C30透水混凝土性能影響因素研究*

石瑩，楊善順，徐仁崇

（廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建 廈門 361004；廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

C30透水混凝土性能影響因素研究*

石瑩，楊善順，徐仁崇

（廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建 廈門 361004；廈門天潤錦龍建材有限公司，福建 廈門 361027）

透水混凝土是一種環(huán)境友好型建筑材料，但強(qiáng)度普遍較低限制了其應(yīng)用。為配制出強(qiáng)度高于 30MPa 并滿足透水要求的透水混凝土，本試驗分別從目標(biāo)孔隙率、水灰比、砂率和摻合料摻量幾個方面研究了這些因素對透水混凝土強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響，為透水混凝土的應(yīng)用提供一定的參考。

透水混凝土；配合比；性能；影響因素

0 引言

混凝土是現(xiàn)今工程領(lǐng)域中應(yīng)用最多也是最為廣泛的一種建筑材料，一直以來，混凝土在應(yīng)用時總是要求密實、不透水，這種觀念在工程建設(shè)領(lǐng)域存在了很久[1]，但是隨著城市化與工業(yè)化的發(fā)展，環(huán)境負(fù)荷不斷增大，城市道路、廣場、停車場、公園等公共場所大都采用密實不透水的石材或混凝土鋪設(shè)路面或地面，這些地面對城市環(huán)境造成了一定的危害，增加了城市熱島效應(yīng)[2]，因此，建設(shè)海綿城市的理念應(yīng)運而生。

透水混凝土是海綿城市建設(shè)的重要組成部分，是一種有利于促進(jìn)水循環(huán)，改善城市生態(tài)環(huán)境的環(huán)境友好型建筑材料，由骨料、水泥、摻合料、水、外加劑等拌制而成，骨料表面包裹漿體粘結(jié)形成孔隙均勻分布的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，又稱多孔混凝土，具有以下優(yōu)點：（1）保護(hù)地下水；（2）降噪吸聲；（3）緩解城市熱島效應(yīng)；（4）改善土壤生態(tài)環(huán)境；（5）緩解地表徑流，凈化水體等。

20 世紀(jì) 90 年代以來，國內(nèi)開始研究透水混凝土，在保證一定透水性能的前提下，透水混凝土的強(qiáng)度普遍較低，通常不超過 20MPa，嚴(yán)重影響了其應(yīng)用范圍[3]。本文通過調(diào)整目標(biāo)孔隙率、水灰比、砂率、摻合料用量幾方面因素，配制出強(qiáng)度 30MPa 以上，并滿足透水要求的透水混凝土。

1 試驗設(shè)備、原材料與方法

1.1 試驗設(shè)備及原材料

試驗用攪拌機(jī)為 SJD60 型單臥軸強(qiáng)制式混凝土攪拌機(jī)，電機(jī)功率為 2.2kW，攪拌軸轉(zhuǎn)速 47r/min，出料容量 60L。

水泥：華潤水泥有限公司潤豐牌 P·O42.5 水泥，其物理性能見表 1。

粗骨料：天然碎石，粒徑 5～10mm。

細(xì)骨料：天然河砂，中砂。

摻合料：透水混凝土增強(qiáng)劑。

外加劑：透水混凝土專用減水劑，摻量 0.6%。

水：自來水。

表 1 水泥的物理性能

1.2 試驗方法

（1）成型方法

透水混凝土中水泥漿體較少，若采用機(jī)械振搗方式，易將水泥漿體振到底部，封閉混凝土底部，導(dǎo)致無法透水。因此采用“壓力成型法”，將拌合物裝入 150mm×150mm× 150mm 的成型模具中，然后置于壓力機(jī)下施加壓力至試驗值并維持 5s 后卸荷，最后取下試模套具，用Φ40mm 的鐵棒“滾壓”成型面至平整，并用抹刀抹平[4]。

（2）抗壓強(qiáng)度測試方法

透水混凝土拆模后養(yǎng)護(hù)至 28d 齡期測試抗壓強(qiáng)度，測試方法按照 GB/T 50081—2001《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

（3）透水系數(shù)測試方法[5]

