基于骨料不同級(jí)配透水混凝土試驗(yàn)研究

徐 昌曲正軍

(1山東科技大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2中建筑港集團(tuán)有限公司)

基于骨料不同級(jí)配透水混凝土試驗(yàn)研究

徐 昌1曲正軍2

(1山東科技大學(xué)土木與建筑學(xué)院 2中建筑港集團(tuán)有限公司)

透水混凝土是一種環(huán)境友好型的新型材料。通過透水混凝土的試驗(yàn)，探究透水混凝土配制的重要參數(shù)，對(duì)骨料孔隙率的測(cè)定方法進(jìn)行改進(jìn)，得到骨料空隙率，設(shè)計(jì)孔隙率和實(shí)測(cè)孔隙率的關(guān)系，并探究了不同骨料級(jí)配透水混凝土孔隙率和抗壓強(qiáng)度的關(guān)系；在相同水泥劑量下，三種粒徑骨料級(jí)配的透水混凝土的設(shè)計(jì)孔隙率和實(shí)測(cè)孔隙率最接近，而粒徑較小的骨料級(jí)配透水混凝土的孔隙率較小，抗壓強(qiáng)度最高。

透水混凝土；骨料級(jí)配；設(shè)計(jì)孔隙率；實(shí)測(cè)孔隙率；抗壓強(qiáng)度

近年來隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市路面及公共場(chǎng)所的硬化面積也越來越大，這使得城市的環(huán)境問題也越來越突出。首先，城市熱島效應(yīng)使得夏季市區(qū)高溫，硬化路面以及城市建筑吸收大量熱量，并不斷輻射出去；其次，夏季暴雨以及降水量大時(shí)，容易造成低洼地區(qū)的內(nèi)澇；與此同時(shí)，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)水的需求也越來越大，地下水位不斷下降，而地面上的雨水則白白浪費(fèi)。此外，過多的硬化路面也使得路面噪音污染越來越嚴(yán)重。透水混凝土這種新型的路面材料則很好的解決了上述環(huán)境問題。透水混凝土路面，能夠使雨水下滲到土壤，補(bǔ)充了地下水源，同時(shí)也使土壤得以“呼吸”，降低了路面溫度，而且透水混凝土路面可以有效的減少路面的噪音。雖然透水混凝土有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但在城市的路面上的應(yīng)用并沒有得到廣泛推廣，其主要原因是透水混凝土的強(qiáng)度較低，耐久性不理想，并不能滿足一定交通流量道路的使用，特別是一些中型或重型車輛的通行。因此，如何提高透水混凝土的強(qiáng)度，成為推廣這種新型路面材料亟需解決的問題。通過透水混凝土的配制，不同粒徑骨料級(jí)配，不同孔隙率設(shè)計(jì)，以及混凝土的拌合等方面進(jìn)行了探究，得出一些相關(guān)結(jié)論，并給出一些具體的建議，為透水混凝土路面的配制及現(xiàn)場(chǎng)施工提供相關(guān)指導(dǎo)。

1 透水混凝土的配制

1.1 相關(guān)參數(shù)

（1）設(shè)計(jì)孔隙率

—設(shè)計(jì)孔隙率； —骨料孔隙率；—每立方米透水混凝土中水的質(zhì)量；—每立方米透水混凝土中水泥的質(zhì)量；—水泥的密度；—每立方米透水混凝土中其他添加物的質(zhì)量；—其他添加物的密度

（2）骨料孔隙率

由公式（1）可知，透水混凝土的孔隙主要由骨料的孔隙來提供，現(xiàn)有的試驗(yàn)規(guī)范中對(duì)粗集料的自然堆積密度、振實(shí)密度、搗實(shí)密度均有規(guī)定，但透水混凝土拌合料的成型過程兼有搗實(shí)和振實(shí)的過程，為真實(shí)反應(yīng)骨料的堆積狀態(tài)，骨料孔隙率的測(cè)定也必須經(jīng)過搗實(shí)和振動(dòng)。

——水泥混凝土粗集料的空隙率(%)；

ρa(bǔ)——粗集料的表觀密度(kg／m3)；

ρ——搗實(shí)、振實(shí)狀態(tài)下測(cè)定的粗集料的堆積密度(kg／m3)

(3)水灰比

水灰比對(duì)透水混凝土的強(qiáng)度有一定影響，水灰比過小，會(huì)使水泥水化不充分，水泥顆粒成團(tuán)，不能很好的粘結(jié)骨料；水灰比過大，又會(huì)容易使混合料離析，水泥漿往底部聚集。水灰比應(yīng)在0.3左右，視骨料的含水率上下浮動(dòng)0.02左右。

2 不同骨料級(jí)配透水混凝土試驗(yàn)

2.1 攪拌方式

目前攪拌方式有兩種：一種是將骨料、水泥、水一次加入攪拌，另一種是先將骨料和三分之一水進(jìn)行攪拌，然后再加入水泥和剩下水進(jìn)行攪拌。第二種攪拌方式，可以使水泥漿包裹粗骨料，有利于骨料的粘結(jié)，提高強(qiáng)度。

攪拌時(shí)間，不宜低于三分鐘，正常應(yīng)在五分鐘左右。出料后檢查骨料干濕狀態(tài)，用手抓取一把握成一團(tuán)，松手后，若顆粒完全松散，則說明未攪拌均勻，或添加水太少。

2.2 骨料不同級(jí)配相同水泥劑量透水混凝土試驗(yàn)

基于不同級(jí)配骨料孔隙率的的不同，重新選取三種級(jí)配骨料，加入相同劑量的水泥進(jìn)行試驗(yàn)。見表1.

