透水混凝土的配制及應(yīng)用

范曉玲 李鋒 劉思昊

摘 ?要：本文主要研究了透水混凝土性能的影響因素，通過實驗找到水灰比、膠凝材料用量和種類、骨料尺寸和材質(zhì)對透水混凝土性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明水灰比降低可減少透水混凝土骨料連接點，提高透水混凝土透水系數(shù)，但對其強度的影響則受到水灰比降低而使?jié){體強度提高和骨料連接點減少兩方面共同作用;提高膠材用量可提高透水混凝土強度、但將降低透水混凝土透水系數(shù)，因此透水混凝土的膠凝材料用量需根據(jù)指標(biāo)需求，選擇最佳范圍;此外摻加適量的硅灰有利于提高透水混凝土的綜合性能。對單粒級骨料配制的透水混凝土，骨料尺寸越大，其配制的透水混凝土透水系數(shù)越大，透水混凝土強度則存在最佳尺寸。

關(guān)鍵詞：透水;混凝土;水灰比;膠凝材料;骨料

1.前言

透水混凝土是指由水泥等膠凝材料、粗骨料、微量（或不含）細(xì)骨料、水和外加劑按照一定比例拌制而成的多孔材料。由于細(xì)骨料很少或不含細(xì)骨料，透水混凝土成型硬化后內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在較多的孔隙，使其具有較好的滲透性，用于路面鋪設(shè)時可防止路面積水、增加路面防滑性，降噪吸聲、改善城市“熱島效應(yīng)”，良好的排水功能也使其成為海綿城市建設(shè)不可或缺的建設(shè)材料。

2.原材料及試驗方法

2.1 原材料

（1）水泥：本實驗所用水泥為四川峨勝水泥股份有限公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥PO42.5R。其性能指標(biāo)如表1中所示。

（2）粉煤灰：本實驗所用的粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰，產(chǎn)地為成都。其性能指標(biāo)如表2中所示。

（3）硅灰：本實驗用的硅灰為成都本地產(chǎn)硅灰，其性能指標(biāo)如表3中所示。

（4）粗骨料：試驗用普通碎石、玄武巖碎石為都江堰產(chǎn)，其物理性能指標(biāo)如表4中所示，其顆粒級配如表5中所示。

（5）外加劑：本試驗用外加劑均為自配外加劑，兩種分別為CXT-1型和CXT-2型。

2.2試驗方法

透水混凝土的配制按照標(biāo)準(zhǔn)CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》中的方法計算配合比，透水混凝土的抗壓強度、抗折強度按照GB/T 50081-2002 《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行檢測。

透水混凝土的透水系數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)CJJ/T 135-2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》中的方法進行檢測。

3. 透水混凝土的配制

3.1 水灰比對透水混凝土強度的影響

為找到最佳的水灰比和膠凝材料用量，首先嘗試了膠材總量為300kg/m，粉煤灰摻20%時用不同水灰比配制透水混凝土，并命名為A組，研究其水灰比、拌合物狀態(tài)和抗壓強度三者之間的關(guān)系。

從表5中數(shù)據(jù)分析可得見：（1）在膠凝材料用量為300kg/m時，混凝土的強度較低，不能達到C20混凝土的等級要求。（2）混凝土水灰比從0.3降低到0.24，透水混凝土的強度先增大后減小，這主要是由于透水混凝土和普通混凝土不同，其沒有細(xì)骨料，膠凝材料和水形成的漿體只能包裹粗骨料表面，不能填充粗骨料之間的孔隙，因而其強度決定于粗骨料連接點的是多少和連接處漿體的強度，水灰比降低一方面可提高漿體硬化后的強度，但另一方面也將減少漿體量，繼而減少粗骨料間的連接點，因此水灰比在一定范圍內(nèi)降低，可提高漿體強度從而提高透水混凝土的強度，超過一定范圍后水灰比的降低引起的漿體量的減少又將減小骨料間通過漿體連接的面積，因而使透水混凝土強度降低。（3）降低粉煤灰用量可提高透水混凝土強度，這主要由于粉煤灰活性較低，替代水泥時會降低漿體強度，從而降低了透水混凝土的強度。

3.2 膠凝材料用量對透水混凝土強度的影響

在膠凝材料用量為300kg/m時，透水混凝土的強度不能達到C20的強度要求，因此開展固定水灰比，增加膠材用量、并摻加6%硅灰作為混凝土摻和料的透水混凝土試驗，并將本組實驗命名為B組，研究不同膠凝材料用量對透水混凝土強度的影響，其試驗配合比與混凝土性能指標(biāo)如表6中所示。