采用固定水量法測試透水系數(shù)。具體步驟為：（1）將試塊的四個側(cè)面用凈漿（或石蠟）密封，成型面和底面作為測試表面；（2）按照圖 1 安裝測試裝置，將透明套筒底部與試塊頂部邊緣密封，保證水只能通過試塊，并從下方排水筒排出；（3）向套筒內(nèi)注滿水，記錄套筒中水位由 h 降至0mm 所用時間t；（4）依據(jù)公式 (1) 計算透水系數(shù) v，其中h=155mm。

圖 1 固定水量法

2 配合比設(shè)計

配合比設(shè)計常用的方法有質(zhì)量法、比表面積法和絕對體積法。對比分析幾種方法的優(yōu)缺點[2]，如表 2 所示。

表 2 三種配合比設(shè)計方法的對比[2]

本試驗依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》和廈門市地方標(biāo)準(zhǔn) DB3502/Z 5006—2015《透水水泥混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定采用絕對體積法來設(shè)計透水混凝土配合比，基準(zhǔn)配合比如表 3 所示。

表 3 基準(zhǔn)配合比

3 結(jié)果與討論

3.1 目標(biāo)孔隙率對透水混凝土性能的影響

采用基準(zhǔn)配合比，選擇不同的目標(biāo)孔隙率，透水混凝土強(qiáng)度和透水系數(shù)試驗結(jié)果如表 4 和圖 2 所示。由試驗結(jié)果可知，隨著孔隙的增多，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度降低，而透水系數(shù)則逐漸增大。這與透水混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)有很大的關(guān)系。透水混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在很多孔隙，在目標(biāo)孔隙率較小的情況下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實度會有所增加，因此強(qiáng)度也會相應(yīng)增加；而目標(biāo)孔隙率較大的情況下，強(qiáng)度則相應(yīng)降低[6]。透水系數(shù)的變化規(guī)律正好與強(qiáng)度相反，而對于透水混凝土，首先要保證的就是透水系數(shù)，然后以此為前提獲得最大強(qiáng)度。

表 4 配合比及試驗結(jié)果

圖 2 目標(biāo)孔隙率對透水混凝土性能的影響

3.2 水灰比對透水混凝土性能的影響

選取目標(biāo)孔隙率 20%，選擇不同水灰比進(jìn)行試驗，得到透水混凝土性能結(jié)果如表 5 和圖 3 所示?？梢钥闯觯S著水灰比的增大，抗壓強(qiáng)度先增大后減小，透水系數(shù)則逐漸減小。水灰比較小時，透水混凝土?xí)蚋捎捕鴶嚢璨痪鶆?，骨料表面包裹不完全，降低了顆粒間的粘結(jié)[7]，也相應(yīng)增加了骨料間的孔隙，這樣影響了強(qiáng)度的提高，卻有利于透水性能；而水灰比較大時，透水混凝土的和易性比較好，水泥漿量過多，多出的水泥漿有可能填堵孔隙，這樣對強(qiáng)度和透水性能都有不利影響[6]。因此，應(yīng)選擇最優(yōu)水灰比，以保證透水混凝土性能。

表 5 配合比及試驗結(jié)果

圖 3 水灰比對透水混凝土性能影響

3.3 砂率對透水混凝土性能的影響

選取目標(biāo)孔隙率 20%，水灰比 0.28，通過調(diào)整砂率得到砂率對透水混凝土性能影響，試驗結(jié)果如表 6 和圖 4 所示。隨著砂率的增加，透水混凝土的強(qiáng)度逐漸增加，透水系數(shù)則逐漸降低。這是由于細(xì)骨料增加了粗骨料之間的接觸點與包裹在骨料外的砂漿厚度，增強(qiáng)了骨料間的粘結(jié)力，使內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實，提高了強(qiáng)度[3]，但是細(xì)骨料不能加入過多，若超過一定范圍，內(nèi)部結(jié)構(gòu)將變得密實，對透水性能影響不利[8]。

