高強(qiáng)透水混凝土的試驗(yàn)研究

胡新軍，李松，張可可，胡勝雄

（湖北省城市地質(zhì)工程院武漢華強(qiáng)新型建筑材料有限公司，湖北 武漢 430035）

高強(qiáng)透水混凝土的試驗(yàn)研究

胡新軍，李松，張可可，胡勝雄

（湖北省城市地質(zhì)工程院武漢華強(qiáng)新型建筑材料有限公司，湖北 武漢 430035）

本文利用體積法進(jìn)行透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)，通過(guò)改變水膠比、粗骨料粒徑和礦物摻合料開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)，配制出了高強(qiáng)透水混凝土；對(duì)透水混凝土的性能進(jìn)行分析。

透水混凝土；配合比設(shè)計(jì)；透水系數(shù)

0 前言

透水混凝土是一種新型生態(tài)環(huán)保混凝土，能夠與環(huán)境共生，是經(jīng)過(guò)特殊工藝制成的具有連續(xù)孔隙的混凝土，既有一定的強(qiáng)度，又有一定的透氣、透水性。透水混凝土是海綿城市建設(shè)的絕佳材料，可以用于公園及住宅小區(qū)道路、人行道、廣場(chǎng)、停車場(chǎng)等路面結(jié)構(gòu)中。透水混凝土作為一種生態(tài)環(huán)保新型混凝土，因此透水混凝土在國(guó)內(nèi)的研究開(kāi)發(fā)利用逐漸受到重視。

1 透水混凝土配合比體積法設(shè)計(jì)的不同之處

參照 CJJT 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》，可以看出透水混凝土采用體積法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)和普通混凝土的不同之處主要以下三個(gè)方面：

（1）透水混凝土一般是采用單一粒徑的粗骨料，不摻或少摻細(xì)集料，所以設(shè)計(jì)時(shí)就沒(méi)必要重點(diǎn)考慮砂率的問(wèn)題。集料的用量基本只要考慮集料的緊密堆積密度即可。

（2）由于透水混凝土的強(qiáng)度受孔隙率影響很大，所以配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定水泥用量或水膠比值。

（3）配合比設(shè)計(jì)時(shí)，要兼顧強(qiáng)度和透水性。

因此，根據(jù)透水混凝土所要求的孔隙率和結(jié)構(gòu)特征，可以認(rèn)為 1m3混凝土的表觀體積由骨料堆積而成。因此配合比設(shè)計(jì)的原則是將骨料顆粒表面用水泥漿包裹，并將骨料顆粒互相粘結(jié)起來(lái)，形成一個(gè)整體。1m3透水混凝土的重量應(yīng)為骨料的緊密堆積密度和單方水泥用量及用水量之和，大約在 1800～2100kg 的范圍之內(nèi)。根據(jù)這個(gè)原則，可以初步確定透水混凝土的配比。

2 透水混凝土的試驗(yàn)方案

2.1 原材料

透水混凝土的強(qiáng)度與水泥等膠結(jié)料的活性、品種、數(shù)量至關(guān)重要。所以，透水混凝土應(yīng)采用強(qiáng)度較高、混合材料摻量較少的水泥，本試驗(yàn)選用亞?wèn)|水泥 P·O42.5級(jí)水泥、武新 S95 礦粉、硅灰等，水泥的具體性能見(jiàn)表 1。礦粉燒失量為 0.1%，7d 和 28d 活性指數(shù)分別為82% 和 99%。硅灰 7d 和 28d 活性指數(shù)分別為 110% 和119%。

表 1 水泥物理力學(xué)性能

骨料粒徑大小是根據(jù)透水混凝土結(jié)構(gòu)的厚度和強(qiáng)度來(lái)決定的，通常所選粒徑不可以很大。粗骨料粒徑較小時(shí)，顆粒間的接觸點(diǎn)增多，透水混凝土的強(qiáng)度就會(huì)提高。骨料粒徑愈小，骨料的比表面積愈大，需用的水泥漿數(shù)量增多，混凝土內(nèi)的連通空隙就會(huì)被填充密實(shí)，透水性能降低。為保證透水性和一定的強(qiáng)度，選擇的骨料粒徑為：2.36～5mm、5～10mm 和 10～16mm 三類的骨料，且要求低含泥量和低的針片狀含量。本試驗(yàn)選用后兩種優(yōu)質(zhì)骨料。

水一般采用清潔的自來(lái)水。

其它原材料需要選用聚羧酸減水劑等。

2.2 試驗(yàn)方法

制作尺寸為 150mm×150mm×150mm 的立方體試件 3 組進(jìn)行透水系數(shù)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。攪拌方法：將骨料和 70% 的拌合水預(yù)攪拌 1min，然后加入 50% 的膠凝材料和 100% 高效減水劑，繼續(xù)攪拌 1min，最后將剩余的 50% 膠凝材料和 20% 的拌合水加入攪拌機(jī)，攪拌2min，最后 10% 的水用來(lái)調(diào)漿直至混凝土表面呈現(xiàn)金屬色澤，整個(gè)過(guò)程共攪拌 4～6min；振動(dòng)成型，振動(dòng)時(shí)間為 20s。

試件成型后，用濕布覆蓋表面，在室溫 (20±2)℃、相對(duì)濕度大于 50% 的情況下，靜放 1 晝夜，然后拆模并編號(hào)，放在溫度為 (20±2)℃、相對(duì)濕度為90% 以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。混凝土到期后進(jìn)行透水系數(shù)和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

