C20透水混凝土配合比設(shè)計(jì)及應(yīng)用探討

代凌云

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，南昌 330000)

1 配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 水泥

C20透水混凝土是粗骨料顆粒和水泥漿體膠結(jié)而成的多孔堆聚結(jié)構(gòu)，其配置應(yīng)少用或不用細(xì)骨料，水泥漿體的強(qiáng)度及其粗骨料界面與水泥漿體的黏結(jié)強(qiáng)度直接關(guān)系著透水混凝土性能。本次試驗(yàn)主要采用性能穩(wěn)定的P.O42.5R級(jí)水泥材料，其標(biāo)準(zhǔn)黏稠度需水量為25%，結(jié)構(gòu)密度3760kg/m3，比表面積376m2/kg，3d和28d抗折強(qiáng)度為5.7MPa和8.1MPa，3d和28d抗壓強(qiáng)度為25.5MPa和46.8MPa。

1.1.2 礦物摻合料

采用打磨拋光、表面光滑的人造卵石礦物摻合料所拌制的透水混凝土包裹性不良，振動(dòng)后漿體更容易下沉并堵塞下部孔隙，影響結(jié)構(gòu)透水性，上部漿體量的減少使骨料黏結(jié)性減弱?？梢?，卵石型透水混凝土對(duì)黏聚性和保水性有較高要求，所以選擇礦物摻合料時(shí)，應(yīng)選擇保水性、黏聚性良好的超細(xì)礦物摻合料，改善透水混凝土保水性、黏聚性的同時(shí)提升后期材料強(qiáng)度[1]。本試驗(yàn)采用超細(xì)礦物摻合料比表面積1200m2/kg，密度2490kg/m3。

1.1.3 骨料

作為C20透水混凝土結(jié)構(gòu)骨架的骨料粒徑應(yīng)根據(jù)透水混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與厚度而確定，粒徑>20mm的骨料應(yīng)≤5%，最大粒徑應(yīng)<25mm。骨料粒徑越小，則其堆積孔隙率越大，粒料間接觸點(diǎn)越多，透水混凝土強(qiáng)度也越高。透水混凝土強(qiáng)度和透水性能主要受顆粒級(jí)配影響，為提升透水性能與材料強(qiáng)度，本試驗(yàn)中粗骨料采用粒徑5-10mm、表觀密度2680kg/m3、堆積密度1550kg/m3的石灰碎石，細(xì)骨料則選用細(xì)度模數(shù)2.7、表觀密度2640kg/m3、堆積密度1500kg/m3的水中砂。

1.1.4 減水劑

由于透水混凝土對(duì)用水量較為敏感，為降低材料敏感性、增強(qiáng)性能可控性，本試驗(yàn)采用RH-5型聚羧酸高性能減水劑，并摻加一定設(shè)計(jì)比的保坍成分以降低減水劑組分濃度，提升透水混凝土性能保持能力。摻量0.5%時(shí)減水率10%，減水劑摻量2.5%時(shí)減水率為25.5%。

1.2 配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)

1.2.1 參數(shù)選取

1)水灰比。水灰比對(duì)透水混凝土強(qiáng)度和透水性有較大影響，水灰比應(yīng)根據(jù)骨料粒徑、顆粒形狀等合理確定，與普通混凝土不同，透水混凝土水灰比應(yīng)控制在0.25-0.35。

2)水泥用量。水泥漿體的黏稠度和用量主要影響透水混凝土骨料周圍漿體厚度和骨料黏結(jié)強(qiáng)度，在確保用水量的情況下，通過增加水泥用量能使透水混凝土強(qiáng)度提高，但隨著水泥用量的增加，透水混凝土孔隙率會(huì)逐漸下降，透水性能不斷降低。此外，水泥用量主要與骨料粒徑相關(guān)，對(duì)于粒徑較小的情況應(yīng)增加水泥用量，本試驗(yàn)透水混凝土水泥用量應(yīng)控制在300-450kg/m3。

