透水混凝土的透水性和抗壓強度關(guān)系初探

傅帝尹 邱學(xué)壽 劉懌 蔣建飛 陳林

云南建投第三建設(shè)有限公司 云南 昆明 650032

前言

近年來，隨著國內(nèi)城市建設(shè)越來越快，“城市病”、“道路病”也越來越多。每逢雨季，局部路段經(jīng)常出現(xiàn)排水不暢的淹積水現(xiàn)象，另外，城市建設(shè)中地下建筑的降排水導(dǎo)致地下水降低，地表水補充不足，造成地下水位下降；城市建筑密集，升溫較快，溫度高于周邊地區(qū)，形成“熱島效應(yīng)”等，因此，合理有效地利用地表水補充地下水，迫在眉睫。

透水混凝土由于其出色的透水性，在城市道路施工中逐漸被大眾所認(rèn)知和利用。它的使用能有效控制城市內(nèi)澇、地下水位下降、“熱島效應(yīng)”等的發(fā)生。但透水混凝土由于空隙較大，故力學(xué)性能比普通混凝土低，因此在實際施工過程中需要對其透水性和力學(xué)性能進(jìn)行研究，找到一個平衡點，滿足工程實際需求。

1 研究現(xiàn)狀

隨著透水混凝土的應(yīng)用越來越廣泛，關(guān)于透水混凝土透水性與力學(xué)性能關(guān)系的研究也引起眾多學(xué)者的研究。

透水混凝土的空隙率、透水系數(shù)與抗壓強度等性能的影響因素主要有骨料粒徑與級配、骨灰比、水灰比、水泥強度等級、外加劑及攪拌工藝等[1]。

有學(xué)者提出透水系數(shù)與有效空隙率的相關(guān)公式為：

徐仁崇等人引入體積砂率這一參數(shù)，在配合比設(shè)計時把砂的體積考慮進(jìn)去，計算出水泥用量和用水量之后，根據(jù)粗集料的級配選擇合適的砂率，砂的體積部分替換掉水泥的體積。

鄭木蓮等人提出透水混凝土彎拉強度與抗壓強度、劈裂強度與抗壓強度之間均存在相關(guān)性良好的冪指數(shù)關(guān)系，其中

式中：—— 透水混凝土28d彎拉強度；

R—— 相關(guān)系數(shù)，試驗組數(shù)：12組。

劉麗慧針對透水混凝土抗壓強度與透水系數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了綜合評比，得出保證透水系數(shù)的最佳配合比方案：水灰比為0.3，集灰比為3.5；骨料粒徑為2.36～4.75mm，所占比例100%。摻加適量礦物摻和料和外加劑，其抗壓強度與透水系數(shù)具有較好的相關(guān)性，相關(guān)關(guān)系式為：

——28d抗壓強度MPa；

X—— 透水系數(shù)（mm/s）。

本工程采用多項式擬合方法對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 試驗分析與工程應(yīng)用

昆明規(guī)劃館項目，位于昆明市環(huán)湖東路與云秀路交叉口東南的寶豐濕地內(nèi)，新館建成后將集規(guī)劃展示、學(xué)術(shù)交流、會議接待、科普教育、旅游休閑為一體的綜合性展示館。本工程總建筑面積36339.9㎡，其中地下建筑面積9412.3㎡，地上建筑面積26927.3㎡。

昆明規(guī)劃館室外道路應(yīng)用了透水混凝土，在室外施工前期，對透水混凝土進(jìn)行了多項配合比和試驗段施工。

2.1 試驗方法

固定水頭法和變水頭法均可以用來測試透水混凝土的透水系數(shù)。其中固定水頭法使用較為普遍。即固定出水水壓，測量一定時間內(nèi)透過透水混凝土的水的體積，來計算出透水系數(shù)。在昆明規(guī)劃館的透水混凝土試驗中使用的是固定水頭法。

試驗所使用的水泥采用紅獅水泥廠的P·O52.5水泥，骨料粒徑為5～25mm，表觀密度為2780 kg/m3，含泥量0.65%，在加入合理粉煤灰和外加劑，使用普通自來水進(jìn)行攪拌。粉煤灰其作為混凝土摻和料，可以改善混凝土后期高堿性環(huán)境，增長混凝土后期強度、降低混凝土的水化放熱、改變和易性和耐久性。按照不同配合比進(jìn)行配置，養(yǎng)護(hù)28日后進(jìn)行透水試驗[2]。

