透水混凝土性能影響因素研究

王俊峰

摘要：透水混凝土具有透氣、透水、吸聲降噪、凈化水體、改善地表土壤的生態(tài)環(huán)境、緩解地表徑流和城市熱島效應(yīng)等優(yōu)良的使用性能。透水混凝土的推廣使用離不開對其性能影響因素的深入研究。本文就透水混凝土的水灰比、膠結(jié)材料、粒徑、尺寸效應(yīng)、攪拌方法及成型方法等性能影響因素進(jìn)行總結(jié)，旨在為我國在透水混凝土方面的理論研究與工程應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：透水混凝土;水灰比;粒徑;影響因素

透水混凝土又稱無砂混凝土，因其結(jié)構(gòu)中存在大量連通孔隙，與普通混凝土相比，具有透氣、透水、吸聲降噪、凈化水體、改善地表土壤的生態(tài)環(huán)境、緩解地表徑流和城市熱島效應(yīng)等優(yōu)良的使用性能。

透水混凝土的性能對其推廣應(yīng)用有著重要影響。因此，本研究就透水混凝土的水灰比、膠結(jié)材料、粒徑、尺寸效應(yīng)、攪拌方法及成型方法等性能影響因素進(jìn)行總結(jié)，旨在為我國在透水混凝土方面的理論研究與工程應(yīng)用提供參考。

1 透水混凝土性能影響因素

1.1 水灰比的影響

水灰比是影響透水混凝土強(qiáng)度和透水性的一個非常重要的因素。無砂透水混凝土的水灰比介于0.25～0.40之間，一般是隨著水泥用量的增加而減少，只在一個較小范圍內(nèi)波動。

張巨松研究后認(rèn)為隨著水灰比的增加，透水混凝土的強(qiáng)度先增大后趨于平緩，透水系數(shù)則一直減小。孟宏睿研究后認(rèn)為無砂透水混凝土的透水性在灰骨比一定的情況下，隨水灰比的增大，透水系數(shù)增大，且粒徑小的比粒徑大的混凝土的透水系數(shù)略高。

1.2 膠結(jié)材料的影響

同等條件下，透水混凝土強(qiáng)度隨著水泥石強(qiáng)度的增加而提高。與普通混凝土相似，透水混凝土形成強(qiáng)度主要靠膠結(jié)材料的強(qiáng)度。膠結(jié)材料強(qiáng)度增加，透水混凝土的強(qiáng)度當(dāng)然隨之增大。

1.3 粒徑的影響

集料是透水混凝土的結(jié)構(gòu)骨架。集料粒徑是決定透水混凝土性能的主要因素之一，對透水混凝土的強(qiáng)度有較大影響，但對透水系數(shù)并無顯著影響，即不同粒徑制備的透水混凝土的透水系數(shù)無明顯變化。

透水混凝土不含或少含細(xì)集料，基本上由粗集料堆積而成，粗集料的級配將直接決定其強(qiáng)度。粗集料的粒徑越大，其孔隙率越高，配制的透水混凝土強(qiáng)度越低。一般用作細(xì)集料的細(xì)砂可填充透水混凝土中的空隙，隨著砂率的增大，透水混凝土的強(qiáng)度也隨之增大，但砂率必須控制在合適范圍，否則會降低透水性。

1.4 尺寸效應(yīng)的影響

抗壓強(qiáng)度作為混凝土的重要力學(xué)性能之一，它關(guān)系到混凝土結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性，尺寸效應(yīng)是影響上述性能的重要因素。對于普通混凝土，尺寸效應(yīng)問題的研究已有明確結(jié)論，而對于透水混凝土，尺寸效應(yīng)的研究較少。