表 6 配合比及試驗結(jié)果

圖 4 砂率對透水混凝土性能影響

3.4 摻合料對透水混凝土性能的影響

選取目標(biāo)孔隙率 20%，水灰比 0.28，砂率 5%，因?qū)ν杆炷翉?qiáng)度要求較高，試驗選擇透水混凝土增強(qiáng)劑作為摻合料，通過調(diào)整摻量研究對透水混凝土性能的影響，試驗結(jié)果如表 7 和圖 5 所示。由試驗結(jié)果可知，隨著增強(qiáng)劑摻量增加，抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)都是先增后減。當(dāng)增強(qiáng)劑摻量超過2.5% 時，強(qiáng)度變化趨勢較為平緩；透水系數(shù)雖然也是先增后減，但總體相差不大，可能是由于增強(qiáng)劑摻量比較少，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響較小。

圖 5 摻合料對透水混凝土性能影響

表 7 配合比及試驗結(jié)果

4 結(jié)語

（1）透水混凝土的透氣、透水性能良好，是海綿城市建設(shè)的重要組成部分，作為環(huán)境友好型建筑材料具有廣闊的應(yīng)用前景。

（2）設(shè)計透水混凝土配合比時，應(yīng)采用以目標(biāo)孔隙率為指標(biāo)的絕對體積法，以便能較好的控制透水性能，同時調(diào)整水灰比、砂率、摻合料摻量等因素，得到最佳配合比，制備出透水性能良好且強(qiáng)度較高的透水混凝土，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

（3）從上述研究可以看出，影響透水混凝土性能的因素很多，本文僅研究了配合比設(shè)計時幾個主要的因素，其他還有骨料級配、原料種類、攪拌方式、成型方式、養(yǎng)護(hù)方式等，都會對透水混凝土性能有一定的影響，雖然影響程度各不相同，但在制備透水混凝土?xí)r，尤其是制備強(qiáng)度較高的透水混凝土?xí)r，應(yīng)充分考慮。

[1] 李書陽．影響透水混凝土性能因素試驗分析[J]．水利科技，2017(2)∶220．

[2] 孟剛，張凱峰，李預(yù)奇，等．C30 透水路面混凝土性能試驗研究[J]．廣東建材，2014 (5)∶8-10．

[3] 張巨松，張?zhí)砣A，宋東升．影響透水混凝土強(qiáng)度的因素探討[J]．沈陽建筑大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006,22(5)∶759-763．

[4] 徐仁崇，桂苗苗，龔明子．不同成型方法對透水混凝土性能的影響研究[J]．混凝土，2011(11)∶129-131．

[5] 徐仁崇，桂苗苗，劉君秀．透水混凝土抗壓強(qiáng)度及透水系數(shù)試驗方法研究[C]．特種混凝土與瀝青混凝土新技術(shù)及工程應(yīng)用[A]，2012．

[6] 甘冰清．透水混凝土的配合比設(shè)計及其性能研究[D]．安徽∶安徽理工大學(xué)，2015．

[7] 張朝輝，王沁芳，楊娟．透水混凝土強(qiáng)度和透水性影響因素研究[J]．混凝土，2008(3)∶7-9．

[8] 吳冬，劉霞，吳小強(qiáng)．成型方式和砂率對透水混凝土性能的影響[J]． 混凝土，2009(5)∶100-102．

Study on performance inf l uence factors of C30 pervious concrete

Shi Ying, Yang Shanshun, Xu Renchong
(Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., Fujian Xiamen 361004; Xiamen Tianrun Jinlong Building Materials Co., Ltd., Fujian Xiamen 361027)

The pervious concrete is an environment friendly building materials, but the generally lower strength limits its application. In order to prepare pervious concrete which has the higher strength(more than 30MPa) and the excellent permeable capability, the experiments respectively study the inf l uence of goal porosity, water cement ratio, sand ratio and admixture dosage to performance of pervious concrete, then providing a certain reference to the application of pervious concrete.

pervious concrete; mix proportion; performance; inf l uence factors

石瑩，女，碩士，研發(fā)工程師。主要研究建筑材料與工程。

廈門海滄區(qū)科技計劃資助項目（350205Z20161020）。

［通訊地址］廈門市海滄區(qū)東孚鎮(zhèn)鳳山村鳳美四路 39 號（361027）