水灰比、設(shè)計(jì)孔隙率和骨料粒徑對(duì)透水混凝土的影響

朱樂(lè)，陳征征 （宿州學(xué)院資源與土木工程學(xué)院，安徽 宿州 234000）

0 前言

伴隨著城市化的加快，基礎(chǔ)設(shè)施逐漸增多，對(duì)于混凝土的需求日益增加[1]。我國(guó)大多數(shù)地方基本上都是采取密實(shí)性鋪裝的混凝土路面，雖然滿足實(shí)際應(yīng)用的強(qiáng)度和耐久性，但導(dǎo)致混凝土路面透氣性和透水性較差，給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了一些不良影響[2]。與普通混凝土相比透水混凝土具有透水性和透氣性的優(yōu)越性，能夠排除道路積水，可以達(dá)到凈化雨水、緩解城市熱島效應(yīng)效果[3]。在市政綠化、輕型道路、污水凈化及生態(tài)護(hù)坡等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在劉寧寧等[4]的透水混凝土的力學(xué)性能研究中，了解到透水混凝土的力學(xué)性能受到設(shè)計(jì)孔隙率和水灰比的影響；王賢成等[5]在透水混凝土的性能研究中，得知透水混凝土的性能受到水灰比、設(shè)計(jì)孔隙率和骨料配級(jí)的影響；陳春等[6]在有關(guān)透水混凝土的研究中，得出在一定的范圍內(nèi)透水混凝土的抗壓性能與滲透性能呈負(fù)相關(guān)。趙翎亦[7]等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水灰比為 0.27，骨料粒徑為 4.75mm～9.5mm 與骨料粒徑為2.36mm～4.75mm的比值為3:2設(shè)計(jì)孔隙率20%時(shí)，透水混凝土綜合性能達(dá)到最佳。雖然有不少學(xué)者對(duì)透水混凝土進(jìn)行研究，但對(duì)透水混凝土的原材料和原材料用量的研究各有不同，并且透水混凝土在工程應(yīng)用中沒(méi)有明確的規(guī)范，仍需不斷地對(duì)透水混凝土進(jìn)行研究，完善透水混凝土在不同要求下的性能。本實(shí)驗(yàn)中，為了探究設(shè)計(jì)孔隙率、水灰比和骨料粒徑對(duì)透水混凝土的影響因素，在實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)下進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，通過(guò)改變不同變量來(lái)研究對(duì)透水混凝土性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

①水泥：采用宿州海螺水泥廠生產(chǎn)的 P.O.42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，符合GB175標(biāo)準(zhǔn)。

②粗骨料：采用5～10mm和10～15mm兩種粒徑的粗骨料

③水：本實(shí)驗(yàn)所采用的水均來(lái)自宿州市宿州學(xué)院地下水。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

本文研究需要控制骨料粒徑、設(shè)計(jì)孔隙率和水灰比來(lái)研究透水混凝土的抗壓強(qiáng)度性能，因此控制了骨料用量相同和適當(dāng)?shù)乃嘤昧縼?lái)研究其他配合比對(duì)透水混凝土的影響。配合比設(shè)計(jì)結(jié)果如表1。

配合比設(shè)計(jì)結(jié)果 表1

1.3 實(shí)驗(yàn)制備方法

將骨料和水泥均勻混合后邊攪拌加水，將攪拌后的水泥漿體均分3次入模（實(shí)驗(yàn)采用的模具尺寸均為70.7mm×70.7mm×70.7mm），入模后采用振動(dòng)機(jī)振動(dòng)，邊振動(dòng)邊插搗，每次均勻插搗不下于15次，最后用工具抹平表面，制作成型的透水混凝土試件，在19℃～21℃下成型一天后脫模。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 透水混凝土透水性的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1，結(jié)果表明，隨著水灰比的增加，透水混凝土的透水系數(shù)逐漸減小，其透水性逐漸下降。在水灰比為0.25時(shí)透水性最佳；但在水灰比大于0.32時(shí)透水混凝土的透水系數(shù)下降較大，因?yàn)榇藭r(shí)制拌形成的水泥漿體流動(dòng)性較大，在振動(dòng)插搗時(shí)水泥漿體流動(dòng)到試件模具容器下方使試件底部孔隙較少，透水系數(shù)急劇減小，導(dǎo)致透水混凝土透水性能急劇降低。

