賀圖升，謝夢倩，劉洋，田長安，黎載波

(韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與土木工程學(xué)院，韶關(guān) 512005)

透水混凝土作為一種路面鋪裝材料，因其透水性、吸聲降噪以及降低城市“熱島效應(yīng)”等作用而受到廣泛關(guān)注[1]。透水混凝土是由集料表面包裹水泥基漿體而形成的統(tǒng)一整體，屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)，具有高空隙率、高透水性以及低抗壓強度等特點[2]。對于透水混凝土而言，只有保證一定的有效空隙率，才能確保透水混凝土具有排水、滲水、凈水等各方面的功能，同時，有效空隙率還直接影響到透水混凝土的力學(xué)性能、透水性能以及耐久性。因此，有效空隙率是透水混凝土配合比設(shè)計的一個重要指標(biāo)[3]。空隙率過大或過小均會對透水混凝土產(chǎn)生不利影響?？障堵蔬^大，透水混凝土強度偏低，易造成集料剝落、松散等問題；空隙率過小，透水混凝土易造成堵塞，影響透水性能。

已有研究表明[4,5]，空隙率的大小與集灰比、水灰比、集料級配、集料空隙率、透水混凝土表觀密度以及理論空隙率等因素密切相關(guān)，然而各因素對空隙率的影響程度如何有待進一步探討。針對幾組不同配合比及集料級配的透水混凝土試驗結(jié)果，引入灰色系統(tǒng)理論對其進行分析，確定各因素對透水混凝土有效空隙率的影響程度，為透水混凝土配合比設(shè)計與工程施工提供參考。

1 試 驗

1.1 試驗材料

水泥采用PO42.5R普通硅酸鹽水泥，密度3.05 g/cm3，勃氏比表面積為385 m2/kg，3 d和28 d抗壓強度分別為29.1 MPa和49.1 MPa；集料：粒徑為4.75～9.5 mm與9.5～16 mm兩種單粒級石灰?guī)r碎石，表觀密度2.733 g/cm3；外加劑：西卡聚羧酸鹽高效減水劑(ES-600WH，固含量20%)。

1.2 方法

1.2.1 攪拌與成型工藝

攪拌成型工藝：先將水泥與水在攪拌機中攪拌1 min，然后將稱量好的集料浸濕并加入到水泥漿中攪拌2 min后出料，再裝入100 mm×100 mm×200 mm的試模；成型時將新拌混凝土分2層(每層50 mm)裝入模具，第一層用振動臺震動5～10 s，第二層在振動臺振動10～15 s同時施加一定壓力(0.06 MPa)；試件成型后立即帶模具進行標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(溫度(20±2)℃，相對濕度95%以上)，24 h后拆模，繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護至規(guī)定齡期。

1.2.2 集料空隙率測定

按照J(rèn)TG E42—2005《公路工程集料試驗規(guī)程》測定粗集料的空隙率。

1.2.3 混凝土表觀密度與抗壓強度測定

按照DL/T 5150—2017《水工混凝土試驗規(guī)程》測定透水混凝土的表觀密度和抗壓強度。

1.2.4 混凝土有效空隙率測定

將試件完全浸泡在清水中24 h后，測試水中試件的質(zhì)量(m1)，然后把試件取出，在空氣中干燥24 h后測量其質(zhì)量(m2)，有效空隙率P(這里指開口總空隙率)可通過下列公式計算

式中，V為試件的體積，cm3；ρw為水的密度，g/cm3；試件的質(zhì)量用美國雙杰電子秤JJ2000Y(量程2 000 g)，精確到0.1 g；試件的尺寸采用游標(biāo)卡尺測量，精確到1 mm。

1.2.5 透水混凝土透水系數(shù)測定

依據(jù)《透水路面磚和透水路面板》(GB/T 25993—2010)標(biāo)準(zhǔn)來測定透水混凝土的透水系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是基于行為因子序列微觀或宏觀的幾何接近，以分析和確定因子間的影響程度或因子對主行為的貢獻程度而進行的一種分析方法。其目的在于尋求系統(tǒng)中各因素之間的主要關(guān)系，找出影響目標(biāo)值的重要因素，從而掌握事物的主要特征[6]。

首先確定系統(tǒng)行為特征X0={x0(k)}為參考序列(又稱母序列)，k=1,2,…，n；Xi={xi(k)}為比較序列(又稱子序列)，k=1,2,…，n，i=1,2,…，m。

灰色關(guān)聯(lián)度的計算步驟：

1)對各數(shù)據(jù)序列進行初值化

2)計算被評價對象子序列與母序列對應(yīng)元素的絕對差值Δ0i(k)，即

Δ0i(k)=|x′0(k)-x′i(k)|k=1,2,…，n，i=1,2,…，m

4)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)：分別計算每個比較序列與參考序列對應(yīng)元素的關(guān)聯(lián)系數(shù)

式中，ξ為分辨系數(shù)，通常ξ取0.5。

5)計算關(guān)聯(lián)度

2.1.1 灰色關(guān)聯(lián)度

以透水混凝土有效空隙率為母序列，以相應(yīng)各影響因素為子序列(見表1)，并計算各影響因素與透水混凝土有效空隙率之間的關(guān)聯(lián)度，見表2。

