關(guān)于透水混凝土透水性與強(qiáng)度的研究

徐杰，張雙艷

（武漢源錦商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430082）

0 引言

透水混凝土是針對原城市道路的路面的缺陷，開發(fā)使用的一種能讓雨水流入地下，有效補(bǔ)充地下水，緩解城市的地下水位急劇下降等等的一些城市環(huán)境問題的混凝土。并能有效的消除地面上的油類化合物等對環(huán)境污染的危害；同時(shí)，是保護(hù)地下水、維護(hù)生態(tài)平衡、能緩解城市熱島效應(yīng)的優(yōu)良的鋪裝材料；其有利于人類生存環(huán)境的良性發(fā)展，在城市雨水管理與水污染防治等工作上具有特殊的重要意義。透水混凝土以其良好的透水、透氣性，在日益重視生態(tài)環(huán)境的今天越來越受到關(guān)注，在國家大力發(fā)展“海綿城市”的進(jìn)程中有著不可或缺的重要地位，海綿城市是指城市能夠像海綿一樣，下雨時(shí)能夠吸水、蓄水、滲水、凈水。透水混凝土正是符合“海綿城市”理念的一種重要的綠色建筑材料[1-2]。但由于透水混凝土內(nèi)部孔隙率較大，其強(qiáng)度、耐磨性和透水性能無法很好結(jié)合，現(xiàn)在仍是限制透水混凝土不能廣泛應(yīng)用的技術(shù)難點(diǎn)。本文章根據(jù)透水混凝土的組成，分別針對骨料粒徑、膠凝體系和成型方式專項(xiàng)研究了這三種影響因素對透水混凝土透水性能和抗壓強(qiáng)度的作用，通過試驗(yàn)得到透水混凝土在良好的透水性能基礎(chǔ)上最優(yōu)抗壓強(qiáng)度下的三種影響的參數(shù)。

1 透水混凝土透水性能和抗壓強(qiáng)度的決定因素

透水混凝土主要組成材料為水、外加劑、膠凝材料和骨料。透水混凝土骨料采用骨架—空隙型級配，水泥凈漿或加入少量細(xì)骨料或增強(qiáng)材料的漿體薄層包裹在骨料顆粒表面形成骨料顆粒間膠結(jié)層，骨料顆粒通過硬化的水泥（砂）漿薄層堆聚形成多孔“拱架”結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部存在著大量連通孔隙，且多為直徑超過 1mm 的孔隙結(jié)構(gòu)[3-4]。

透水混凝土的透水性能主要取決于其內(nèi)部的連通孔隙率及孔徑大小；力學(xué)強(qiáng)度取決于骨料強(qiáng)度、膠結(jié)層強(qiáng)度、膠結(jié)層與骨料的界面膠結(jié)質(zhì)量和膠結(jié)點(diǎn)數(shù)量、骨料顆粒相互嵌擠形成的“拱架”結(jié)構(gòu)的質(zhì)量；表面耐磨性能主要取決于骨料粒徑大小和骨料的表觀顆粒形貌。當(dāng)透水混凝土的內(nèi)部聯(lián)通孔隙結(jié)構(gòu)較多時(shí)，水能夠流通的通道就會多，其透水性能就會很好，但是其致密性將會越差，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度會大幅下降；而當(dāng)內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)少、孔進(jìn)小、膠結(jié)層強(qiáng)度很高時(shí)，其內(nèi)部聯(lián)通的孔隙通道就會很少，透水混凝土?xí)容^致密，其抗壓強(qiáng)度會大幅提高，然而透水性能會嚴(yán)重下降。所以只有通過試驗(yàn)尋求最佳的骨料粒徑和最佳的膠凝體系搭建合適的“拱架”結(jié)構(gòu)來保證較多的有效孔隙通道和合適的膠結(jié)層強(qiáng)度，從而保證透水混凝土的透水性能和抗壓強(qiáng)度的平衡，滿足實(shí)際工程應(yīng)用中的需要。

2 原材料與試驗(yàn)儀器

2.1 原材料

骨料：采用實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)常能使用到的粒型較好的咸寧 5～10mm、5～16mm、5～25mm 的石灰?guī)r破碎碎石（分別記為石 1，石 2，石 3），壓碎值為 10。

膠凝材料：采用安徽海螺 P·O42.5 的水泥，28d 抗壓強(qiáng)度為 54MPa，抗折強(qiáng)度為 9.4MPa 和武漢賽普森硅灰，硅灰中細(xì)度小于 1μm 的占 80% 以上，比表面積為25000m2/kg。

外加劑：采用武漢源錦建材科技有限公司 PC-300的高效減水劑，減水率為 35%。

2.2 試驗(yàn)儀器

（1）無錫建儀 HJW-60 混凝土試驗(yàn)用攪拌機(jī)。

（2）無錫建儀 TYE-2000A 液晶顯示混凝土壓力機(jī)。

（3）上海建立機(jī)電單相混凝土平板振動器。

（4）水泥試塊養(yǎng)護(hù)盒。

（5）透水性能測定儀。

3 對透水混凝土影響因素的試驗(yàn)分析

3.1 不同骨料粒徑對透水混凝土性能的影響

從理論上分析，骨料粒徑越小，骨料的表面積越大，則骨料的膠結(jié)點(diǎn)相對就會越多，膠結(jié)效果也會越好，其抗壓強(qiáng)度就會越高；但是骨料粒徑越小，骨料的空隙率會越小，則其透水性能就會越差。經(jīng)過實(shí)際的試驗(yàn)分析，當(dāng)骨料粒徑為 5～10mm 時(shí)，透水試件 T1的抗壓強(qiáng)度最高，但是透水性能較差；當(dāng)骨料粒徑為5～25mm 時(shí)，透水試件 T3 的透水性能最優(yōu)，但是抗壓強(qiáng)度很差；當(dāng)骨料粒徑為 5～16mm 時(shí)，透水試件 T2 的抗壓強(qiáng)度相對 T1，透水性能相對 T3 相差不大，兩種性能相對達(dá)到了最佳，具體試驗(yàn)配比和試驗(yàn)結(jié)果如表 1 所示。

