周太華 陳征征 趙晨陽(yáng)

摘? 要：為了研究骨膠比和水灰比對(duì)透水混凝土的整體抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的直接影響，研究出綜合性能最好、性價(jià)比最好的配合比。將使用單一變量法，設(shè)計(jì)不同的骨膠比和水灰比進(jìn)行試驗(yàn)，從而得出抗壓強(qiáng)度與透水系數(shù)的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，透水混凝土整體的抗壓強(qiáng)度及透水系數(shù)與相應(yīng)的配合比有較大的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：透水混凝土;骨膠比;水灰比;抗壓強(qiáng)度;透水系數(shù)

0引言

近代以來(lái)，隨著現(xiàn)代人們需求的不斷提高，城市化的推動(dòng)和建設(shè)也在突飛猛進(jìn)，雖然這一時(shí)期人們的物質(zhì)和生活條件都得到顯著的提高和改善，但同時(shí)也給城市帶來(lái)了各種嚴(yán)峻的環(huán)境污染問(wèn)題——城市中的雨水不能及時(shí)收集和利用，造成資源浪費(fèi)，并且導(dǎo)致空氣中熱量難以正常流通，造成“熱島效應(yīng)”[1]。透水混凝土恰好可以有效的解決雨水再利用的問(wèn)題。一些學(xué)者也對(duì)此進(jìn)行了一些研究：邊亞?wèn)|等[2]在透水混凝土強(qiáng)度研究中，得出混凝土強(qiáng)度會(huì)受到水灰比，再生骨料粒徑和目標(biāo)孔隙率的影響。佟鈺[3]等人在對(duì)透水混凝土的研究當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水灰比為0.38～0.41時(shí)，骨膠比為4.0～4.6，相應(yīng)的整體強(qiáng)度最好。袁漢卿[4]在對(duì)透水混凝土的研究中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)骨料被50%取代時(shí)，強(qiáng)度最好。Muhammad[5]研究透水混凝土，得到孔隙率和滲透系數(shù)對(duì)抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度滲透性的影響。Chindaprasirt[6]研究發(fā)現(xiàn)，添加適量的細(xì)砂和粉煤灰可以提高透水混凝土整體的強(qiáng)度[7]。

本文將透水混凝土的水灰比和骨膠比作為兩個(gè)變量，對(duì)比各組試驗(yàn)分析研究透水混凝土的抗壓強(qiáng)度、水灰比、骨膠比、透水系數(shù)四者之間的關(guān)系。歸納出透水混凝土整體性能最佳的配合比，以減少工程中的不必要用料。

1試驗(yàn)原材料

原材料主要包括水泥、礫石、水。其中復(fù)合水泥采用的是由安徽宿州海螺水泥公司生產(chǎn)的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，性能標(biāo)準(zhǔn)如圖表1，水泥的物理性能如表2，水泥的化學(xué)物質(zhì)組成如表3。石子購(gòu)自江蘇揚(yáng)州某公司，采用5-10mm的礫石粗骨料，性能測(cè)試如圖表4。

表1水泥技術(shù)性能指標(biāo)

項(xiàng)目凝結(jié)時(shí)間抗折強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度細(xì)度篩余/%初凝/min終凝/h3d28d3d28d標(biāo)準(zhǔn)≥45≤10≥3.5≥6.5≥16.0≥42.5≤10表2 水泥的物理性能

項(xiàng)目凝結(jié)時(shí)間（h：min）抗折強(qiáng)度（MPa）抗壓強(qiáng)度（MPa）安定性初凝終凝3d28d3d28d測(cè)量2：156：075.27.532.458合格表3 P.O42.5水泥的化學(xué)組成

品種SiO2Al2O3CaOMgOK2OFe2O3Na2OSO3燒失量組成（%）19.54.261.51.62.05.01.11.43.7表4 粗骨料技術(shù)性能指標(biāo)