曾偉做試驗(yàn)采用3種尺寸立方體試模成型，尺寸邊長分別100mm、150mm和200mm，每個配合比，每一種試塊成型10組，孔隙率分別為10%、15%和20%。研究發(fā)現(xiàn)，在試塊邊緣向中心大約1.Ocm范圍內(nèi)存在薄弱區(qū)域，無法和試塊整體起到承載作用。對于外層的薄弱區(qū)域，一般取粒徑的2/3作為邊長，因此需通過計(jì)算取有效面積再進(jìn)行試件的強(qiáng)度計(jì)算。取有效面積進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算后，透水混凝土試塊的強(qiáng)度隨尺寸的增大呈現(xiàn)近似于線性減小的趨勢，類似于普通混凝土的尺寸效應(yīng)情況。透水混凝土各尺寸間的強(qiáng)度關(guān)系與普通混凝土的情況有著明顯的區(qū)別。對于10%和15%孔隙率的試塊，呈現(xiàn)出邊長150mm的試塊與邊長200mm試塊的強(qiáng)度比要遠(yuǎn)大于邊長150mm試塊與邊長100mm試塊的強(qiáng)度比，這種差別大于20%孔隙率試塊的同類差別。

徐德飛做試驗(yàn)研究后認(rèn)為，隨著尺寸的增大，透水混凝土立方抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度呈下降趨勢。小粒徑骨料配制的透水混凝土，尺寸效應(yīng)對不同孔隙率的混凝土強(qiáng)度均有較明顯的影響，對于大粒徑骨料，尺寸效應(yīng)對低孔隙率的混凝土強(qiáng)度影響較大。

1.5 攪拌方法的影響

一種是參照普通混凝土的成型方法，稱為常規(guī)方法或一次投料法，即集料、水泥、水、外加劑等一起加入攪拌機(jī)內(nèi)，共同攪拌4min;另一種是根據(jù)透水混凝土特點(diǎn)設(shè)計(jì)的攪拌方法，稱為集料表面包裹法，即先將100%的集料和70%的拌和水預(yù)先攪拌1min，然后加入50%的水泥（若使用外加劑，此時全部加入），繼續(xù)攪拌1min，最后將剩余的50%水泥和30%的拌和水加入攪拌機(jī)，攪拌2min，整個攪拌過程共4 min。集料表面包裹法制備的透水混凝土無論是強(qiáng)度還是透水系數(shù)都優(yōu)于常規(guī)攪拌方法。

1.6 成型方法的影響

成型工藝對于透水混凝土的性能至關(guān)重要，成型工藝有多種，例如：控制壓力成型;控制貫入量成型;振動臺成型;上置式振動成型;重型擊實(shí)成型;插搗成型。徐仁崇研究了4種成型方法對透水混凝土抗壓強(qiáng)度及透水系數(shù)的影響。結(jié)果表明：隨著振動時間和成型壓力的增加，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度先增大后減小，而透水系數(shù)則逐漸降低;插搗成型法可以使透水混凝土獲得較高的透水系數(shù)但抗壓強(qiáng)度較低;振壓成型法可以使透水混凝土獲得較優(yōu)的抗壓強(qiáng)度及透水性能;壓力成型法和振壓成型法可以作為透水混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比成型方法。透水混凝土路面的施工方法及施工機(jī)械的參數(shù)選擇應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定。

2 結(jié)語

（1）水灰比是影響透水混凝土強(qiáng)度和透水性的一個非常重要的因素，但具體影響結(jié)果還不統(tǒng)一，需進(jìn)一步研究。

（2）透水混凝土的強(qiáng)度隨膠結(jié)材料強(qiáng)度增加而增大。

（3）集料粒徑是決定透水混凝土性能的主要因素之一，對透水混凝土的強(qiáng)度有較大影響，但對透水系數(shù)并無顯著影響。

（4）隨著尺寸的增大，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度呈下降趨勢。

（5）集料表面包裹法制備的透水混凝土其強(qiáng)度和透水系數(shù)都優(yōu)于常規(guī)攪拌方法。

（6）隨著振動時間和成型壓力的增加，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度先增大后減小，而透水系數(shù)則逐漸降低;振壓成型法可以使透水混凝土獲得較優(yōu)的抗壓強(qiáng)度及透水性能。

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（作者單位：西昌學(xué)院土木與水利工程學(xué)院）