透水性混凝土抗壓性能影響因素研究

王震，丁健宇，朱暢暢

（江蘇大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212000）

1 引言

近年來，海綿城市建設(shè)在各地如火如荼地進(jìn)行，我們對于用于海綿城市建設(shè)的透水混凝土進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)其仍然存在有待完善的地方。目前的透水混凝土最多只能承受4噸的持續(xù)荷載，這大大限制了透水混凝土的推廣運(yùn)用。本文將從多個(gè)角度分析透水混凝土的抗壓性能，旨在深入了解影響透水混凝土抗壓強(qiáng)度的因素。

2 透水性混凝土的主要性能

2.1 透水性

透水混凝土是用水泥作為膠凝材料，使用單一或不連續(xù)級(jí)配的粗骨料并含有少量或不含細(xì)骨料配制而成的多孔混凝土，孔隙率較高，透水性良好。透水混凝土路面一般含有15%～25%的貫通孔隙，透水量一般能達(dá)到200L/(m3.min)[1]。透水性是衡量透水性混凝土透水性能的主要指標(biāo)，同時(shí)也是其在施工運(yùn)用中首要考慮的因素。

2.2 抗壓性

當(dāng)下對透水混凝土的研究，大致集中在兼顧透水性與抗壓強(qiáng)度的問題上。高強(qiáng)高透水是透水混凝土未來的發(fā)展趨勢。受限于透水性的要求，透水混凝土在抗壓強(qiáng)度上要明顯弱于其他類型的混凝土，主要受孔隙率、骨料粒徑、水灰比等因素影響，且大致隨著孔隙率的下降，抗壓強(qiáng)度會(huì)隨之提高。綜合現(xiàn)有的研究我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粗骨料粒徑為5～10mm，砂率為3.5%～4.0%，水灰比在0.29～0.31之間以及硅灰摻量為11%-13%并摻入適量的透水混凝土專用增強(qiáng)劑，此時(shí)制作的透水混凝土在透水性與抗壓性兩方面均具有較好的性能。[2]

2.3 耐凍性

凍融循環(huán)是破壞混凝土的常見因素。透水混凝土因其結(jié)構(gòu)的特殊性，對耐凍性要求較高。根據(jù)《透水性混凝土路面技術(shù)要求》，透水混凝土要達(dá)到預(yù)期性能，需滿足25次凍融循環(huán)后抗壓強(qiáng)度損失率不高于20%、質(zhì)量損失率不高于5%。研究發(fā)現(xiàn)，摻入一定量的SR-3添加劑或橡膠對混凝土的耐凍性能有明顯改善。粒徑為3～4mm的橡膠粉作用與引氣劑相近[3]，當(dāng)用質(zhì)量相等的橡膠粉替代10%～15%的水泥用量時(shí)可提高其約60%的耐久性，且10%～15%為最佳比例。

3 影響抗壓性的主要因素

3.1 膠凝材料

透水混凝土中常使用的硅酸鹽水泥屬于水硬性膠凝材料。膠凝材料會(huì)對混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響，水膠比一定時(shí)，增加膠凝材料用量，混凝土拌合物流動(dòng)幅度會(huì)隨之增大。研究表明，42.5的普通硅酸鹽水泥，能較好地保證透水混凝土的抗壓強(qiáng)度。此外，若在混凝土中摻入硅灰、粉煤灰等摻合料，不僅可以提高混凝土后期性能，還能夠節(jié)約水泥，具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重效益[4]。

3.2 細(xì)骨料

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)，我們得出圖1?？梢钥吹教岣呱奥实臅r(shí)候混凝土強(qiáng)度呈正相關(guān)提升，但透水系數(shù)呈負(fù)相關(guān)下降，可見適當(dāng)加入細(xì)骨料可以提高透水混凝土的抗壓強(qiáng)度，從而改善透水混凝土易碎、整體性差的劣勢。

3.3 粗骨料

綜合自身實(shí)驗(yàn)及相關(guān)研究文獻(xiàn)后我們得到圖2和圖3?？梢钥吹剑?dāng)骨料粒徑小于強(qiáng)度極大值對應(yīng)的骨料粒徑時(shí)，卵石優(yōu)于碎石；當(dāng)大于此值時(shí)，碎石優(yōu)于卵石。且就強(qiáng)度來講粗骨料最佳粒徑為4.8～9.5mm，在考慮透水性后，我們分析出最佳粗骨料粒徑為9.5mm。

圖2 骨料粒徑與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

圖3 骨料粒徑與透水系數(shù)的關(guān)系

3.4 水灰比

根據(jù)相關(guān)研究，得到圖4所示折線圖。當(dāng)水灰比為0.28時(shí)，透水混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到極大值，水灰比為0.25時(shí)達(dá)到最小值。水灰比從0.25增大到0.28，透水混凝土的強(qiáng)度不降反升，抗壓強(qiáng)度有約55.7%的提高。但當(dāng)水灰比達(dá)0.31時(shí)，28d抗壓強(qiáng)度又降低22.4%?？梢娫谝欢ǚ秶鷥?nèi)，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著水灰比的增加先增大后減小，這是由透水混凝土高孔隙率的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的。水灰比過小或過大均不利于強(qiáng)度的提高，所以對于透水混凝土而言，選擇合適的水灰比至關(guān)重要[5]。

圖4 水灰比與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

4 結(jié)語

如何在使用透水混凝土的過程中兼顧抗壓性、透水性和抗凍性一直以來困擾著諸多學(xué)者。綜合分析后我們發(fā)現(xiàn)，采用42.5的普通硅酸鹽水泥，同時(shí)混入一定量的硅灰或粉煤灰等摻和料，采用9.5mm碎石粗骨料并將砂率控制在2.5%～3.5%，水灰比控制在0.26～0.31，摻入一定的透水混凝土專用增強(qiáng)劑，在此條件下能使透水性混凝土具有較好的綜合性能。