3)骨料。單位透水混凝土所使用骨料量根據(jù)骨料緊密堆積密度確定，本試驗(yàn)骨料用量應(yīng)在1200-1550 kg/m3。

1.2.2 配合比設(shè)計(jì)

透水混凝土配合比設(shè)計(jì)必須符合其強(qiáng)度及性能要求，為此其配合比設(shè)計(jì)應(yīng)采用水泥漿包裹骨料顆粒表面，將骨料黏結(jié)成整體后具有足夠的強(qiáng)度與透水性能，骨料間孔隙無需填充密實(shí)。單位透水混凝土重量應(yīng)為骨料堆積密度與水泥、水用量之和，一般為1600-2100kg/m3.據(jù)此原則并采用體積法[2]進(jìn)行透水混凝土配合比設(shè)計(jì)，計(jì)算公式為：

(1)

式中：mc為單位體積透水混凝土中水泥用量，kg/m3；mf為體積透水混凝土中礦物摻合料用量，kg/m3；mg為單位體積透水混凝土中粗骨料用量，kg/m3；mw為單位體積透水混凝土中用水量，kg/m3；ma為體積透水混凝土中減水劑用量，kg/m3；ρc為水泥表觀密度，kg/m3；ρf為礦物摻合料表觀密度，kg/m3；ρg為水表觀密度，kg/m3；ρw為粗骨料表觀密度，kg/m3；ρa(bǔ)為減水劑表觀密度，kg/m3；p為目標(biāo)孔隙率。

透水混凝土孔隙率、黏聚性、保水性、透水性必須符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求外，還應(yīng)符合美觀性、技術(shù)質(zhì)量要求和綜合實(shí)施效果，通過試驗(yàn)調(diào)整其膠凝材料的組成與用量，選用高性能減水劑、表明清洗劑、超細(xì)礦物摻合料，并通過反復(fù)試驗(yàn)與驗(yàn)證，最終確定的透水混凝土設(shè)計(jì)配合比。透水混凝土設(shè)計(jì)配合比，見表1。

表1 透水混凝土設(shè)計(jì)配合比

本次配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果表明，C20透水混凝土黏聚性、保水性良好，骨料表漿體裹覆性均勻，透水混凝土內(nèi)部均質(zhì)性較好，材料出機(jī)塌落度40mm，性能優(yōu)良且振動(dòng)后漿體不會(huì)發(fā)生下沉。沖洗后表面干凈且無漿體殘留和表層粒料脫落，28d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度最高達(dá)33.2MPa和4.1MPa，力學(xué)性能較優(yōu)，混凝土孔隙率16%，透水系數(shù)最高3.25mm/s。該透水混凝土性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

會(huì)昌縣湘水系統(tǒng)治理工程(一期工程)站塘段水安全系統(tǒng)工程和水生態(tài)修復(fù)工程地處會(huì)昌縣站塘鄉(xiāng)，距縣城24km，位于贛江水系貢水一級(jí)支流湘水中下游站塘鄉(xiāng)河段。該段湘水河道綜合治理長(zhǎng)度17.3km，主要建設(shè)內(nèi)容為：清淤切灘1.4km、拆除水陂1座、護(hù)岸6.915km(其中干砌石護(hù)岸4.868km、親水平臺(tái)護(hù)岸1.975km、墻式護(hù)岸采用C15混凝土擋墻護(hù)岸0.072km)、設(shè)計(jì)接長(zhǎng)18座排水涵管、1座景觀拱橋、設(shè)置下河踏步30座、巡河道5.45km及巡河道K站巡4+045小橋，治理范圍從圍內(nèi)村至站塘鄉(xiāng)新村。工程區(qū)主要為侵蝕構(gòu)造丘陵和河流沖積堆積地貌。湘水屬于贛江水系貢水一級(jí)支流，河道較彎曲，河流流向總體自南向北流，最后匯入貢水，河流兩岸Ⅰ級(jí)階段地較發(fā)育，心灘、漫灘均較發(fā)育。

