透水混凝土強(qiáng)度與透水系數(shù)影響因素分析

宋璐逸

摘要：采用正交試驗(yàn)研究骨料級(jí)配、灰集比、水灰比對(duì)透水混凝土7d抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)的影響，極差分析結(jié)果表明，骨料級(jí)配和灰集比對(duì)7d抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)的影響較大。以7d抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)為指標(biāo)，選取合適的配合比為骨料級(jí)配3，灰集比1：5，水灰比0.32，據(jù)此制備的透水混凝土7d抗壓強(qiáng)度不小于23MPa，滲透系數(shù)不小于4mm/s。

關(guān)鍵詞：透水混凝土;力學(xué)強(qiáng)度;滲透系數(shù);影響因素;正交試驗(yàn)

前言

透水混凝土是一種由水泥、骨料、添加劑和水伴制而成的多孔隙混凝土，常被用在人行道、停車場(chǎng)、廣場(chǎng)等區(qū)域的透水鋪裝中。透水混凝土的多孔結(jié)構(gòu)在保證其擁有良好的透水性能的同時(shí)也限制了強(qiáng)度的提升，因此在制備過(guò)程中要通過(guò)選擇合適的原材料、配合比和制備工藝使透水混凝土既有較高的強(qiáng)度又有較大的滲透系數(shù)。

本文采用正交試驗(yàn)研究骨料級(jí)配、灰集比和水灰比三個(gè)因素對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響，并在此基礎(chǔ)上確定合適的配合比。

1材料與方法

1.1原材料

試驗(yàn)用水泥為P·042.5普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間為155min，終凝時(shí)間為205min，3d和28d抗壓強(qiáng)度分別為30MPa和50MPa。粗骨料采用質(zhì)地堅(jiān)硬、棱角分明、未風(fēng)化的玄武巖，壓碎值控制在15%以內(nèi)，含泥量小于1%，試驗(yàn)采用的3種骨料級(jí)配見(jiàn)表l。拌合水為自來(lái)水，并添加PRC-II型增強(qiáng)劑。

1.2正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用三因素三水平正交試驗(yàn)，分析骨料級(jí)配、灰集比和水灰比對(duì)透水混凝土7d抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響，因素水平見(jiàn)表2，正交設(shè)計(jì)見(jiàn)表3。

1.3性能測(cè)試方法

采用插搗成型法制備邊長(zhǎng)為150mm的立方體試塊，用于7d抗壓強(qiáng)度測(cè)試，具體測(cè)試方法參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002）。制備直徑和高均為100mm的圓柱體試塊，用于滲透系數(shù)測(cè)試，測(cè)試方法參照《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T135-2009）。

2結(jié)果與分析

正交試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，不同配合比條件下，透水混凝土7d抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)相差較大。采用極差分析法對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析，極差計(jì)算表5中K1、K2、K3分別表示各因素取水平1、水平2和水平3時(shí)所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值，R表示某個(gè)因素下K1、K2、K3三者中最大值與最小值之差，即為極差。通過(guò)比較各因素的極差大小可以得到各因素對(duì)抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)影響的主次順序。

極差計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5，各因素對(duì)透水混凝土7d抗壓強(qiáng)度影響的主次關(guān)系為灰集比>骨料級(jí)配>水灰比。由此可以看出，灰集比對(duì)7d抗壓強(qiáng)度的影響最大，同時(shí)骨料級(jí)配對(duì)強(qiáng)度的影響也較大，故為了滿足強(qiáng)度要求，在透水混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)首要考慮灰集比和骨料級(jí)配兩個(gè)因素。將各因素在K值最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的水平設(shè)為最優(yōu)水平，可獲得針對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度的最優(yōu)水平組合：骨料級(jí)配3、灰集比1：4、水灰比0.32。

各因素對(duì)透水混凝土滲透系數(shù)影響的主次關(guān)系為骨料級(jí)配>灰集比>水灰比。當(dāng)希望獲得較大的滲透系數(shù)時(shí)，可選用的最優(yōu)組合為骨料級(jí)配1，灰集比為1：6，水灰比為0.35。由極差分析可知，骨料級(jí)配和灰集比對(duì)透水混凝土的性能有較大的影響，水灰比的影響則相對(duì)較小，因此為了滿足強(qiáng)度和透水要求，在透水混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮骨料級(jí)配和灰集比這兩個(gè)因素。分析各因素下的K1、K2、K3值可知，隨著級(jí)配中小粒徑骨料占比增加，抗壓強(qiáng)度增大，滲透系數(shù)減小。這主要是由于骨料粒徑減小，形成的骨架結(jié)構(gòu)中空隙減少，從而滲透效果減弱。同樣隨著灰集比的增大，抗壓強(qiáng)度增大，滲透系數(shù)減小。原因在于灰集比增大，單位體積內(nèi)水泥用量增加，骨料間的膠結(jié)力增強(qiáng)。隨著水灰比的增加，7d抗壓強(qiáng)度先增大后減小，這是因?yàn)楫?dāng)水灰比過(guò)小時(shí)，漿體偏干硬，硬化后膠結(jié)力偏低;當(dāng)水灰比過(guò)大時(shí)，漿體流動(dòng)性偏大，導(dǎo)致漿體不能很好的包裹住集料，顆粒間粘結(jié)不理想。根據(jù)上述分析，為了能同時(shí)滿足透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)，建議配合比取骨料級(jí)配3，灰集比為1：5，水灰比為0.32，據(jù)此制備的透水混凝土7d強(qiáng)度不小于23MPa，滲透系數(shù)不小于4mm/s。

3結(jié)論

通過(guò)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，采用極差分析法分析了骨料級(jí)配、灰集比、水灰比對(duì)透水混凝土7d抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)的影響。結(jié)果表明，各因素對(duì)7d抗壓強(qiáng)度的影響的主次順序?yàn)榛壹?骨料級(jí)配>水灰比，各因素對(duì)滲透系數(shù)的影響的主次順序?yàn)楣橇霞?jí)配>灰集比>水灰比。以7d抗壓強(qiáng)度和滲透系數(shù)為指標(biāo)，建議配合比取骨料級(jí)配3，灰集比為1：5，水灰比為0.32。