透水性混凝土的研究与应用

透水性混凝土的研究与应用

摘要：文章针对不同水灰比、灰骨比、粗骨料的种类、矿物掺和料等对透水性混凝土材料强度的影响配制透水性混凝土。

关键词：透水性混凝土；灰骨比；粗骨料

透水混凝土是由集料、水泥和水拌制而成的，有时也掺入适量掺和料，其结构特点采用特定粒径集料作为骨架，胶结材料包裹在骨料表面作为胶结层，形成骨架——孔隙结构的蜂窝状多孔材料，故具有透气、透水和重量轻的特点。该混凝土在当前繁华大都市中替代不透水沥青和水泥混凝土路面非常有适用价值，因其具有空隙大、连通孔隙多，在雨季可以积蓄大量的地下水，调节城市的温湿度，而且，雨天道路表面不会积水、反光，这样可以很好的缓解不透水铺装对环境造成的影响。

目前，我国有一些地方已进行了大量的试验研究，虽有一定经验但在工程上应用的很少，国家还没有相应的规范明确具体的设计和施工方法。为做好技术储备工作，我们计划针对不同水灰比、灰骨比、粗骨料的种类、矿物掺和料等对透水性混凝土材料强度的影响配制透水性混凝土。

一、试验研究

（一）原材料

1．水泥

本试验研究应用选用冀东盾石42.5R P.O水泥

5．水：自来水

（二）试验依据标准

GBJ146-90粉煤灰混凝土应用技术规范

GB1596-91用于水泥和混凝土中的粉煤灰

GB82-85普通混凝土长期性能和耐久性试验

GB/T50080-2002 普通混凝土拌合物性能试验

（三）配合比的设计

1．目前透水性混凝土的配合比设计还没有成熟的计算方法，根据透水性混凝土理想模型的结构特点，认为透水性混凝土的外观体积由骨料堆积而成，混凝土所需的水泥浆包裹粗骨料表面，形成一定厚度的胶结层和在骨料之间形成连通的孔隙为宜。借鉴有关文献透水混凝土的水灰比选取0.30～0.45之间，水泥用量在250～350kg/m3范围内，容重为1900～2050kg/m3。

2．透水混凝土的空隙率计算公式为：

P=1-[（W1-W2）/V]

P—空隙率

W1—试件空气中质量（g）

W2—试件水中质量（g）

V—试件体积cm3（10*10*10=1000cm3）

（四）制作和养护方法

1．透水混凝土试样采用以下的制备工艺：

为研究该混凝土的透水情况，专门制作12组直径为10cm、高为20cm的圆柱体试件（做透水性试验），抗压试件使用尺寸为100×100×100mm、抗折试件使用尺寸为40×40×160mm，试模内外侧刷脱模剂。

2．将计量好的材料按以下顺序加入：先把除水和外加剂之外的其它材料干拌约30s，将其混合均匀，然后加入水及高效减水剂，搅拌约150s。观察当发现水泥浆在骨料颗粒表面包裹均匀后停止搅拌，卸料、人工稍加拌和，分2层装入圆柱体试模和抗压试模中，每层装好后，用捣棒或铲刀均匀插捣数次，装满后放置振动台振捣10～20s，最后用抹子将多余的混凝土刮下，制好编号后，立即移入标养室分7d、28d养护，达到相应龄期后，进行不同类别的试验。另外制作采用1.0MPa 压力进行静压成型的配比试块进行对比试验。

（五）试验内容

1．不同水灰比的试配配比

表5选用T2配比进行对比研究

序号

试验用配合比（kg）

注：T16配比混凝土拌和物搅拌均匀后，分2次装入试模内，每次装好后用捣棒均匀的插捣15次，插捣完毕后用木捶敲击试模侧面数次，刮去表面多余的混凝土后，用1.0MPa静压作用在试块上（24小时拆模时去除压力），完毕后即移入标准养护室。