站塘巡河道工程施工總長(zhǎng)度5204.9m，岸線較長(zhǎng)，瀝青路面寬5.5m，鋪設(shè)瀝青路面20099.60m2，芝麻灰花崗巖路緣石7123.8m，透水性混凝土主要用于花崗巖路面鋪裝前的澆筑，透水性混凝土強(qiáng)度等級(jí)C20，透水系數(shù)3.19mm/s，孔隙率25.5%，28d強(qiáng)度為28.5MPa，符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

2.2 質(zhì)量控制要點(diǎn)

本工程站塘巡河道透水混凝土施工質(zhì)量控制主要包括原材料生產(chǎn)過程控制、運(yùn)輸控制、澆筑振搗、攤鋪、表面處理等，全部過程都應(yīng)使用專定設(shè)備，保證施工過程無污染及施工質(zhì)量。

2.2.1 透水混凝土生產(chǎn)與運(yùn)輸

本工程采用水泥裹石法投料次序，將水泥、混合料、集料投入拌和機(jī)攪拌1min后按設(shè)計(jì)比摻加外加劑以及1/2水量再攪拌1min，最后加入剩余水量，拌合均勻，通過自卸車輛運(yùn)輸至澆筑施工面后直接入倉。透水混凝土水泥漿黏稠度較高，石子用量大，為確保水泥漿均勻裹覆集料，拌合時(shí)間應(yīng)至少為3min。本工程透水混凝土采用現(xiàn)場(chǎng)攪拌，拌合設(shè)備及運(yùn)輸車輛在使用和裝料前必須徹底清洗，加強(qiáng)透水混凝土漿體黏稠度控制，以漿體裹覆骨料表面的均勻性檢驗(yàn)合格為拌合料出機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。透水混凝土材料無流動(dòng)性，故其材料性能不能用塌落度指標(biāo)反映，在拌合完成后應(yīng)采用目測(cè)法，透水混凝土材料表面應(yīng)具有金屬光澤，且粗骨料顆粒被水泥漿均勻包裹，無水泥漿下淌現(xiàn)象。

透水混凝土屬干性材料，初凝快，運(yùn)輸時(shí)間的確定必須根據(jù)施工環(huán)境、溫度情況和運(yùn)輸距離予以控制，運(yùn)輸過程中不得停留，澆筑后連續(xù)攤鋪振搗密實(shí)?？紤]到施工環(huán)境溫度及運(yùn)距，站塘巡河道工程透水混凝土出機(jī)后的運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)≤30min。

2.2.2 攤鋪、澆筑及表面處理

本工程透水混凝土攤鋪厚度系數(shù)應(yīng)為1.05-1.15，混合料攤鋪后先采用撥料器將其撥平，并及時(shí)進(jìn)行缺陷、攤鋪不均等部位的補(bǔ)料。透水面層整平施工通過收光機(jī)勻速完成，并修整表面麻面、缺料等部位，施工后透水面層密實(shí)度、平整度必須符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。透水混凝土澆筑施工不能采用高頻振動(dòng)器強(qiáng)烈振搗和夯實(shí)，采用平板振動(dòng)器輕振鋪平，以提升密實(shí)性并降低透水性，并防止水泥漿與骨料表面發(fā)生離析。

待透水混凝土面層施工完畢，應(yīng)立即在其上噴灑厚度1-2mm的清洗劑，噴灑量具體根據(jù)施工環(huán)境溫度及設(shè)計(jì)要求確定，噴灑過程中要保證良好的霧化效果。

3 結(jié) 論

站塘巡河道工程施工結(jié)束后現(xiàn)場(chǎng)取樣檢測(cè)結(jié)果表明，透水混凝土黏聚性與保水性較好，28d抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度分別達(dá)3.5MPa和24.3MPa，孔隙率16.9%，透水系數(shù)1.3mm/s，性能均符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。本工程應(yīng)用結(jié)果表明，必須加強(qiáng)透水混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)，保證其保水性、黏聚性等性能，并加強(qiáng)混凝土制備、運(yùn)輸、澆筑振搗等施工過程控制，以充分發(fā)揮透水混凝土材料性能。