表 1 不同骨料粒徑的透水混凝土性能

3.2 不同水膠比對透水混凝土性能的影響

水膠比是影響透水混凝土性能的一個重要因素，一般介于 0.25～0.40 之間。若水膠比過小，膠結(jié)漿體過于干稠，混凝土拌合物和易性太差，膠結(jié)漿體無法充分包裹骨料表面，對透水混凝土的性能產(chǎn)生不良影響；若水膠比過大，稀的膠結(jié)漿體可能將內(nèi)部孔隙通道堵塞，并且影響膠結(jié)界面質(zhì)量，這既不利于混凝土透水也不利于強(qiáng)度提升[5-7]。因此，如何選擇最佳水膠比成為制備透水混凝土的關(guān)鍵。經(jīng)過實(shí)際的試驗(yàn)分析，當(dāng)水膠比為0.3 時(shí)，其抗壓強(qiáng)度和透水性能相對能達(dá)到最優(yōu)，具體試驗(yàn)配比和試驗(yàn)結(jié)果如表 2 所示。

表 2 不同水膠比和膠凝材料的透水混凝土性能

3.3 摻入硅灰對透水混凝土性能的影響

透水混凝土因膠結(jié)界面質(zhì)量較差的原因一直制約著其強(qiáng)度，摻入一定量的硅灰能夠顯著改善其膠結(jié)界面質(zhì)量，從而提高透水混凝土的抗壓強(qiáng)度[8]。因?yàn)楣杌颐芏缺人嘈?，等質(zhì)量取代水泥后，膠凝材料的體積增大，填充了大量孔隙，并且硅灰中含有大量的非晶態(tài)活性 SiO2，能與水泥水化生成的 Ca(OH)2，反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠，即二次水化，從而加強(qiáng)骨料與漿體的粘結(jié)力[9]。經(jīng)過翻閱相關(guān)文獻(xiàn)和大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)摻入6% 的硅灰時(shí)，透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水性能相對達(dá)到最優(yōu)，具體試驗(yàn)配比和試驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示。

表 3 摻入硅灰對透水混凝土性能的影響

3.4 不同成型方式對透水混凝土性能的影響

透水混凝土屬于一種干硬性混凝土，為了保證其內(nèi)部良好的孔隙率從而保證其優(yōu)異的透水性能，故透水混凝土的成型方式不能沿用普通混凝土的插搗或振搗成型的方式。通過插搗方式成型時(shí)，因?yàn)橥杆炷翢o砂低流態(tài)的性能，導(dǎo)致插搗無法充分，透水混凝土的粘結(jié)界面會比較薄弱，骨料膠結(jié)界面質(zhì)量較差，導(dǎo)致透水混凝土的強(qiáng)度會極低而無法滿足實(shí)際工程要求；通過普通振搗成型時(shí)，往往振動頻次過高，會導(dǎo)致水泥漿體下沉堵塞透水混凝土孔隙，導(dǎo)致透水混凝土透水性能大幅下降而達(dá)不到透水混凝土透水要求。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用對其表面進(jìn)行低頻平板振動器振動后再通過加壓 1.5MPa 加壓成型[10]，其抗壓強(qiáng)度和表面耐磨性能會得到極大的改善，并且其內(nèi)部孔隙率不會明顯降低，透水性能能夠滿足實(shí)際工程需要，此時(shí)透水混凝土的抗壓性能、耐磨性能和透水性能相對達(dá)到最優(yōu)。

4 結(jié)束語

透水混凝土是具有拱架結(jié)構(gòu)的多孔混凝土，只有在保證基本透水性能的情況下提高其抗壓強(qiáng)度和耐磨性能，才能更好的解決透水混凝土在實(shí)際生活應(yīng)用中的需求，才能更好的為國家倡導(dǎo)的綠色環(huán)保的“海綿城市”提供服務(wù)。

研究表明：

（1）選取最適合的骨料粒徑會顯著提高透水混凝土的透水性能和抗壓強(qiáng)度，骨料粒徑宜選取 5～16mm的破碎碎石。

（2）水膠比是影響透水混凝土性能的一個重要因素，研究表明存在一個最佳水膠比，會使透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水性能相對達(dá)到最優(yōu)，這個最佳水膠比宜為 0.30。

（3）透水混凝土因膠結(jié)界面質(zhì)量較差的原因一直制約著透水混凝土強(qiáng)度，當(dāng)摻入一定量的硅灰能夠顯著改善其膠結(jié)界面質(zhì)量，透水混凝土的強(qiáng)度會有顯著提升，并且對其透水性能無明顯影響。

（3）透水混凝土的成型方式對透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水性能有著顯著影響，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用低頻平板振動器加壓力機(jī)低壓加壓成型時(shí)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水性能達(dá)到最優(yōu)。

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