透水混凝土配合比設計淺析

陳文偉 薛艷

摘要：透水混凝土具有多孔、透水性好、有一定的強度。本文對無砂透水混凝土的配比設計進行了試驗，分析影響透水混凝土強度及滲透系數(shù)的因素。

關鍵詞：透水混凝土；配合比；設計；實例

前 言

什么是透水混凝土：透水混凝土是由單粒徑粗骨料為骨架、水泥和水拌制而成的一種多孔輕質(zhì)混凝土，不含或含少量細骨料，由粗骨料表面包覆一薄層水泥漿相互粘結而形成孔穴均勻分布的蜂窩狀結構，形成骨架-空隙結構的多空混凝土；它的優(yōu)點：當集中降雨時能減輕城市排水設施的負擔，防止河流泛濫和水體污染，能使雨水迅速滲入地下，還原地下水，保持土壤濕度，防止路面積水，夜間不反光，增加路面安全性和通行舒適性，調(diào)節(jié)城市空間的溫度和濕度，改善城市熱循環(huán)，緩解熱島效應，大孔隙率能降低車輛行駛時的路面噪音，創(chuàng)造舒適的交通環(huán)境；大量的空隙能吸附城市污染物（如粉塵），減少揚塵污染，易于維護，空隙不會破損、不易堵塞；可以根據(jù)需要設計圖案，充分與周圍環(huán)境相結合。

一、原材料的選擇及試驗方法：

1.原材料：無砂多孔混凝土原材料的選擇主要是水泥品種和強度等級；粗骨料的類型、粒徑及級配。a水泥：采用江蘇磊達PO 42.5普通硅酸鹽水泥，水泥技術性能指標 安定性，合格；3天抗折強度4.3MPa，抗壓強度26.3 MPa；28天抗折強度8.3 MPa，抗壓強度47.8 Mpa；b骨料：骨料粒徑4.75-9.5mm的碎石，表觀密度2650kg/m3；緊密堆積密度1320kg/m3；骨料性能指標：2.5 mm粒徑累計篩余99%；4.75mm粒徑累計篩余87%； 9.5mm粒徑累計篩余12%；含泥量0.1%。

2.試驗方法及工藝：a試驗方法，攪拌工藝、成型方法和養(yǎng)護條件對透水混凝土的強度、透水系數(shù)均有較大影響；b攪拌工藝，采用水泥包裹法，先將全部骨料及10%～30%的水裝入攪拌機中預拌，再加入水泥拌合，以形成包裹骨料表面的水泥漿殼，最后加入剩余水攪拌均勻。這樣的投料順序和攪拌程序能使骨料表面形成均勻厚度的水泥漿層，以保證混凝土的強度和透水性，然后將拌和均勻的混合料裝入150*150*150mm的試模中，分別用于抗壓強度、透水系數(shù)和孔隙率的測試；c成型工藝：為預防由于振搗引起石子表面水泥混合砂漿包裹層的脫落，采用靜壓成型的方式，成型壓力1.5Mpa，在3min內(nèi)加壓至預訂壓力，穩(wěn)壓1min；d養(yǎng)護方法：采用標準養(yǎng)護制度；e透水系數(shù)測試方法：單位面積上水流過混凝土的速度為透水系數(shù)，單位mm/s，采用變水位測定方法，主要以變水柱高度下試件的豎向滲流速度來表示試件的透水性能。采用與成型面垂直的兩個側面為透水面，透水儀置于非成型面的中間，對其他4面及測試面中超出透水儀尺寸的面積進行摸漿處理，并將透水儀和試件之間的接縫密封，向透水儀中加水直至下表明有水流出，記錄水柱自然下降刻度為300ml至0的時間，精確至0.1s，透水系數(shù)按下式計算： K=H/Δt 式中K為混凝土透水系數(shù)，mm/s；H為水位的變化高度，mm；Δt為水位下降一定高度所經(jīng)歷的時間，s。