表6中B1～B5組試驗中，固定水灰比為0.26時，膠凝材料的量越多，透水混凝土強度越高，這主要是由于水灰比一定時，膠凝材料用量的增加，使得包裹粗骨料表面和填充粗骨料間空隙的漿體增加，故透水混凝土中粗骨料的連接點越多，強度提高，從圖2和圖3中也可發(fā)現(xiàn)B4組在膠凝材料較多的情況下包裹骨料和填充骨料空隙的的漿體明顯較B2組多。因而，膠材用量高的透水混凝土，透水混凝土的強度越高。

表6中B1組和表5中A5組試驗數(shù)據(jù)對比可見當(dāng)摻加適量硅灰時，透水混凝土的強度較摻粉煤灰時高，這主要是由于硅灰的活性較高，細(xì)度較細(xì)，且在相同用水量的情況下，可增加混凝土中漿體的粘性，使透水混凝土中的表面的漿體對粗骨料的包裹性更佳，連接強度更高，從而提高了透水混凝土的抗壓強度，同時也避免出現(xiàn)漿體流向底部，降低混凝土透水性的情況。

3.3 粗骨料尺寸和材質(zhì)對透水混凝土性能的影響

通過上述試驗可見在膠材用量達到380kg/m時，透水混凝土的強度可達到25MPa以上，且可操作時間仍然小于180min，為了更好的保證強度而不降低透水混凝土的透水性，后續(xù)試驗中增加硅灰用量為40kg/m，并配制CXT-2型專用外加劑開展下列試驗，研究不同尺寸粗骨料、不同材質(zhì)骨料對透水混凝土性能的影響，其配合比與性能指標(biāo)如表7中所示，C組、D組為普通碎石配制的透水混凝土，CX組為玄武巖碎石配制的透水混凝土。

從表7中透水混凝土配合比及性能指標(biāo)數(shù)據(jù)可分析得到以下結(jié)論：

CXT-2型專用外加劑可大大延長透水混凝土的操作時間，使透水混凝土操作時間可達到210min。

膠凝材料用量均為380kg/m時，在一定范圍內(nèi)提高硅灰用量可提高透水混凝土的強度指標(biāo)。對比B3和C3組數(shù)據(jù)可見當(dāng)膠凝材料總用量和水灰比相同時，提高硅灰摻量可提高透水混凝土的強度，這主要利用了硅灰的高活性增加了透水混凝土中漿體的強度。

骨料尺寸對透水混凝土強度和透水系數(shù)有較大影響。從表7中C2～C4及CX1～CX3中數(shù)據(jù)可見當(dāng)透水混凝土配合比相同時，骨料尺寸大小對透水混凝土的抗壓強度和透水系數(shù)指標(biāo)均有較大的影響，采用尺寸為4.75mm～9.5mm，9.5mm～16mm的骨料配制的透水混凝土抗壓強度較高，而采用16mm～19mm較大尺寸的粗骨料配制的透水混凝土抗壓強度則較低?；炷镣杆禂?shù)指標(biāo)而言，骨料尺寸越大，透水混凝土的透水系數(shù)越大。對此主要原因是在水灰比和膠凝材料用量相同時，尺寸較大的單粒級骨料在堆積時其單位體積內(nèi)骨料連接點較少，而透水混凝土的強度受到骨料連接點數(shù)量，連接點漿體厚度、巖石自身強度的共同影響。

骨料種類對透水混凝土的強度影響不大。從C2～C4和CX1～CX3的對比可見，骨料的材質(zhì)對混凝土的強度影響較小，雖然玄武巖強度較高，壓碎指標(biāo)較普通碎石小，但對于強度不高的透水混凝土而言，決定其強度的主要是骨料間連接點的數(shù)量和強度。

