透水混凝土的配合比设计与性能研究

透水混凝土的配合比设计与性能研究

汪群

中国葛洲坝集团第一工程有限公司湖北省宜昌443002

摘要：透水混凝土是一种多孔、轻质、无细骨料混凝土，将水泥、特殊添加剂、骨料、水用特殊配比混合而成，由粗骨料表面包覆一层胶结料相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，它比其他地面铺装材料更加优良、绿色、创新、环保，有很好的透水性、保水性、通气性，水能够很快地渗透混凝土。但是，由于透水混凝土由粗骨料构成，孔隙率较大，其抗压强度就会受到影响，如果继续以通常的方法制作透水混凝土就难以保证它的强度超过20MPa，这也就局限了透水混凝土的普及范围。

关键词：透水混凝土；配合比设计；性能

1原材料情况

1.1水泥

采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，密度为2.94g/cm3，质量稳定、活性高。

1.2细集料

一般透水混凝土没有使用砂等细集料，而我们研究的高强高透水混凝土加入了细集料，并从骨料粒径、含砂量等方面进行实验，在保证透水性良好的前提下，降低部分空隙率，来提高透水混凝土强度。

1.3粗集料

碎石：粒径分别选用5-10mm、10-15mm和15-20mm碎石，级配、质地等均符合实验要求。

1.4掺和料

硅灰：密度为2.2g/cm3，比表面积是20.9m2/g。

1.5外加剂

本实验采用聚羧酸高性能减水剂，不仅可以减小单位用水量，还可以在孔隙率不变的情况下来提高混凝土抗压强度。

1.6拌和用水

本实验过程中均使用蒸馏水（若条件不便，也可以使用普通自来水）。

2实验过程

2.1搅拌

本次试验我们采用机械搅拌法。机械搅拌混凝土的投料顺序有一次投料法和二次投料法，我们此次试验使用一次投料法。在搅拌机的上料斗中依次先装石子、水泥和砂，然后一次投料，同时陆续加水。这种投料方法可使砂子压住水泥，水泥粉尘不致飞扬，并且水泥和砂子先进入搅拌筒形成水泥砂浆，缩短包裹石子的时间。

2.2成型工艺

在实验中，我们采用振动成型工艺，装模，并振动5s后，压实并找平试样表面，将成型后的试样表面覆盖，并在标准养护室中进行养护，养护条件：湿度不小于95%，温度20℃±2℃，试件成型24小时后脱模，脱模后在标准条件下养护7天。

2.3性能测试

①透水系数。将养护至龄期的试样放在透水装置中，并保证装置密不透水，然后从装置上部开始注水，水最终从排水管排出。注入的水与排出的水到达一定的平衡状态时，开始计时，计算并记录出水量和当时的水温，用已知数据便可得到透水系数。透水系数K计算公式：

（1）

式中：Kt——透水性混凝土的透水系数，mm/s；

Q——测试时间段△t内透过混凝土的水量，mm3；

D——透水性混凝土试件的厚度，mm；

A——透水性混凝土试件的面积，mm2；

H——水头，mm；

△t——测试时间，s。

②抗压强度。依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002）将150mm×150mm×150mm的立方体试样放在压力试验机上进行抗压强度检测，计算出抗压强度设计值。抗压强度计算公式（试验结果精确到0.1MPa）：

（2）

式中：fcc——混凝土立方体抗压强度

F——试件破坏荷载，N

A——试件承压面积，mm2

③孔隙率的测定。把试样放在水中浸泡1d，测出其质量后将其取出。再放置据得到孔隙率。

式中V1是试样的体积，cm3；是水的密度g/cm3。

透水混凝土配合比设计与性能研究里面这一块不完整

3结果与分析

3.1集料粒径对透水混凝土强度和孔隙率的影响

集料粒径逐渐增大的同时，其抗压强度出现先变大后减小的现象，集料粒径是5-10mm时，抗压强度出现最大值，通过对数据的分析，我们得出因为集料是透水混凝土的主要组成部分，集料粒径是透水混凝土的透水性能和抗压强度主要影响之一。集料粒径越大，堆积密度就越小，则试样强度越高，透水性就会越差。由此可见，透水混凝土的强度和透水性与集料粒径息息相关，在水泥用量不变的条件下，集料粒径越小，其单位体积下比表面积就会变大，透水混凝土集料颗粒之间接触点数量就越多，但是，较高的孔隙率无法承受太大的压力，因此综合各种因素，我们选择5-10mm的集料进行后续的试验以便更快实现高强度高透水混凝土。

3.2硅灰掺和量对透水混凝土强度和孔隙率的影响

在实验中，加入适量硅灰，不仅节约了水泥，还降低了用水量。从表格中的数据就可以看出，透水混凝土强度因硅灰掺和量的不断增大而出现先增大后减小的现象，所以我们选取12%作为我们实验的最佳掺和量。

