鄭 東，吳榮興，2，金佳妮，王海林

（1.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，浙江 寧波315800；2.寧波大學(xué)機械與力學(xué)學(xué)院，浙江 寧波315211）

現(xiàn)代城市建設(shè)離不開混凝土材料，它構(gòu)成了城市的主要地表，與自然地表相比，普通混凝土路面缺乏呼吸性、吸收熱量和滲透雨水的能力，帶來了一系列的環(huán)境問題［1-2］。透水混凝土路面可以降低城市降雨的峰值流量，并且能夠使?jié)B入的雨水得到部分凈化［3-5］。因此透水混凝土的研制是解決國家“大城市”病的有效途徑和構(gòu)建“海綿城市”的必由之路。

透水混凝土強度的影響因素和提高強度的方法首先引起了研究人員的關(guān)注。在透水混凝土中加入各種摻料可以有效提高透水混凝土強度，但是會降低透水性［6-7］。透水性能的研究主要集中在骨料性質(zhì)和成型過程對透水性能影響的分析，包括了透水混凝土空隙率和透水性能的理論分析［8-9］。與此同時，再生骨料透水混凝土的各種性能分析也得到了相應(yīng)的研究［10］。

為了獲得透水混凝土的最佳綜合性能，這里分析了不同水灰比、骨膠比、外加劑和硅粉的透水混凝土的力學(xué)和透水性能，為透水混凝土的綜合應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 試驗設(shè)計

1.1 原材料

試驗采用水泥為上海海螺水泥有限責任公司生產(chǎn)的海螺P·O42.5普通硅酸鹽水泥，質(zhì)量符合《通用硅酸鹽水泥（GB 175—2007）》要求。采用的粗骨料是來自寧波北侖某礦山的瓜子片。為了獲得較高的透水性能，選用的石子粒徑為5～10 mm，為不連續(xù)級配石子。采用的減水劑和硅粉分別為萬山集團有限公司生產(chǎn)的萘系減水劑和清河縣創(chuàng)盈金屬材料有限公司生產(chǎn)的高純硅粉，均符合相關(guān)國家標準?；炷涟韬陀盟捎脤幉ㄊ斜眮鰠^(qū)當?shù)刈詠硭?，符合《混凝土用水標準（JGJ 63—2006）》要求。

1.2 制作工藝

先將粗骨料和70%的水進行拌和并攪拌1 min，然后加入50%的膠凝材料和全部外加劑，繼續(xù)攪拌1 min，最后將剩余的50%膠凝材料和30%的拌合水加入攪拌機，攪拌2 min。成型時將混凝土拌合物分三次，每次50 mm厚度裝入150 mm×150 mm×150 mm的試模中，每層用鋼筋或鐵棒搗插約20次。試件成型后，帶模覆蓋養(yǎng)護，24 h拆模，送入標養(yǎng)室養(yǎng)護28 d。

1.3 抗壓強度測定

試驗參照《混凝土強度檢驗評定標準（GB 50107—2010）》規(guī)定測試透水混凝土試塊的立方體抗壓強度，試塊荷載增加速度控制在0.3～0.5 MPa／s，并用下面公式計算

式中：σ、F、A分別為立方體混凝土的抗壓強度、破壞荷載和受壓面積。

實驗設(shè)備采用寧波同和檢測有限公司的全自動混凝土壓力試驗機。

1.4 透水性能測定

透水性能測定采用自制的簡易透水性能測定裝置，為兩端開口的透明亞克力材質(zhì)長方體。長方體側(cè)面固定測量用的刻度尺，對試件的側(cè)面縫隙采用滾蠟密封處理，保證水不往側(cè)面滲漏［8］。實驗過程中，往裝置內(nèi)加水到固定高度開始記錄水柱自然下降所需的時間，透水性能用下式計算。