水灰比降低可提高透水混凝土的透水系數(shù)。從C3、D1和D2組中的配合比和性能結(jié)果可見透水混凝土的水灰比從0.26降到0.25、0.23時，透水混凝土的強度先增大后減小，可見在一定范圍內(nèi)水灰比的降低可提高透水混凝土強度，但超過一定范圍后，降低的水灰比在增加透水混凝土漿體強度的同時，其單位體積內(nèi)透水混凝土的漿體量也將降低，從而減少了透水混凝土粗骨料之間的連接點，導(dǎo)致透水混凝土強度的降低。此外，從C1和C2組數(shù)據(jù)可見透水混凝土水灰比降低時，其透水系數(shù)大大提高了，這主要是由于水灰比降低時，漿體量減少，透水混凝土中的空隙增多。而對比D1、D3和D4組數(shù)據(jù)可見在水灰比為0.25時，繼續(xù)提高膠材用量或增加硅灰摻量可提高透水混凝土的抗壓強度，降低透水系數(shù)。

通過上述系列試驗及結(jié)果可見采用CXT-2型專用外加劑，粒徑4.75mm～9.5mm或9.5mm～16mm的單級配骨料，在膠材用量380kg/m，硅灰摻量40kg/m，水灰比0.25～0.26時，可配制出抗壓強度大于25.0MPa，透水系數(shù)不小于1.7mm/s，可操作時間大于210min的透水混凝土。膠材用量為420kg/m，硅灰用量為50kg/m，時可配制出可配制出抗壓強度大于30.0MPa透水系數(shù)不小于1.3mm/s的透水混凝土。

4. 透水混凝土生產(chǎn)施工應(yīng)用中的技術(shù)要點

為保證透水混凝土最終強度和透水性，在透水混凝土的生產(chǎn)和施工環(huán)節(jié)有以下幾項技術(shù)要點須做好控制。

4.1 透水混凝土拌合物狀態(tài)的控制

由于透水混凝土是干硬性混凝土，要達到良好的施工效果需保證包裹透水混凝土骨料表面的漿體完全將骨料包裹，且漿體不可有流動性，因此在生產(chǎn)過程中需嚴(yán)格控制拌合物用水量，這就要求生產(chǎn)廠家及時準(zhǔn)確的檢測骨料含水率，精確控制生產(chǎn)用水量和外加劑用量，透水混凝土運輸、施工過程中也嚴(yán)禁加水。

4.2 透水混凝土可施工時間的保證

透水混凝土和普通混凝土相比，漿體少且偏干，在攪拌站生產(chǎn)好后，用車輛運輸至施工地點，若生產(chǎn)廠家距離施工地點距離較遠(yuǎn)，再加上路況影響，包裹在透水混凝土表面的漿體稠度損失較快，為了保證其可施工時間，需要配制專用外加劑保證最少的稠度損失。

4.3 透水混凝土的成型和養(yǎng)護控制

透水混凝土的成型質(zhì)量和其施工和養(yǎng)護方法密切相關(guān)，應(yīng)采用平板振動器對透水混凝土壓實，壓實后立即覆蓋薄膜養(yǎng)護，且為了避免透水路面邊緣養(yǎng)護不到位，應(yīng)保證薄膜覆蓋透水混凝土邊緣超過20cm，并在薄膜表面放置壓緊薄膜的器具，且在成型1天后應(yīng)在薄膜表面灑水養(yǎng)護，混凝土養(yǎng)護齡期不少于14天。

5.結(jié)論

通過上述試驗和分析可得到以下結(jié)論：

（1）透水混凝土的強度和透水系數(shù)受到混凝土水灰比，膠凝材料、骨料尺寸的共同影響：水灰比方面：對于透水混凝土，水灰比降低可減少透水混凝土骨料連接點，提高透水混凝土透水系數(shù)，但對其強度的影響則受到水灰比降低而使?jié){體強度提高和骨料連接點減少兩方面共同作用，因而存在適當(dāng)范圍使透水混凝土的強度最高;膠凝材料方面：提高膠材用量可提高透水混凝土強度、但將降低透水混凝土透水系數(shù)，因此透水混凝土的膠凝材料用量需根據(jù)指標(biāo)需求，選擇最佳范圍;此外摻加適量的硅灰有利于提高透水混凝土的綜合性能;骨料尺寸方面：對單粒級骨料配制的透水混凝土，骨料尺寸越大，其配制的透水混凝土透水系數(shù)越大，對透水混凝土強度而言存在最佳的顆粒尺寸范圍使混凝土強度最佳。

（2）采用粒徑4.75mm～9.5mm或9.5mm～16mm的單級配骨料，在膠材用量380kg/m～420kg/m硅灰摻量40kg/m～50kg/m，水灰比0.25～0.26時，可配制出抗壓強度大于25.0MPa～32MPa，透水系數(shù)不小于1.3mm/s的透水混凝土。

參考文獻

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