基于海綿城市的透水混凝土配合比研究

王海龍 張藝霞

安陽工學(xué)院

基于海綿城市的透水混凝土配合比研究

王海龍 張藝霞

安陽工學(xué)院

透水路面是建立海綿城市的基礎(chǔ)設(shè)施之一，透水混凝土的研究是非常必要的。本文研究了透水混凝土的配合比設(shè)計與性能，并確定了水灰比與目標(biāo)孔隙率。

海綿城市 透水混凝土 配合比 水灰比

隨著城市內(nèi)澇的發(fā)生，“海綿城市”理論應(yīng)運(yùn)而生。透水路面是實(shí)現(xiàn)海綿城市的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文對透水混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計，同時分析其制作工藝等因素對透水混凝土性能的影響。

一、配合比參數(shù)

（一）水灰比。經(jīng)研究，透水混凝土的水膠比最佳范圍是0.25～0.4，故本次試驗(yàn)水膠比取0.27、0.29、0.31。

（二）骨料粒徑。透水混凝土由碎石堆積，通過膠凝材料以點(diǎn)粘接的方式而成，骨料粒徑不宜太大。為了兼顧強(qiáng)度和透水率，試驗(yàn)選擇5～10mm的石子。

（三）目標(biāo)孔隙率。本試驗(yàn)選用的目標(biāo)孔隙率為10%、15%、20%。

（四）外加劑。本次減水劑使用量取3%，使用聚羧酸高效減水劑。專用復(fù)合增強(qiáng)料摻入量為3%。

二、配合比實(shí)驗(yàn)

本次試驗(yàn)采用的是體積法。試配水灰比0.29，設(shè)計目標(biāo)孔隙率15%，粗骨料采用5～10mm粒徑中聯(lián)水冶碎石，通過實(shí)驗(yàn)測得碎石表觀密度，緊密堆積密度為。采用中聯(lián)?；蔖.O42.5水泥，比表面積為355m2/kg，摻入的增強(qiáng)料體積比例為0.03。

采用最終配合比如下表1所示：

表1 試驗(yàn)室最終配合比

三、試件成型及養(yǎng)護(hù)

（一）成型工藝制作。本試驗(yàn)的全部試件由二次投料法攪拌得到，試樣使用三聯(lián)塑料膜成型，抗壓試件采用100mm×100mm×100mm的標(biāo)準(zhǔn)工程模具，抗折試件采用550mm×150mm×150mm的標(biāo)準(zhǔn)工程模具。經(jīng)攪拌后，分兩層裝模，每層用25mm的圓鋼筋輕輕插搗，使拌合物緊密堆積。故采納人工插搗并抹平的方式成型。

（二）養(yǎng)護(hù)。裝模成型之后，取保水措施，24h后拆模，放入自動調(diào)節(jié)溫濕度的標(biāo)養(yǎng)室（溫度20℃，濕度95%）進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

四、試驗(yàn)檢測

（一）抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 抗壓強(qiáng)度（MPa）

（二）透水系數(shù)試驗(yàn)

1.試驗(yàn)步驟。a.用鋼直尺讀出圓柱形試塊的直徑D和厚度L，讀取兩次取均值，精確至1mm，并計算上表面積A；b.將試塊的側(cè)面用水泥凈漿封好且不漏水，使水只能從上下表面滲透；c.待試塊側(cè)面的水泥砂漿固化后，放入負(fù)壓裝置，抽至，保持30min；d.直接加水將試樣浸沒并高出100mm，浸泡20min后取出，裝入試驗(yàn)裝置的水圓桶內(nèi)，密封并放入溢流槽；e.打開無氣水供水閥門；f.若溢流槽水溢出，調(diào)節(jié)閥門，令水筒內(nèi)水位差穩(wěn)定在150mm，等兩個溢水口流量穩(wěn)定后，在水槽出水口接水，記錄3個5min流量Q，取均值。g.記錄測量流量時溢流槽的水溫T，精確至0.5℃。

2.透水系數(shù)應(yīng)按公式1計算。

式中：kT表示T℃時透水系數(shù)（mm/s）；Q表示時間t秒內(nèi)滲出的水量（mm3）；L表示試樣的厚度（mm）；A表示試樣的上表面積（mm2）；H表示水位差（mm）；t表示時間（s）。

3.透水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 透水系數(shù)（mm/s）

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，抗壓強(qiáng)度隨有效孔隙率增加而變小，但是透水系數(shù)則是隨有效孔隙率的升高而變大。這與透水混凝土的構(gòu)造形式直接相關(guān)?？紫堵市。炷料鄬Ρ容^密實(shí)，抗壓強(qiáng)度相應(yīng)增加，透水性較小；反之相應(yīng)減小或增大。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，水灰比在逐漸變大時，透水系數(shù)逐漸減小。水灰比取得大雖然會使透水混凝土的和易性變得很好，但是會引起水泥漿從骨料間的縫隙中流動到試塊底部，發(fā)生封底的現(xiàn)象。選擇較小水灰比，在孔隙率不變時，試塊中水泥含量會相對多一些，而且因?yàn)樗牧坎欢啵运酀{干得快硬得也快，導(dǎo)致粗骨料并不能被水泥漿包裹完全，雖然骨料之間的空隙會增多，使透水性能增強(qiáng)，但是因?yàn)楣橇项w粒之間的粘接點(diǎn)強(qiáng)度不足，導(dǎo)致強(qiáng)度的降低。

4.試驗(yàn)結(jié)果選擇。水灰比0.29，孔隙率為15%時，抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)在這幾組結(jié)果中最好。

五、結(jié)論

（1）當(dāng)其他條件不變時，強(qiáng)度和孔隙率呈負(fù)相關(guān)變化，即強(qiáng)度高的情況下透水性能相對較低。（2）選擇最合適的水膠比，使粗骨料可以均勻的被水泥漿包裹，既保證了透水混凝土的孔隙率，又能使骨料之間點(diǎn)粘接的強(qiáng)度最大。

[1]于永霞.透水混凝土在海綿城市建設(shè)中的應(yīng)用研究[D].安徽理工大學(xué).2016.

[2]徐仁崇等.采用Design-Expert軟件優(yōu)化透水混凝土配合比設(shè)計[J].新型建筑材料.2010.7.

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