表1硅灰掺和量对强度和孔隙率的影响

3.3水灰比对透水混凝土强度和透水率的影响

在透水混凝土中，水灰比与其强度、透水性能息息相关，在加了减水剂和降低水灰比的情况下，不仅透水混凝土的强度会增加，它的透水系数也将有所提高。当集料与水泥用量确定时，将对应一个最合适的水灰比，出现最大强度值，若实验结果小于这个水灰比值时，则影响强度的增大，所以控制水灰比值是提高强度和透水率的关键。经试验结果得出，最佳水灰比值为0.25-0.30。

3.4砂率对透水混凝土强度和孔隙率的影响

在一定的水泥，水灰比，外加剂下，改变加砂的量，分析砂率的变化对透水混凝土强度和孔隙率的影响。由我们得出的数据分析可得，当砂率为3.8%时，抗压强度明显增大，但是砂率过大会使孔隙率降低，破坏了混凝土的透水性。因此我们选用3.8%的砂率作为实验依据。

表2砂率对强度和孔隙率的影响

4透水混凝土的性能分析

4.1水灰比例对混凝土自身性能的影响

从透水混凝土的自身性能因素来看，强度因素和透水性因素可以被看做是这种混凝土材料的自身性能的集中表现。通过对这种混凝土材料的材料构成问题进行分析，我们可以发现，这一材料的水灰比例问题，会给材料的自身性能带来一定的影响，在对一材料的混合比参数问题进行应用的基础上，对这一问题进行探究的过程中，我们可以发现，在这种材料的水灰比例不断增大的情况下，这一材料的强度值会像数学领域中的二次函数图像那样表现出一种先逐渐增大，后逐渐变小的特点。在对水灰比例的变化问题给这一材料对透水系数所带来的印象来看，透水系数的降低，成为了这一因素给透水混凝土材料的透水系数所带来的影响的主要表现。在对这一现象的产生原因进行探究的过程中，我们可以发现，水灰比例对透水混凝土材料的整体质量的影响，是导致这一问题的一个主要原因。在透水混凝土材料中水灰比例值相对较小的情况下，这种混凝土材料会表现出含水量低的问题，在这种水泥材料处于低含水量的环境下，混凝土材料在建筑工程领域的应用过程中会很快进入干硬的状态。在这样的情况下，骨料间的空隙会表现出一种逐渐加大的趋势。在骨料空隙不断变大的情况下，这种混凝土材料的透水性能自然会得到大幅度的提升。随着水灰比例值的不断提升，水泥浆含量的上升会对骨料之间的缝隙进行充实，在这样的情况下，这种致密状态会让混凝土的强度得到有效的提升，但是在这一材料的自身强度进行提升的同时，材料的透水系数也表现出了直线下降的趋势，这样，为了让透水混凝土材料的自身性能得到充分的发挥，技术人员在研制这一材料的过程中，需要对这一材料的水灰比例问题进行严格的控制。

4.2骨料因素对透水混凝土自身特性的影响

在对这种混凝土材料的性能进行分析的过程中，骨料问题也是我们无法忽视的一个问题。从骨料因素对这一材料所带来的影响来看，骨料的颗粒直径问题，是这一问题的一个主要影响因素。在对二者之间的关系进行探究的过程中，一些学者通过实验论证，认为骨料的颗粒直径与混凝土材料单位体积的表面积之间存在着一种反比的关系，在对这一问题进行探究的过程中，笔者也对这种观点表示出了认同的态度。在土木工程施工领域，不论是普通的混凝土材料，还是透水混凝土材料，这两者之间的反比例关系都是可以成立的。在混凝土材料的实际应用过程中，骨料与一些胶凝材料之间的粘结力问题，也是我们不可忽视的一个问题。在对这一问题进行探究的过程中，我们可以发现，骨料单位体积表面积问题与这一问题之间存在着一种正相关的关系。在骨料的颗粒直径问题的影响下，单位体积的表面积愈大，骨料与胶凝材料之间的粘结力亦会愈大，这样，在骨料颗粒直径、混凝土单位体积的表面积和骨料胶凝材料之间的粘结力这三者之间，骨料的颗粒直径与骨料的这种粘结力之间似乎也表现出了一种反比关系。这种关系除了在透水混凝土材料中有所体现以外，也会在一般的混凝土材料中表现出来。

结论

综上所述，鉴于透水混凝土环保、透水等优势，我们已经广泛在停车场、人行道、广场中应用这类材料，伴随先进技术的研发与应用，透水混凝土必然会在未来有着更加广泛的应用前景。

参考文献：

[1]张安军.浅析透水混凝土在建筑工程中的应用及发展趋势[J].理论研究，2014（11）：52-53．

[2]胡春海.刍议透水混凝土在使用过程中的常见问题与对策[J].新型建筑材料，2016（04）：39-41．

[3]谭萌萌.论我国透水混凝土施工技术的发展现状[J].新型建筑材料，2013（09）：77-78．