骨料粒徑比例不同透水混凝土的透水系數(shù)數(shù)據(jù)如表2。

不同比例下的透水系數(shù)和抗壓強(qiáng)度 表2

由表2中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，隨著大粒徑骨料摻量的增加，透水混凝土的滲透系數(shù)增大，其透水性能更加明顯。由圖1分析可知，骨料粒徑為10～15mm的透水混凝土的透水性高于骨料粒徑為5～10mm的透水混凝土，這是由于透水混凝土內(nèi)部孔隙空間增大，集料間接觸面積減小，導(dǎo)致孔隙率增大，透水系數(shù)增大。

圖1 水灰比對(duì)透水系數(shù)的影響

2.2 透水混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

通過(guò)混凝土標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，對(duì)透水混凝土試塊14d的抗壓強(qiáng)度做探究。

水灰比在設(shè)計(jì)孔隙率為25%時(shí)對(duì)透水混凝土的影響，如圖2。水灰比在0.25到0.32之間，制備的水泥漿體粘稠度較為適合，均勻覆著在骨料表面，且骨料內(nèi)部之間的作用力較為穩(wěn)定，其抗壓強(qiáng)度逐漸增大。水灰比逐漸增大，水泥漿體粘稠度更合適更加均勻覆著在骨料表面，因此，透水混凝土的強(qiáng)度不斷增大，表現(xiàn)出力學(xué)性能抗壓強(qiáng)度不斷增大；在水灰比超過(guò)0.32時(shí)，水泥漿體的流動(dòng)性較大，在振動(dòng)的過(guò)程中流動(dòng)到模具底部，導(dǎo)致水泥漿體包裹骨料不均勻，使得透水混凝土的抗壓強(qiáng)度較低，同時(shí)試塊底部的水泥漿體凝結(jié)硬化，相比之下底部較為密實(shí)，透水性較差，如圖1。

圖2 水灰比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

透水混凝土在不同設(shè)計(jì)孔隙率下的抗壓強(qiáng)度，如圖3。透水混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)隨著設(shè)計(jì)孔隙率的增加逐漸減小，這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)孔隙率增加實(shí)際孔隙率也隨之增加（如表3），導(dǎo)致試塊內(nèi)部孔隙增大，相互作用力減小，摩擦阻力減小，從而使得抗壓強(qiáng)度減小。

水灰比為0.32時(shí)的實(shí)際孔隙率 表3

圖3 設(shè)計(jì)孔隙率對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

在骨料用量不變的情況下，改變5～10mm：10～15mm的骨料用量的比值，研究其對(duì)透水混凝土的力學(xué)影響。由表2和圖4分析得，骨料比值在4:1～1:4時(shí)，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度逐漸減小。因?yàn)?0～15mm的骨料用量增加，使試塊內(nèi)部的孔隙增加，摩擦阻力削弱，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度減低，對(duì)透水混凝土的力學(xué)性能有極大的弊處。因此在實(shí)踐中應(yīng)適當(dāng)選擇骨料比例，以保證透水混凝土的力學(xué)性能。

圖4 不同骨料粒徑用量比例對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

①綜合水灰比和設(shè)計(jì)孔隙率分析，水灰比為0.28，設(shè)計(jì)孔隙率為25%時(shí)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度的綜合性能最佳；在水灰比和設(shè)計(jì)孔隙率確定的情況下，在施工過(guò)程中選擇良好的骨料級(jí)配有助于提高透水混凝土的抗壓強(qiáng)度。

②實(shí)際結(jié)果分析得，在控制變量的條件下，實(shí)驗(yàn)在一定的范圍內(nèi)，改變水灰比，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度與水灰比呈正相關(guān)。超過(guò)一定的范圍，可能不利于研究透水混凝土的抗壓強(qiáng)度，如實(shí)驗(yàn)中水灰比達(dá)到0.32以后，抗壓強(qiáng)度下降，在工程應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際要求確定透水混凝土的配合比，使抗壓性在工程應(yīng)用中達(dá)到最優(yōu)。

4 展望

透水混凝土作為生態(tài)環(huán)保型使用，對(duì)城市水澇起到一定的改善作用。

雖然國(guó)內(nèi)對(duì)透水混凝土的使用不廣泛，但在一些沿海地區(qū)城市的帶領(lǐng)下透水混凝土正在逐步推廣使用，透水混凝土的特點(diǎn)在建設(shè)使用過(guò)程中將會(huì)慢慢體現(xiàn)出來(lái)。