表1 不同級(jí)配骨料的空隙率

圖1 不同級(jí)配骨料空隙率關(guān)系圖

由表 1可知，不同級(jí)配的骨料其骨料孔隙率、實(shí)測(cè)孔隙率各不相同。三種級(jí)配的骨料，其骨料孔隙率相差不大，而實(shí)測(cè)孔隙率相差較大。這說明骨料的孔隙率與實(shí)測(cè)孔隙率并不存在完全相符的線性關(guān)系。三種級(jí)配的骨料，添加相同的水泥劑量，其最終實(shí)測(cè)孔隙率各不相同，特別是1號(hào)和2號(hào)級(jí)配的骨料實(shí)測(cè)孔隙率相差4.8%，說明不同級(jí)配的粗集料對(duì)透水混凝土的最終孔隙率是有影響的，不同粒徑的粗集料對(duì)實(shí)測(cè)孔隙率的影響是不同的，較小粒徑的粗集料設(shè)計(jì)孔隙率和最終孔隙率相差較大。

由圖2可知，1號(hào)級(jí)配設(shè)計(jì)孔隙率和實(shí)測(cè)孔隙率相差較大，3號(hào)級(jí)配設(shè)計(jì)孔隙率和實(shí)測(cè)孔隙率相差較小；1號(hào)級(jí)配設(shè)計(jì)和實(shí)測(cè)孔隙率相差6.1%，3號(hào)級(jí)配設(shè)計(jì)和實(shí)測(cè)孔隙率相差僅為1.4%。1號(hào)級(jí)配2.36-4.75mm粒徑集料含量30%，粒徑間空隙較小，水泥漿包裹集料顆粒后，剩余空隙較少，導(dǎo)致試塊的實(shí)測(cè)孔隙率與設(shè)計(jì)孔隙率相差較大。在進(jìn)行較小粒徑骨料的配合比設(shè)計(jì)時(shí)，一定要考慮到骨料空隙對(duì)實(shí)際孔隙率的影響，設(shè)計(jì)值應(yīng)偏大，與最終孔隙率相差5%左右。

2.3 不同級(jí)配骨料孔隙率與抗壓強(qiáng)度關(guān)系

表2 不同級(jí)配骨料孔隙率與抗壓強(qiáng)度

圖2 不同級(jí)配骨料孔隙率和抗壓強(qiáng)度關(guān)系

由表2可知，第一組孔隙率最低，而7d和28d抗壓強(qiáng)度最大，第二組孔隙率最大，7d和28d抗壓強(qiáng)度最低，說明孔隙率和抗壓強(qiáng)度具有負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，透水混凝土的7d強(qiáng)度占到28d強(qiáng)度的70%以上，說明透水混凝土的強(qiáng)度增長主要集中在早期，要特別注意早期透視混凝土的養(yǎng)護(hù)。

圖2表明隨著孔隙率的增加，試塊的抗壓強(qiáng)度降低，從試塊的28天強(qiáng)度能夠明顯的看出這一趨勢(shì)；而試塊的7d強(qiáng)度，第二組和第三組相差不大，表明孔隙率接近的試塊早期強(qiáng)度相差不大，強(qiáng)度差別在7d之后才明顯加大。對(duì)于不同級(jí)配的試塊，其強(qiáng)度增長趨勢(shì)是不同的，其孔隙率和強(qiáng)度關(guān)系也是不同的，這與透水混凝土內(nèi)顆粒的排列方式以及水泥漿厚度、接觸面積有關(guān)的，同時(shí)與所形成的空隙大小也有關(guān)系。

3 結(jié)論

（1）不同級(jí)配骨料的孔隙率各不相同，兩種相近級(jí)配的骨料空隙率隨粒徑的增大而增大，三種粒徑級(jí)配的骨料孔隙率最小，顆粒的鑲嵌更好。

（2）不同骨料級(jí)配透水混凝土的設(shè)計(jì)孔隙率與實(shí)測(cè)孔隙率相差大小各不相同。三種粒徑級(jí)配的骨料設(shè)計(jì)孔隙率和實(shí)測(cè)孔隙率相差最小，粒徑最小級(jí)配設(shè)計(jì)孔隙率和實(shí)測(cè)孔隙率相差最大；在進(jìn)行透水混凝土粗集料配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合不同級(jí)配比例的骨料進(jìn)行測(cè)定、試驗(yàn)，以確定骨料孔隙率及設(shè)計(jì)孔隙率。

（3）不同骨料級(jí)配的透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨孔隙率的增大而減少，不同骨料級(jí)配的透水混凝土強(qiáng)度增長趨勢(shì)不同，7d強(qiáng)度占28d強(qiáng)度的70%以上，要特別注意透水混凝土早期的養(yǎng)護(hù)。

[1]宋中南，石云興等編著．透水混凝土及其應(yīng)用技術(shù)[J]－北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.6

[2]交通部公路科學(xué)研究所主編.公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E42-2005)

[3]徐仁崇等．透水混凝土配合比參數(shù)選擇及設(shè)計(jì)方法研究[J]．混凝土，2011（8）：109-112.

[4]蔣正武等．若干因素對(duì)多孔透水混凝土性能的影響[J]．建筑材料學(xué)報(bào)，2005（10）：513-519.

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1007-6344（2016）07-0260-02

徐昌 山東科技大學(xué)土木與建筑學(xué)院 研究方向 結(jié)構(gòu)工程

曲正軍 中建筑港集團(tuán)有限公司一公司營銷總監(jiān) 助理工程師