劉 建，楊建永，李 俊，婁建新

(江西理工大學(xué) 土木與測(cè)繪工程學(xué)院，江西 贛州 341000)

0 前 言

我國南方地區(qū)主要位于亞熱帶地區(qū)，有著太陽曝曬、高溫、多雨的地域特征，現(xiàn)行城市道路路面主要為普通混凝土或者瀝青混凝土。隨著城市地面的硬化，生態(tài)綠化面積也在不斷地減少，大量的熱島現(xiàn)象、城市的內(nèi)澇、行駛噪音等也愈來愈影響著人們的日常生活，在海綿城市建設(shè)的大背景下，于是具有一定力學(xué)強(qiáng)度且透水性好的透水混凝土應(yīng)運(yùn)而生[1-3]。研究表明，影響透水混凝土透水性和強(qiáng)度的因素很多，本文將從試驗(yàn)的角度進(jìn)行深入研究，但由于影響因素過多，并且每個(gè)因素都需要對(duì)該水平進(jìn)行多次選擇才能探索規(guī)律，為了使試驗(yàn)方便和科學(xué)，使用正交方法來進(jìn)行試驗(yàn)研究。在本文中，設(shè)置了4個(gè)因素：目標(biāo)孔隙率、粉煤灰的量、硅粉的量和納米SiO2的量，以及每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)變化水平的正交試驗(yàn)，分別對(duì)這些因素進(jìn)行組合，進(jìn)行極差分析，找出目標(biāo)孔隙率、粉煤灰的量、硅粉的量和納米SiO2的量這4個(gè)因素對(duì)透水混凝土相關(guān)性能的影響程度，并最終確定最優(yōu)配合比。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料選取

粗骨料選擇使用贛州本地產(chǎn)的4.75～9.5 mm碎石，表觀密度為2 732 kg/m3,堆積密度為1 493 kg/m3；水泥：江西錦溪塑料制品有限公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥；摻和料：細(xì)度模數(shù)為45 m的Ⅱ級(jí)粉煤灰；硅灰平均粒徑0.1～0.3 m；納米SiO2采用泰鵬金屬材料有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，性能參數(shù)見表1；外加劑：FDN-C萘系高效減水劑;水：自然水。

表1 納米SiO2性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法

1)按照《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2019)規(guī)范進(jìn)行透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn);參照規(guī)范《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 135—2009)對(duì)透水混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)；掃描電鏡:諾賽德自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的EVO18型掃描電子顯微鏡。

2)透水系數(shù)的測(cè)定:參照規(guī)范《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 135—2009)，透水性系數(shù)的計(jì)算公式改編為：

(1)

式中，K為試樣的透水系數(shù)，mm/s;Q為時(shí)間t秒內(nèi)滲出的水量，mL;A為試塊的透水面面積，mm2;t為時(shí)間，s。

3)有效孔隙率測(cè)試：按照孔隙率測(cè)試公式進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式中，P為孔隙率；m1為試塊在水中的質(zhì)量，g；m2為試塊在烘箱中烘24 h后的質(zhì)量，g；V為試塊的體積，m3。

養(yǎng)護(hù)28 d后的透水混凝土試詳見圖1。

圖1 養(yǎng)護(hù)28 d后的透水混凝土試件

1.3 試驗(yàn)配合比

本試驗(yàn)確定了4個(gè)因素：目標(biāo)孔隙率、粉煤灰的量、硅粉的量和納米SiO2的量，每個(gè)因素有3個(gè)變化水平，試驗(yàn)前期，進(jìn)行了大量的水灰比適配工作，通過設(shè)置不同的水灰比進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)合理的水灰比應(yīng)控制在0.32左右，減水劑的摻量為0.5%。在該試驗(yàn)中發(fā)生變化的4個(gè)因素是目標(biāo)孔隙率、粉煤灰的量、硅粉的量和納米SiO2的量，分別計(jì)為A、B、C、D，針對(duì)每個(gè)因素，設(shè)置合適的百分比，試驗(yàn)的各因素以及各因素選取的水平如表2所示。

表2 因素與水平情況表 %

試驗(yàn)選用4因素、3水平的試驗(yàn)設(shè)計(jì)表，根據(jù)正交試驗(yàn)表格的設(shè)計(jì)原則，本正交試驗(yàn)選用的為L9(34)正交試驗(yàn)表，總共需進(jìn)行9組試驗(yàn)，其具體表示方法如表3所示。

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

按照上面列出的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表，根據(jù)配合比計(jì)算方法就可以計(jì)算出制備單位體積透水混凝土各原材料的用量，如表4所示。

表4 單位體積透水混凝土正交試驗(yàn)配合比 單位：kg/m3

2 結(jié)果與分析

下列將抗壓強(qiáng)度、孔隙率和透水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果分類成3個(gè)表，目的是讓其更直觀和方便地進(jìn)行分析，然后再進(jìn)行極差分析計(jì)算。表中的符號(hào)K1、K2、K3和K4分別顯示了4個(gè)不同水平因素對(duì)性能的影響程度，也能判斷出最佳水平。每個(gè)因素在不同水平下的平均值ki的極差R的大小，反映的是這個(gè)因素在不同的水平下對(duì)透水混凝土的影響情況，如果極差值越大的話，這就意味著這個(gè)因素的水平變化對(duì)混凝土影響程度大，這個(gè)因素就是主要的而不是次要因素。

2.1 抗壓強(qiáng)度性能分析

通過使用極差分析的方法對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度的結(jié)果進(jìn)行分析，這能很好得到各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的主次關(guān)系，能通過數(shù)據(jù)分析表示出各因素的重要性，這對(duì)找到各因素對(duì)其性能的影響規(guī)律有很大的幫助，計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果極差分析表

2.2 有效孔隙率性能分析

通過使用極差分析的方法對(duì)透水混凝土孔隙率的結(jié)果進(jìn)行分析，這能很好得到各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的主次關(guān)系，計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果極差分析表 %

2.3 透水系數(shù)性能分析

通過使用極差分析的方法對(duì)透水混凝土透水系數(shù)的結(jié)果進(jìn)行分析，這能很好得到各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的主次關(guān)系，計(jì)算結(jié)果如表7所示。

表7 透水系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果極差分析表

3 結(jié) 論

通過以上正交試驗(yàn)分析可知：①影響透水混凝土抗壓強(qiáng)度的因素主次順序?yàn)槟繕?biāo)孔隙率、硅灰摻量、粉煤灰摻量、納米SiO2摻量，其最優(yōu)的因素水平組合是目標(biāo)孔隙率取16%、硅灰摻量為8%、粉煤灰摻量取10%、納米SiO2摻量為0.5%；②影響透水混凝土孔隙率的因素主次順序?yàn)椋耗繕?biāo)孔隙率、粉煤灰摻量、硅灰摻量、納米SiO2摻量，最優(yōu)的因素水平組合是目標(biāo)孔隙率取24%、粉煤灰摻量取10%、硅灰摻量為2%、納米SiO2摻量為1%；③影響透水混凝土透水系數(shù)的因素主次順序?yàn)椋耗繕?biāo)孔隙率、硅灰摻量、粉煤灰摻量、納米SiO2摻量，最優(yōu)組合是目標(biāo)孔隙率取24%、硅灰摻量為8%、粉煤灰摻量取20%、納米SiO2摻量為1%。

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