骨料對(duì)透水混凝土性能的影響研究

劉 建 楊建永

江西理工大學(xué)（341000）

透水混凝土的主要材料是粗骨料、水泥、水和外加劑，這是一種孔隙比較多的混凝土，因?yàn)橥杆炷羶?nèi)部孔隙呈貫穿狀，所以其透水性能和透氣性能非常優(yōu)秀，重量較輕，是一種綠色、環(huán)保的混凝土， 廣泛應(yīng)用于城市建設(shè)和建筑工程等諸多領(lǐng)域。透水混凝土用于鋪設(shè)城市道路路面時(shí)，可以調(diào)節(jié)城市氣溫、降低地表溫度，能有效緩解城市“熱島效應(yīng)”。 透水系數(shù)和抗壓強(qiáng)度是透水混凝土的兩大重要指標(biāo)。 文章主要分析骨料的品種、粒徑對(duì)透水混凝土性能的影響。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)主要選擇某公司生產(chǎn)的32.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥。 骨料主要是以碎石、卵石為主，4 種骨料的粒徑范圍分別為：2.33～9.4 mm、4.69～9.6 mm、9.6～16.9 mm、13.1～24.2 mm。 采用飲用水進(jìn)行拌和與養(yǎng)護(hù)。

1.2 試驗(yàn)方法

進(jìn)行透水混凝土的配置時(shí)，要保證其配合比合理，配比為1∶0.33∶5.6。明確配合比后，再進(jìn)行混凝土攪拌。 在透水混凝土的制備過程中，先將骨料和水進(jìn)行預(yù)拌，持續(xù)30 s，然后再摻入水泥進(jìn)行拌和，時(shí)間控制在30 s 左右；待到骨料表面形成一層水泥漿殼之后，再利用剩余的水進(jìn)行攪拌，時(shí)間持續(xù)3 min左右，直至攪拌均勻?yàn)橹埂?采用人工插搗、加壓成型兩種方式確保其成型， 以提高透水混凝土的密實(shí)度。 將混凝土拌合物裝到試模中，其高度控制在試模的2/3 即可；采用人工插搗的方式，不少于15 次；再將拌合物繼續(xù)裝入，直至裝滿為止；確保其表面平整后，采用壓力機(jī)進(jìn)行操作，保證其成型，再對(duì)表面進(jìn)行處理，確保表面平整，而后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

總孔隙率的測(cè)定通常是在透水混凝土得到充分養(yǎng)護(hù)后，將其整體浸入水中，確保試塊吸水充分后對(duì)其進(jìn)行稱重；然后將試塊從水中取出烘干，再進(jìn)行冷卻、稱重。 這樣就可以計(jì)算出總孔隙率。

透水系數(shù)測(cè)定主要采用的試驗(yàn)工具是自制的透水裝置。 將試件的四周側(cè)面用蠟進(jìn)行密封，再將透水裝置與試件相連，用蠟對(duì)二者的相連位置進(jìn)行密封，使透水裝置中的水能夠順利通過。 在裝置中摻入200 mm 以上的水，對(duì)水位進(jìn)行測(cè)定，將位置設(shè)置在160 mm 處， 觀察水位逐漸下降到140 mm 之后，確定時(shí)間；再以160 mm 為起點(diǎn)，觀察水位下降到0 的時(shí)間。 然后對(duì)定水位透水系數(shù)和變水位透水系數(shù)分別予以計(jì)算。 測(cè)定抗壓強(qiáng)度時(shí)，要結(jié)合《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求，保證混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于28 d 后， 再對(duì)其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 骨料品種對(duì)透水混凝土性能的影響