石子粒徑/mm緊密堆積密度/（kg/m3）表觀密度/（kg/m3）空隙率/%5-101485270544.72實(shí)驗(yàn)方法及配合比設(shè)計(jì)

2.1配合比設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)中為探究透水混凝土其強(qiáng)度、透水系數(shù)與骨膠比、水灰比之間的關(guān)系，所以體積法是本文實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。一般混凝土大多只需考慮良好的力學(xué)性能，但透水混凝土與一般混凝土不同，還應(yīng)考慮透水問(wèn)題。由于需要控制骨灰比和水灰比，故采用固定水泥用量，從而變相控制粗骨料和水的用量。透水混凝土配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)圖表3。

表3配合比設(shè)計(jì)

編號(hào)石子（kg）水泥（kg）水（kg）骨膠比水灰比A11.2000.3000.0904.000.30A21.2750.3000.0904.250.30A31.3500.3000.0904.500.30D11.2000.3000.0754.000.25D21.2000.3000.1054.000.35D31.2000.3000.1204.000.402.2實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1試拌及養(yǎng)護(hù)

攪拌方式為人工攪拌，將骨料和膠凝材料混合攪拌30秒，然后加入相應(yīng)比例的水?dāng)嚢栉宸昼?，然后放?00.00mm的立方體的模具中，在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)5-10秒，最后將試塊貼膜養(yǎng)護(hù)。待試塊成型一天后取出，放入SHBY-40B型水泥砼恒溫標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至14d。

2.2.2透水混凝土單軸壓縮試驗(yàn)

透水混凝土單軸壓縮試驗(yàn)所使用的的機(jī)器是濟(jì)南科匯試驗(yàn)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。對(duì)六組不同的試塊進(jìn)行等壓力變化壓縮試驗(yàn)，得出相關(guān)的應(yīng)力曲線，從而進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2.3透水混凝土透水系數(shù)的測(cè)試

根據(jù)《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程（CJJ/T135—2009）》附錄A的規(guī)定，使用Φ100mm×100mm的模具，脫模后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，最后進(jìn)行透水混凝土的透水系數(shù)的測(cè)試，將測(cè)試得到的透水系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，繪出相關(guān)的曲線。

3試驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析

3.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)

對(duì)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)14d的透水混凝土試塊進(jìn)行測(cè)定，探究其骨膠比、水灰比、抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)四者之間的關(guān)系。對(duì)六組不同配合比的試塊，分別進(jìn)行抗壓和透水系數(shù)的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖表5所示。

表5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

編號(hào)抗壓強(qiáng)度/（MPa）透水系數(shù)/（cm/s）A138.105.96A237.327.59A330.878.35D132.986.30D235.865.84D333.035.323.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

影響透水混凝土抗壓強(qiáng)度的因素主要有粗骨料之間的機(jī)械咬合力，還有膠凝材料漿體包裹粗骨料的程度。影響透水系數(shù)的主要因素是透水混凝土試塊的孔隙率。

（1）骨料作為透水混凝土的主要結(jié)構(gòu)骨架，其粒徑大小對(duì)透水混凝土的基本性能有著較大影響。從圖1和圖2中可發(fā)現(xiàn)透水混凝土在相同的水灰比的情況下，隨著透水混凝土骨膠比的增大，而使透水混凝土的整體抗壓強(qiáng)度逐漸降低，然而透水系數(shù)會(huì)逐漸增加，并且骨膠比在4.25-4.50時(shí)的降低尤為明顯，同時(shí)骨膠比在4.00-4.25時(shí)透水混凝土的透水系數(shù)增長(zhǎng)也十分明顯。隨著骨膠比的增大，骨料之間的接觸面積減少趨勢(shì)相對(duì)較大，膠結(jié)體包裹骨料愈加不均勻，黏結(jié)點(diǎn)減少較多，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷增多，從而使骨料之間的機(jī)械咬合力降低。黏結(jié)點(diǎn)變少的同時(shí)，透水混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)空隙增大，孔隙率增加，透水系數(shù)逐漸增大。因此對(duì)于透水混凝土而言，在抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)兩個(gè)要素的制約下，骨膠比選用在4.25左右時(shí)，透水混凝土整體抗壓強(qiáng)度與透水性綜合性能相對(duì)最優(yōu)。