2.3 透水混凝土的配合比設(shè)計(jì)

通過(guò)改變水膠比、碎石粒徑和礦物摻合料，安排10 組試驗(yàn)方案（見(jiàn)表 2），測(cè)定透水混凝土的透水系數(shù)、7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度。

表 2 透水混凝土配合比

3 透水混凝土的透水性能和力學(xué)性能結(jié)果分析

對(duì)透水混凝土的透水系數(shù)、7 天抗壓強(qiáng)度和 28 天抗壓強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定，試驗(yàn)的結(jié)果如表 3 和圖 1、2。

從表 2、表 3 和圖 1、圖 2 中 A～E 和 F～J 可以看出，當(dāng)用水量一致，碎石粒徑也一致時(shí)，隨著水膠比的降低，膠凝材料用量降低，透水混凝土的孔隙率增加，透水混凝土的透水系數(shù)逐漸增加，而 7d 和 28d 強(qiáng)度則逐漸降低；當(dāng)碎石粒徑有 10～16mm 變小為 5～10mm時(shí)，同樣膠凝材料用量的透水混凝土的透水系數(shù)和強(qiáng)度都在同比增加，其原因是對(duì)于采用碎石配制的透水混凝土，骨料粒徑越小，其強(qiáng)度越高，這主要是由于骨料粒徑小，增加了顆粒之間的咬合點(diǎn)，由此產(chǎn)生的咬合摩擦力及其與水泥漿體的粘結(jié)力增加所致。同時(shí)，混凝土的孔隙增加，透水系數(shù)也會(huì)相應(yīng)提高。

表 3 透水混凝土試驗(yàn)結(jié)果

圖 1 混凝土透水系數(shù)

圖 2 混凝土抗壓強(qiáng)度

當(dāng)保持水膠比恒定時(shí)，摻加了礦物摻合料的比純水泥配制的混凝土透水率和強(qiáng)度均有提高，特別是早期強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，且當(dāng)?shù)V粉摻量恒定為 20%，硅灰由 4% 提高至 6% 時(shí)，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)較為明顯。但硅灰摻量不宜過(guò)大，其原因是硅灰的顆粒微細(xì)，表面積很大，摻入過(guò)量之后加劇了絮凝結(jié)構(gòu)，不僅起不到微填充作用，反而使膠凝體系內(nèi)部含有更多的孔隙達(dá)不到密實(shí)，試驗(yàn)同時(shí)表明，硅灰必須和高效減水劑同時(shí)使用，且減水劑用量要適當(dāng)提高，才能發(fā)揮其致密增強(qiáng)效果。

根據(jù)表 5 的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，選取了 E 和 J 進(jìn)行了混凝土抗折試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果分別為 4.1MPa 和4.5MPa，雖然低于普通混凝土的抗折強(qiáng)度，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了 CJJT 135—2009 標(biāo)準(zhǔn)中的 3.5MPa 要求。

從以上結(jié)果可以得出，采用雙摻技術(shù)和優(yōu)質(zhì)骨料在保證透水系數(shù)的前提下可以配制出用于輕載路面的強(qiáng)度高于 35MPa 以上的高強(qiáng)透水混凝土。高強(qiáng)透水混凝土的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)、透水率及長(zhǎng)期性能等還有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

4 結(jié)論

（1）隨著水膠比的增加，孔隙率減小，透水系數(shù)有先減小后增加的趨勢(shì)。在水膠比較小時(shí)，水泥漿少，填充的骨料的孔隙少，試件的孔隙率會(huì)較大；但是隨著水膠比的增加，水泥漿數(shù)量增加，填充的空隙會(huì)增加，形成有效孔隙率會(huì)減少，透水性能會(huì)有所下降；水膠比到一定值后，試件中自由水的數(shù)量會(huì)增加，導(dǎo)致形成連通的孔隙，透水性能又會(huì)增加。

（2）當(dāng)摻入適當(dāng)?shù)牡V物摻合料和高效減水劑時(shí)可以配制出高強(qiáng)透水混凝土，同時(shí)保證混凝土透水系數(shù)。

（3）骨料粒徑對(duì)透水混凝土具有較大影響。對(duì)于采用碎石配制的透水混凝土，骨料粒徑越小，其強(qiáng)度越高，透水系數(shù)也提高。

Experimental study of high strength permeable concrete

Hu Xinjun, Li Song, Zhang Keke, Hu Shengxiong
(Hubei Instiute of Urban Geological Engineering Wuhan Huaqiang New Building Materials Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430035)

In this paper, the method of volume method was used to design the mixture ratio of water permeable concrete,and the comparison test was conducted with the ratio of W/C, coarse aggregate size and mineral admixtures, the high strength permeable concrete was put in place. The performance of permeable concrete is analyzed.

permeable concrete; proportion design; permeable coefficient

胡新軍（1976—），男，高級(jí)工程師，碩士學(xué)位，無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)，主要從事混凝土技術(shù)研究與質(zhì)量管理。湖北省城市地質(zhì)工程院武漢華強(qiáng)新型建筑材料有限公司副總工程師。

［通訊地址］湖北省武漢市硚口區(qū)長(zhǎng)豐大道 118 號(hào)武漢華強(qiáng)新型建筑材料有限公司（430035）