝土強(qiáng)度能提高50%；而外加劑用量從5%再往上提高時(shí)，透水混凝土強(qiáng)度提高的相對(duì)較少。

2.5 骨料對(duì)透水率的影響

隨著骨料粒徑的增大，透水混凝土的透水率明顯增加，但其強(qiáng)度明顯減少，是骨料之間的咬合點(diǎn)減少所導(dǎo)致。

2.6 施工技術(shù)對(duì)透水率和強(qiáng)度的影響

在透水混凝土配合比試拌中，如果不按要求振實(shí)，就會(huì)明顯影響混凝土的性能。振搗不夠會(huì)影響透水混凝土的強(qiáng)度，過振時(shí)透水混凝土的透水率達(dá)不到要求。在施工中也有類似的情況，因此，在做好設(shè)計(jì)配合比的前提下，合適的施工工藝流程也是保證透水混凝土性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。

3 試驗(yàn)配制

3.1 原材料的品種與選擇

（1）在透水混凝土中，水泥石與骨料界面的粘結(jié)強(qiáng)度是混凝土的最薄弱環(huán)節(jié)，是決定混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵因素，因此水泥的活性、品種、數(shù)量的選擇尤為重要。透水混凝土要采用強(qiáng)度較高、混合材料摻量較少的水泥或普通硅酸鹽水泥。水泥漿的用量以剛能完全包裹骨料的表面為最佳，形成一種均勻的水泥漿膜層，并采用最小水泥用量為原則；因過大的水泥用量不僅會(huì)造成透水性的減弱、增加成本，還會(huì)造成水泥石收縮量增大，形成裂縫，使混凝土的強(qiáng)度反而降低。

（2）粗骨料是透水混凝土的結(jié)構(gòu)骨架，骨料粒徑的大小視透水混凝土結(jié)構(gòu)的厚度、強(qiáng)度、透水性而定。試驗(yàn)資料表明，透水混凝土的顆粒級(jí)配是決定其強(qiáng)度和透水的主要因素之一，為保證透水混凝土強(qiáng)度及其透水功能，粗骨料常用顆粒較小的單粒徑。骨料粒徑越小，骨料的堆積密度越大且顆粒間的接觸點(diǎn)越多，配制的透水混凝土強(qiáng)度高，透水性能會(huì)降低。骨料粒徑越小，其比表面積越大，所形成的結(jié)構(gòu)骨架單位體積內(nèi)骨料顆粒之間接觸點(diǎn)數(shù)量越多，膠結(jié)面積越大，可提高混凝土的強(qiáng)度，但須同時(shí)調(diào)整水泥用量。骨料粒徑越大，比表面積越小，所形成的結(jié)構(gòu)骨料單位體積內(nèi)骨料顆粒之間接觸點(diǎn)數(shù)量少，膠結(jié)面積越小，從而可提高透水性，但會(huì)降低強(qiáng)度。

粗骨料有連續(xù)級(jí)配與間斷級(jí)配之分。連續(xù)級(jí)配即顆粒由小到大，每級(jí)粗骨料占有一定比例，相鄰兩級(jí)粒徑之比為 N=2，天然河卵石均屬連續(xù)級(jí)配，連續(xù)級(jí)配的粒級(jí)間會(huì)出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。為得到較小空隙率，相鄰兩級(jí)骨料粒徑比應(yīng)較大，才能使顆粒十分靠近，大顆粒的數(shù)量最多，這就是間斷級(jí)配。如圖2所示，將3個(gè)大球堆成最緊密狀態(tài)，次一級(jí)小球直徑只有正好小于此空隙尺寸，才能填入空隙中，設(shè)大球直徑為D，小球直徑為d，若相鄰兩級(jí)粒徑之比D:d=6，直徑小的一級(jí)骨料正好填充大一級(jí)骨料的空隙，此時(shí)骨料的空隙率最低，比表面積最小，接觸點(diǎn)數(shù)量較多。但在混凝土中，骨料并非球形，粒徑也不等，各骨料顆粒間有水泥砂漿層，故大顆粒間距可能增大，因而可考慮 D:d=4～8。單粒級(jí)骨料易使混凝土發(fā)生離析現(xiàn)象，制作透水混凝土?xí)r須調(diào)整水泥用量和水灰比，否則極易出現(xiàn)骨料表面的水泥漿膜層厚度不均勻、流漿等現(xiàn)象，直接影響混凝土的強(qiáng)度、透水性及質(zhì)量穩(wěn)定性。

（3）拌和及養(yǎng)護(hù)用水采用地方飲用水。

3.2 參數(shù)的確定

影響透水混凝土性能的因素有透水方式、密實(shí)程度、原材料性能、配合比、成型方法和養(yǎng)護(hù)條件等。其中強(qiáng)度和透水性是對(duì)立的，確定參數(shù)時(shí)須綜合考慮。

（1）水灰比既影響透水混凝土的強(qiáng)度又影響其透水性。水泥漿過于干稠，混凝土拌合物和易性太差，水泥漿不能充分包裹骨料表面，不利于提高混凝土的強(qiáng)度；反之，若水灰比過大，稀水泥漿可能將透水孔隙部分或全部堵死，既不利于透水，又不利于強(qiáng)度的提高。最佳水灰比介于0.25～0.35之間。

（2）骨灰比的大小影響骨料顆粒表面包裹的水泥漿薄厚程度以及孔隙率的多少，也就是影響透水混凝土的強(qiáng)度和透水性。當(dāng)水泥用量一定時(shí)，增大骨灰比，骨料顆粒表面水泥漿厚度減薄，孔隙率增加，透水性提高，但強(qiáng)度卻降低了；反之，則透水性降低，強(qiáng)度提高?？紤]較小粒徑骨料的表面積較大，為保持水泥漿體的合理厚度，小粒徑骨料的骨灰比應(yīng)適當(dāng)小一些。本次試驗(yàn)采用的骨灰比在5.6～7.0。

（3）1m3混凝土所用骨料總量取骨料的緊堆密度。

（4）根據(jù)骨料的體積空隙率及膠凝材料在骨料內(nèi)的填充率為25%～50%，確定水泥用量。

3.3 制作工藝的確定

根據(jù)上述原則計(jì)算確定混凝土的配合比，考慮粗骨料表面要形成穩(wěn)定均勻的水泥漿層，采用人工攪拌，攪拌時(shí)先往骨料中加入水進(jìn)行攪拌，使骨料吸水率為1%～3%，骨料表面均被潤(rùn)濕后再加水泥拌和，形成包裹骨料表面的水泥粉殼，最后加入剩余水量的水?dāng)嚢杈鶆颉Ｔ摂嚢桧樞蚰苁够炷凉橇媳砻嬉仔纬珊穸染鶆虻乃酀{層，沒有水泥漿下滴現(xiàn)象，且顆粒有類似金屬光澤，以保證必要的強(qiáng)度和透水性。機(jī)械振搗20s成型，試件尺寸為 100mm×100mm×100mm?；炷翝仓?d后開始常溫下灑水養(yǎng)護(hù)，每天灑水5～6次，養(yǎng)護(hù)7d后進(jìn)行自然養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)表面覆蓋塑料薄膜，以防水分散失。