2.2 試驗結(jié)果

經(jīng)過28天的養(yǎng)護(hù)之后，對各種配合比的試塊進(jìn)行固定水頭法試驗，試驗結(jié)果如下：

表1 配合比試驗結(jié)果

根據(jù)以上試驗數(shù)據(jù)，繪圖如下：

圖1 粒徑5～15mm的透水系數(shù)和抗壓強度關(guān)系曲線

圖2 粒徑15～25mm的透水系數(shù)和抗壓強度關(guān)系曲線

從以上兩圖中都可以看出，隨著透水系數(shù)的增大，透水混凝土的抗壓強度均減小，根據(jù)CJJ／T135-2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》，要求抗壓強度不小于C20，即不小于20MPa，在試驗各種配合比中，符合要求的為粒徑5～15mm時，1:0.33:5.6和1:0.25:6兩種配合比。

在5～15mm粒徑試驗中，當(dāng)透水系數(shù)在0.77～2.3區(qū)間時，抗壓強度下降的較快，在2.3～3.3區(qū)間時，抗壓強度下降的較緩慢。15～25mm粒徑試驗中，當(dāng)透水系數(shù)在2.2～2.5區(qū)間時，抗壓強度下降的較快，在2.5～3.3區(qū)間時，抗壓強度下降的較緩慢。

在保證配合比不變時，5～15mm粒徑試驗組的28日養(yǎng)護(hù)抗壓強度均大于15～25mm粒徑試驗組，5～15mm粒徑試驗組的28日養(yǎng)護(hù)透水系數(shù)均小于15-25mm粒徑試驗組。配合比中，在保證水泥和骨料比值不變，增大水比例，抗壓強度有所增大，透水系數(shù)有所減小[3]。

在保證抗壓強度的同時，還要最大限度地提高透水性，因此，選擇的配合比為1:0.25:6，此時，養(yǎng)護(hù)28天抗壓強度為21.5MPa，透水系數(shù)為1.45。

2.3 工程應(yīng)用

昆明規(guī)劃館的透水混凝土厚度為220mm的基準(zhǔn)厚度，為降低成本，在此基礎(chǔ)上按不同的功能，采用分層設(shè)計，設(shè)計不同的厚度，下面層140mm，上面層80mm。施工前，進(jìn)行組織、物質(zhì)、技術(shù)等三大準(zhǔn)備。準(zhǔn)備完畢后，進(jìn)行立模、攪拌，采用分塊隔倉方式進(jìn)行攤鋪物料，其松鋪系數(shù)為1.1。將混合物均勻攤鋪在工作面上，用括尺找準(zhǔn)平整度和控制一定的泛水度，然而平板振動器（厚度厚的用平板振動器）或人工搗實，最后用抹合拍平（抹合不能有明水）。完畢后，進(jìn)行取樣送檢，并灑水養(yǎng)護(hù)。待表面混凝土成型干燥后在3天左右，涂刷透明封閉劑。28天養(yǎng)護(hù)后，取樣進(jìn)行抗壓強度試驗，達(dá)到預(yù)期強度目標(biāo)。

3 影響公式擬合

現(xiàn)根據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)，采用多項式擬合，盡可能的符合數(shù)據(jù)曲線的變化趨勢。擬合結(jié)果如下（圖中紅色虛線為擬合曲線）：

圖3 5～15mm粒徑多項式擬合曲線

在粒徑為5～15mm試驗組中，擬合后的曲線和原曲線覆蓋率達(dá)到80%左右，證明擬合結(jié)果是可靠的[4]。擬合后的公式為：

圖4 15～25mm粒徑多項式擬合曲線

在粒徑為15～25mm試驗組中，擬合后的曲線和原曲線覆蓋率達(dá)到90%左右，證明擬合結(jié)果是可靠的。擬合后的公式為：

其中，在5～15mm試驗組中，擬合曲線在（2.3～3.2）區(qū)間中，和原曲線重合度不高，偏移量稍大，說明3階多項式擬合不是最完美的擬合曲線。更高匹配度的擬合曲線還有待研究[5]。

4 結(jié)束語

通過試驗分析，數(shù)據(jù)整理，工程實際應(yīng)用，擬合出透水混凝土強度和透水系數(shù)的多項式關(guān)系曲線，并經(jīng)驗證后顯示擬合的匹配度較高；在水灰比不變的情況下，增加水泥用量，會減小孔隙率，阻礙透水性，但是可以增大抗壓強度；在進(jìn)行不同配合比試驗之后，找到最佳配合比，在透水混凝土的抗壓強度和透水性之間找到了一個平衡點，并成功應(yīng)用于昆明規(guī)劃館室外工程；保持水灰比不變，小粒徑的骨料強度大于大粒徑骨料的強度；透水混凝土在昆明規(guī)劃館得到成功應(yīng)用，經(jīng)過檢測，強度達(dá)到CJJ／T135-2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》的要求。