二、配合比設計

a體積法設計透水混凝土：與普通混凝土不同，透水混凝土配合比設計時，首先考慮的是孔隙率（填漿量），一般以骨料被漿體包裹，沒有較多水泥漿流出為恰當，根據(jù)透水混凝土的結構特點，為了更好的與工程實際結合，優(yōu)化配合比方案，本次試驗采用體積法。設計目標孔隙率分別為15%、18%、22%，水灰比的范圍為0.25～0.4，漿集比的范圍0.4-0.55。體積法的相關公式如下： C/ρc+ W/ρw+ G/ρg+ P = 1 式中C為水泥的質(zhì)量，kg；W為水的質(zhì)量，kg；G為石子的質(zhì)量，kg；P為設計孔隙率，%；ρc為水泥的密度，kg/m3；ρw為水的密度，kg/m3；ρg為石子的密度，kg/m3；b 確定骨料用量：1m3無砂透水混凝土的出骨料用量宜取緊密堆積狀態(tài)下的碎石質(zhì)量。粗骨料用量過少，灰骨比過大，會使部分粗骨料顆粒漂浮在水泥漿中，影響無砂透水混凝土孔隙率和透水性能。因此，骨料用量確定為1320kg/m3；c水灰比的選擇：水灰比既影響無砂透水混凝土強度，又影響其透水性。對不同同粒徑、不同顆粒形狀的骨料，其合理水灰比不同。水灰比過小，水泥漿過稠，水泥漿較難均勻地包裹在骨料顆粒表面，不利于強度提過，反之，如果水灰比過大，水泥漿又會從骨料顆粒表面滑下，包裹粗骨料顆粒表面水泥漿過薄，同樣不利于強度的提高，同時由于水泥漿流動性過大，水泥漿可能把透水空隙部分或全部填實，也不利于透水。在最初進行試拌和調(diào)整時，根據(jù)經(jīng)驗來判斷水灰比是否合適。取拌好的拌合物觀察，如果水泥漿在骨料顆粒表面包裹均勻，沒有水泥漿下滴現(xiàn)象，表面顆粒有光澤，輕攢成團，則可認為該水灰比為最佳水灰比。透水混凝土的水灰比通常介于0.25～0.40之間。將碎石和水泥裝入攪拌機，邊加水邊攪拌，攪拌時間應比普通混凝土延長，本文中攪拌時間4min，以便水泥漿均勻包裹在骨料表面； d確定水泥用量：采用粒徑較小單一級配的骨料，使堆積骨料中含有大量的孔隙率，通過設定混凝土預設孔隙率，確定水泥漿體體積，根據(jù)水泥漿體體積，及水灰比確定水泥，及水的用量。如：石子緊密堆積密度為1320kg/m3，表觀密度2650kg/m3，則骨料孔隙率50.2%。1m3石子用量1320*0.98=1294kg（考慮實際情況應乘以折減系數(shù)，折減系數(shù)取0.98），混凝土孔隙率18.0%，那么水泥漿體體積為50.2%-18.0%=32.2% 即每立方0.322m3；C/ρc+ W/ρw =0.322，即 C/3.05+W/1.0=0.322；水灰比取0.25時配合比如下：石子1294kg：水泥558kg；水139kg；水灰比取0.28時配合比如下：石子1294kg：水泥530kg；水148kg；水灰比取0.31時配合比如下：石子1294kg：水泥505kg；水156kg；水灰比取0.34時配合比如下：石子1294kg：水泥482kg；水164kg；試拌混凝土時候現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)W/C為0.25時各種指標良好，但總體漿量偏少，遂調(diào)整石子為1280kg。

三、結果分析

透水混凝土性能水灰比取0.25時實測孔隙率17.7%，透水系數(shù)6.3mm/s，7d抗壓強度12.5MPa ，28d抗壓強度17.2MPa；水灰比取0.28時實測孔隙率17.3%，透水系數(shù)6.6mm/s， 7d抗壓強度13.9 MPa， 28d抗壓強度18.6MPa；水灰比取0.31時實測孔隙率18.5%，透水系數(shù)7.4mm/s， 7d抗壓強度15.6 MPa， 28d抗壓強度21.3MPa；水灰比取0.34時實測孔隙率17.6%，透水系數(shù)7.1mm/s ，7d抗壓強度14.5 MPa，28d抗壓強度9.4MPa；從試驗結果看，透水混凝土的抗壓強度比比普通混凝土偏低，主要與水灰比、水泥用量、孔隙率有關，隨著水灰比的增大，混凝土透水系數(shù)和強度均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這是由于水灰比對拌合物和易性有明顯影響，所以，會影響到硬化混凝土的孔隙率和強度。水灰比較小，混凝土均勻成型較困難，而水灰比過大時，水泥漿料發(fā)生流淌，易引起混凝土水泥漿料流淌，易引起混凝土分層現(xiàn)象，強度增加，因此存在一個最佳水灰比，本實驗為0.31。

四、結束語

本文通過透水混凝土配合比的設計實例，介紹了透水混凝土配合比設計方法、步驟；分析了透水混凝土的強度與水泥用量和水灰比有關，對同一粒徑的骨料拌制透水混凝土，存在著最佳水泥用量和水灰比0.31；透水混凝土的孔隙率、透水性隨水泥用量增大而降低。