表1 母序列與子序列

表2 灰色關(guān)聯(lián)度

表2的計算結(jié)果顯示，各因素對透水混凝土有效空隙率的影響程度由大到小依次為：理論空隙率、集料空隙率、混凝土表觀密度、集灰比、水灰比、4.75～9.5 mm質(zhì)量百分比。

由上述排序結(jié)果表明：理論空隙率是影響透水混凝土有效空隙率的最主要因素；集料在透水混凝土中起支架作用，其空隙率反映了集料的堆積密實度以及集料之間的嚙合度，對透水混凝土有效空隙率具有重要影響；表觀密度反映了試件的密實程度，是與混凝土空隙率密切相關(guān)的因素；集灰比對透水混凝土有效空隙率有一定影響：隨著集灰比的降低，水泥用量相對增加將使集料之間的空隙被填充，導(dǎo)致集料之間原來連通的空隙會逐漸減小甚至變得不連通，而使透水混凝土的有效空隙率下降。

2.1.2 透水混凝土有效空隙率與理論空隙率之間的關(guān)系

由圖1可以看出，透水混凝土有效空隙率隨著理論空隙率的增加而增加；其有效空隙率與理論空隙率之間存在良好的線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達0.91。其原因主要是透水混凝土屬于骨架空隙結(jié)構(gòu)，隨著理論空隙率增加，在集料用量一定的情況下，水泥漿體用量相對減少，集料表面裹漿厚度減小，透水混凝土內(nèi)部有效空隙率相對增加。同時，由于透水混凝土有效空隙率與理論空隙率之間存在良好的線性相關(guān)性，據(jù)此，根據(jù)透水混凝土理論空隙率預(yù)測其有效空隙率；同時可采用絕對體積法，通過改變透水混凝土理論空隙率來調(diào)整其水泥漿體用量，進而改變透水混凝土的透水系數(shù)和抗壓強度，指導(dǎo)透水混凝土配合比設(shè)計。

2.2 透水混凝土有效空隙率與抗壓強度以及透水系數(shù)之間的關(guān)系

根據(jù)對不同配合比透水混凝土的有效空隙率與透水系數(shù)的測定，可以得出有效空隙率與透水系數(shù)呈線性正相關(guān)(見圖2)，相關(guān)系數(shù)達0.952。由此可以得出，不同配合比透水混凝土的透水系數(shù)都隨著有效空隙率的增大而增大，其原因主要是隨著空隙率的增大，混凝土內(nèi)部的連通孔增多，實際透水面積增大，透水受到的阻力相應(yīng)減少，導(dǎo)致單位時間內(nèi)通過的水量增加，因而透水系數(shù)增加。

由前面分析可知，透水混凝土有效空隙率與理論空隙率之間存在良好的線性相關(guān)，而有效空隙率與透水系數(shù)呈線性正相關(guān)，即理論空隙率與透水系數(shù)之間亦存在良好的線性相關(guān)。據(jù)此，可以根據(jù)理論空隙率預(yù)測透水混凝土的透水系數(shù)；因此，可采用絕對體積法，通過改變透水混凝土理論空隙率來調(diào)整其水泥漿體用量，進而改變透水混凝土的透水系數(shù)，以指導(dǎo)透水混凝土配合比設(shè)計。

根據(jù)對不同配合比透水混凝土的有效空隙率與28 d 抗壓強度的測定，可以得出有效空隙率與抗壓強度基本接近線性負(fù)相關(guān)(見圖2)，相關(guān)系數(shù)達0.892。其原因主要是：與普通混凝土中水灰比決定混凝土的抗壓強度不同，透水混凝土屬于干硬性混凝土，空隙率是影響透水混凝土抗壓強度的最主要因素，而水泥漿體對集料的均勻性包裹與否也是決定透水混凝土抗壓強度的重要因素，但低水灰比易造成集料與水泥漿體間粘結(jié)力下降，削弱了水灰比下降對水泥漿體的增強作用；同時透水混凝土高空隙率也大大削弱了水灰比的下降對透水混凝土的增強作用。因此，水灰比降低時，透水混凝土的整體抗壓強度提高并不明顯。

由于還有其他因素比如空隙形狀、大小與分布各不相同、骨料形狀、粒徑以及級配不同，水灰比不同、集灰比不同等，這些因素也都能對透水混凝土的強度起到直接的影響，因此，由圖2可以看出，有效空隙率與抗壓強度關(guān)系式的線性相關(guān)系數(shù)比有效空隙率與透水系數(shù)相關(guān)性系數(shù)差。

3 結(jié) 論

a.由灰色關(guān)聯(lián)分析方法獲得各因素對透水混凝土有效空隙率的影響程度由大到小依次為：理論空隙率、集料空隙率、混凝土表觀密度、集灰比、水灰比、4.75～9.5 mm集料質(zhì)量百分比。

b.理論空隙率是影響透水混凝土有效空隙率最主要因素；集料空隙率反映了集料的堆積密實度，是影響透水混凝土有效空隙率的重要因素；表觀密度反映了試件的密實程度，是與混凝土有效空隙率密切相關(guān)的因素；集灰比越小，水泥用量相對越高，其填充作用使集料間的空隙率減小，也是影響透水混凝土有效空隙率的重要因素。

c.透水混凝土有效空隙率與其理論空隙率、抗壓強度以及透水系數(shù)存在良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)達0.89以上。