式中：K、H、t分別為透水系數(shù)、定水位點至透水面高度和透水時間。

2 實驗結(jié)果與分析

透水混凝土的每個配合比制作3個標準試件，固定水量的透水時間取三組的平均值。首先分析水灰比對透水混凝土強度與透水性能的影響，骨膠比取1∶4，不摻任何外加劑。獲得的透水混凝土抗壓強度和固定水量的透水時間與水灰比關(guān)系見圖1、圖2。

圖1 透水混凝土抗壓強度與水灰比關(guān)系

圖2 透水混凝土固定水量的透水時間與水灰比關(guān)系

從圖1可以看出，隨著水灰比的增加，透水混凝土強度先逐漸增加，當水灰比在0.26后逐漸下降。這一結(jié)果與普通混凝土的表現(xiàn)一致。在一定范圍內(nèi)，提高水灰比將增加混凝土的和易性和強度，當超過一定范圍后，水灰比的提高會造成透水混凝土的自由水過多，混凝土成型后致密性降低，從而降低了透水混凝土的強度［4］。從圖2可以發(fā)現(xiàn)，隨著水灰比的增加，固定水量的透水時間先稍稍增加后逐漸減小。主要原因是隨著水灰比的增加，透水混凝土的密實性能得到提高，導(dǎo)致透水率下降，特別是水灰比過大，稀稠的膠結(jié)漿體會堵塞透水空隙，造成封底現(xiàn)象。

圖3和圖4的透水混凝土的水灰比為0.24，不摻任何外加劑。從圖3可知，隨著骨膠比的增加，透水混凝土的強度先增加后下降。透水混凝土強度主要受粗骨料的影響，但是骨膠比到一定比例后，由于膠凝材料包裹不足，強度反而下降。由圖4可知，隨著骨膠比的增加，透水性能先增加后稍微下降，骨料的增加造成混凝土內(nèi)部空隙率增加［9］。這樣就確定透水混凝土的水灰比為0.24，骨膠比為1∶4，繼續(xù)分析減水劑和硅粉摻量的影響。

圖3 透水混凝土抗壓強度與骨膠比關(guān)系

圖4 透水混凝土固定水量的透水時間與骨膠比關(guān)系

這里需要指出的圖5橫坐標的混凝土減水劑摻量是非均值的。圖5表明減水劑對透水混凝土強度還是有影響的，減水劑摻量增加后，降低水泥顆粒與粗骨料界面上水的張力，甚至消失，使得骨料間的潤滑性更好，排列更緊密，從而強度得以提升。

圖5 透水混凝土抗壓強度與減水劑摻量關(guān)系

圖6表明隨著硅粉摻量的增加，透水混凝土強度得到明顯提高，但是硅粉摻量在6%以后，強度出現(xiàn)下降趨勢，該趨勢和阮玉坤等在研究硅粉對低水灰比混凝土實驗較為一致［11］。硅粉顆粒較水泥顆粒更為細小，比表面積更大，從而吸附了大量的自由水，使得粗骨料表面水膜變薄，改善了骨料界面的密實度；其次硅粉與水泥水化生成的Ca（OH）2反應(yīng)，生成強度更高的（C－S－H）凝膠，從而增強了透水混凝土的強度。但隨著硅粉含量的增加，當硅粉增加的強度不足以抵消由于水泥所提供的強度損失時，混凝土的強度便開始下降。隨著硅粉摻量增加，透水性能略有增加［11］。綜合考慮圖1～6，可以選擇水灰比為0.24，骨膠比為1∶4，添加1.5%減水劑和6%硅粉摻量的透水混凝土作為最佳配比。

圖6 透水混凝土抗壓強度與硅粉摻量關(guān)系

3 結(jié) 語

通過對不同水灰比、骨膠比、外加劑和硅粉摻量的透水混凝土試件的立方體抗壓強度和透水性能實驗，分析了水灰比、骨膠比、外加劑和硅粉對透水混凝土力學(xué)和透水性能的影響。提出了水灰比為0.24，骨膠比為1∶4，添加1.5%減水劑和6%硅粉摻量作為透水混凝土的最佳配比。