表10不同粗骨料粒径

序号

2．试验分析

（1）水灰比对抗压强度的影响

试验设计了5种不同的水灰比，上表所示。当水灰比较小时，强度不高，与普通混凝土相反，这是因为此时混凝土干燥而不易均匀，而不能完全包裹骨料的表面，骨料之间的胶结层较薄而不连续，使混凝土骨料之间粘结不牢不利于强度的提高，因此强度较低。当水灰比达到0.35时强度达到最大值，此时形成的透水混凝土拌合物粗骨料表面包裹了一层胶结层，骨料之间通过胶结层连接，也有适当的孔隙保证混凝土的透气和透水。当水灰比再增大时，混凝土强度又开始降低，这是因为水灰比太大时水泥浆开始下滴，形成的试件下部较密实、没有孔隙，而上部则只是粗骨料堆积在一起，缺少胶结，因此整体强度也较低，其透水性大大降低甚至没有透水性能。

（2）灰骨比对抗压强度

试验设计了四种不同的灰骨比进行对比研究。从试验结果中可以得出，增大灰骨比即增加水泥用量，从而增加骨料周围所包裹的水泥薄层厚度、增大粘结面，可有效地提高透水混凝土的强度，但由于粘结面增大，会降低孔隙度，减弱透水性，到一定程度时，试块底部混凝土接近密实，失去透水意义。当灰骨比处于0.25~0.28之间时，透水混凝土在强度和孔隙率方面均能达到所设计要求。另外，由于小粒径骨料比大粒径骨料具有较大的比表面积，为保持水泥膜的合理厚度，小粒径骨料的灰骨比应适当比大粒径骨料大一些。

（3）骨料种类和级配

试验选用T2配合比进行不用骨料种类和不同级配的对比研究，从表中可以得出，采用卵石时强度要稍小于碎石时强度，采用单粒级骨料要小于采用连续粒级骨料强度，这和很多有关透水混凝土研究文献相符。其原因是因为骨料越粗糙，骨料粒径连续、大小不同，可以有效地提高骨料之间得接触点数量从而提高其强度，但为了使混凝土内形成大孔，要求粗骨料为单一粒径，因此，透水混凝土粗骨料选用单一粒径的碎石作为混凝土的支撑。

（4）掺和料掺量对透水混凝土的影响

试验设计了7种不同粉煤灰掺量的配合比进行研究。从表中看出当掺量在10%～15%时，透水混凝土的强度较高，在此范围之外，有不同程度的下降。试验过程中，掺加了粉煤灰的透水混凝土和易性明显要好于不掺的，而且粗骨料表面包裹的水泥浆很均匀不淌流，其拌合物更容易搅拌，工作性能好，是一种较理想的掺合物。这是因为粉煤灰掺和料粒径较水泥颗粒还要细微，在水泥胶体中具有微填充作用，使骨料与水泥浆体的界面强度得到改善，宏观上表现出整体强度的增加。

（5）不同成型振捣方式对透水混凝土的影响

本试验对使用标准振动台振捣和采用成型后静压方式进行对比研究。得出数据显示采用振捣方式明显比非振捣的透水混凝土强度有所增加，但孔隙率要小很多即透水性降低。

二、结论

1．水灰比是影响透水混凝土强度的主要因素之一，当水灰比在0.35左右时可以形成较理想的透水混凝土结构，具有较高的强度和一定的透水性。

2．碎石骨料比卵石骨料具有更高的强度。

3．通过掺加粉煤灰可以增加混凝土的拌合性能和混凝土的后期强度，当掺加到15%时，达到透水混凝土的最佳掺量，即有很好的强度和良好的透水性能。

4．在适宜的水灰比范围内，透水性混凝土的透水性随水灰比的增大而减小，采用单一粒径骨料可以改善混凝土透水性。

5．透水混凝土的强度和透水性成反比，在设计和实际应用中应根据工程具体要求，使用合适的配合比，该混凝土有别于普通混凝土，在运输和浇筑过程中应尤为注意，不能按常规方法进行施工。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。