在透水混凝土中， 骨料是一種重要的原材料，不同骨料的顆粒大小不同、形狀不同、表面狀態(tài)不同，這樣就會(huì)對(duì)混凝土性能產(chǎn)生不同的影響。 與之相比，卵石表面比較光滑、沒有棱角，大多是以球狀、蛋狀為主；碎石表面通常比較粗糙，而且還有明顯的棱角。 骨料表面的性狀主要有兩點(diǎn)，一是表面的粗糙程度，二是孔的特點(diǎn)。 這兩大元素會(huì)對(duì)骨料和水泥石的粘結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，混凝土的抗壓強(qiáng)度也會(huì)因此而受到影響， 如果表面比較粗糙，而且孔隙比較多，這種類型的骨料通常會(huì)與水泥石之間保持良好的粘結(jié)效果[1]。

骨料粒徑一致的情況下，擁有較大孔隙率的骨料會(huì)使得透水混凝土的孔隙率變大，由于碎石材質(zhì)的骨料棱角比較多、卵石骨料相對(duì)少而圓滑，因此，碎石材質(zhì)的混凝土透水系數(shù)會(huì)進(jìn)一步提高。 2.33～9.4 mm 粒徑的透水混凝土中，碎石骨料的透水系數(shù)會(huì)小于卵石骨料，這主要是因?yàn)樗槭橇媳砻娲植?，呈片狀，孔隙率相?duì)較小。 試驗(yàn)結(jié)果顯示，碎石材質(zhì)的骨料混凝土抗壓強(qiáng)度變化幅度大于卵石材質(zhì)混凝土，也發(fā)現(xiàn)其余粒徑的碎石混凝土的抗壓強(qiáng)度比卵石材質(zhì)混凝土略高些。 因此，骨料品種對(duì)透水混凝土的性能具有非常重要的影響。

2.2 骨料粒徑對(duì)透水混凝土性能的影響

骨料粒徑對(duì)透水混凝土的性能有很重要的影響。 如果骨料的粒徑比較小，骨料的堆積密度就會(huì)增大，每個(gè)骨料顆粒之間就會(huì)有許多接觸點(diǎn)，這意味著透水混凝土的強(qiáng)度也會(huì)隨之增大，而透水性能會(huì)進(jìn)一步下降[2]；如果骨料的粒徑比較大，接觸點(diǎn)就會(huì)比較少，盡管混凝土的強(qiáng)度會(huì)下降，但透水性能會(huì)大大提升。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，在骨料粒徑逐漸增大的情況下，碎石與卵石材質(zhì)的透水混凝土的總孔隙率會(huì)進(jìn)一步增大；當(dāng)粒徑繼續(xù)增大時(shí)，總孔隙率不僅會(huì)增大，而且其增大的幅度也會(huì)隨之變大。 骨料之間的接觸點(diǎn)之所以會(huì)越來越少，主要就是因?yàn)榱街鸩皆龃蟮木壒剩@樣就會(huì)導(dǎo)致孔隙變大，總孔隙率自然會(huì)變大。 相比之下，碎石材質(zhì)的接觸點(diǎn)偏少，卵石比較多；卵石的孔隙比碎石少。 透水系數(shù)與混凝土內(nèi)部的連通孔隙有密切關(guān)系，透水系數(shù)會(huì)與總孔隙率的變化成正比，因此，骨料就會(huì)有更好的透水性能。 透水混凝土的抗壓強(qiáng)度與粒徑之間同樣關(guān)系密切，粒徑對(duì)透水混凝土的強(qiáng)度有較大影響。 在粒徑增大的情況下，抗壓強(qiáng)度會(huì)越來越大。

3 結(jié)論

本次試驗(yàn)主要得出以下結(jié)論：1）在骨料粒徑相同的情況下，碎石材質(zhì)骨料透水混凝土的總孔隙率和透水系數(shù)比卵石配置的透水混凝土要大；碎石的強(qiáng)度變化幅度更大，卵石的強(qiáng)度變化幅度相對(duì)較??；2）骨料粒徑與透水混凝土的總孔隙率、透水系數(shù)的變化成正比，因此粒徑越大，透水混凝土的透水能力越強(qiáng)；3）透水混凝土抗壓強(qiáng)度與骨料粒徑的關(guān)系非常密切，并深刻受到其影響。