（2）在骨膠比相同的情況下，骨膠比對(duì)透水混凝土的影響如圖3和圖4，從中可發(fā)現(xiàn)，水灰比在0.25-0.30時(shí)，透水混凝土的強(qiáng)度增加，而隨后抗壓強(qiáng)度隨水灰比的增大而減小，但減小的幅度較小。透水系數(shù)隨水灰比增大而一直減小。骨膠比不變的條件下，在水灰比增加的同時(shí)，膠凝材料用量不變，水的用量增加，水泥膠凝材料水化反應(yīng)得到充分反應(yīng)，膠凝材料漿體更充分均勻的包裹粗骨料，因此水灰比在0.25-0.30時(shí)，透水混凝土強(qiáng)度隨水灰比增大而增強(qiáng)，但當(dāng)水灰比在0.30-0.40時(shí)，水泥膠凝材料用量不變，水的用量逐漸增加，導(dǎo)致膠凝材料漿體的流動(dòng)性不斷增大，產(chǎn)生離析現(xiàn)象，在制作試塊和試塊成型的過(guò)程中膠凝材料漿體從模具底端中流淌出來(lái)，致使透水混凝土中的粗骨料包裹程度降低，從宏觀力學(xué)中呈現(xiàn)抗壓強(qiáng)度降低。

在骨膠比不變，水灰比不斷增加的過(guò)程中，透水系數(shù)會(huì)不斷降低，因?yàn)樗挠昧坎粩嘣黾幽z凝材料漿體流動(dòng)性增大，透水混凝土中的空隙被填充，使連續(xù)空隙更難形成，透水通道減少，透水系數(shù)降低。

因此在骨膠比相同的情況下，水灰比應(yīng)選用0.30左右，此時(shí)水泥膠凝材料水化程度相對(duì)更充分，且透水系數(shù)良好。

4結(jié)論

（1）影響透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的主要因素是不同的骨膠比，較大的骨膠比會(huì)導(dǎo)致混凝土抗壓不足。水灰比只有在0.25-0.30時(shí)對(duì)透水混凝土的整體抗壓強(qiáng)度有較大的直接影響，且會(huì)使其抗壓強(qiáng)度有所提升。而后的對(duì)水灰比的繼續(xù)增加，并不利于透水混凝土的抗壓強(qiáng)度與透水性。

（2）測(cè)試分析結(jié)果表明，在整體水灰比始終保持不變的條件下，不論是整體抗壓強(qiáng)度，還是透水混凝土透水系數(shù)，骨膠比對(duì)其的抗壓強(qiáng)度影響都相對(duì)較大，且其整體抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)。

（3）綜合本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)在透水混凝土中，骨膠比對(duì)其的影響很大程度的超過(guò)了水灰比對(duì)其的影響。在實(shí)際施工應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際工程要求，先確定各種透水混凝土材料的水灰比，再使用適當(dāng)?shù)墓悄z比，使其能夠在優(yōu)良的透水性和高強(qiáng)度之間取得良好的平衡。

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作者簡(jiǎn)介：周太華，男，漢族，籍貫：安徽宿州，生于：2000-12-29，本科在讀，研究方向：土木工程。

陳征征，女，漢族，籍貫：安徽宿州，生于：1989-4-2，職稱：講師， 碩士研究生學(xué)歷，研究方向，結(jié)構(gòu)支護(hù)、建筑材料。

趙晨陽(yáng)，女，漢族，籍貫：安徽宿州。

基金項(xiàng)目：國(guó)家級(jí)訓(xùn)練項(xiàng)目（201910379051）;國(guó)家級(jí)訓(xùn)練項(xiàng)目（202110379013）