透水性混凝土設(shè)計(jì)及其性能研究

王仁科大連港口設(shè)計(jì)研究院有限公司 遼寧 大連 116001

正文：

透水性混凝土本身空隙較大，在城市地表溫度、城市地標(biāo)濕度調(diào)節(jié)上具備顯著的優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)生對(duì)透水性混凝土均進(jìn)行了深入研究，為改善透水性混凝土力學(xué)性能提供了文獻(xiàn)支撐。本文以為試驗(yàn)的形式，分析透水性混凝土設(shè)計(jì)及性能，詳細(xì)分析如下。

1 試驗(yàn)概述

1.1 材料

本實(shí)驗(yàn)選擇32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥、9.5-16粒徑石灰?guī)r碎石、4.75-16混合粒徑石灰?guī)r碎石、4.75-9.5小粒徑石灰?guī)r碎石、普通自來(lái)水。

1.2 配合比

考察不同強(qiáng)度水灰比、骨灰比對(duì)透水性混凝土強(qiáng)度的影響。水灰比配合比為0.30、0.32、0.34，骨灰比為3.6、4.0、4.4。本文主要選擇三種不同的骨料配合比方式，探討骨料粒徑與透水性混凝土的關(guān)系。

1.3 試件制作與養(yǎng)護(hù)

試件規(guī)格為：100mm×100mm×100mm，為正方體試件，主要應(yīng)用在抗壓強(qiáng)度與透水性測(cè)試。

選擇插搗工藝，開(kāi)展三層插搗，第一層為試件1/3模具位置，連續(xù)插搗15次；第二次為試件2/3模具位置，連續(xù)插搗20次；第三次為試件滿高位置，連續(xù)插搗25次。在試件成型24h后進(jìn)行編號(hào)拆模，溫度控制在18℃-22℃，濕度控制在90.0%以上，在此環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28d。

2 試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)裝置

2.1 抗壓強(qiáng)度

參照GB/T50081-2002標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展測(cè)試，使用液壓式萬(wàn)能壓力機(jī)加壓，加載速度為0.5MPa/s-0.8MPa/s，對(duì)每組試塊樣本實(shí)施受壓承載力試驗(yàn)，取三個(gè)試件結(jié)果平均是，以此作為抗壓強(qiáng)度數(shù)值。

2.2 透水系數(shù)

從高度為20cm的方形套筒上端邊緣進(jìn)行注水，水流通過(guò)截面為z，試塊滲透水流入下端盛水容器。在注水階段需要強(qiáng)化水流量控制，促使水頭高度維持在10cm，避免水側(cè)漏受到影響。使用石蠟密封，保障水流區(qū)域，T為單位時(shí)間，V為體積水量，K為透水系數(shù)。

2.3 試驗(yàn)裝置

透水性實(shí)驗(yàn)裝置，具備加快速度方便、測(cè)試精準(zhǔn)性強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，與其他測(cè)試試件相比，實(shí)用性更強(qiáng)，可為實(shí)驗(yàn)開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。在測(cè)試階段不需要刻意維護(hù)，兩人配合即可完成試驗(yàn)。裝置本身為不銹鋼整體，為可拆卸形式，可保障密封性與可靠性。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 水灰比對(duì)透水性混凝土性能的影響

下表1為水灰比為3.60時(shí)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析下表數(shù)據(jù)可得知，水灰比為0.30-0.34階段，開(kāi)展透水性混凝土強(qiáng)度、透水性實(shí)驗(yàn)，可得知隨著水灰比增加，透水性混凝土的抗壓強(qiáng)度與透水性也會(huì)增加。若水灰比過(guò)小，無(wú)法有效包裹骨料顆粒表面，會(huì)降低顆粒粘結(jié)力，進(jìn)而降低透水性混凝土抗壓強(qiáng)度。通過(guò)增加水灰比，可提升水泥漿液的流動(dòng)性，保障骨料均勻包裹，以此實(shí)現(xiàn)透水性混凝土強(qiáng)度的提升。

表1 水灰比對(duì)透水性混凝土性能的影響

3.2 骨灰比對(duì)透水性混凝土性能的影響

下表2為水灰比0.30得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，隨著水灰比數(shù)值的不斷變化，會(huì)增加骨灰比，使得抗壓強(qiáng)度減少，透水系數(shù)增加。因此，透水性混凝土抗壓強(qiáng)度會(huì)受到骨料、水泥漿體粘粘強(qiáng)度的影響，導(dǎo)致水泥漿體抗壓強(qiáng)度與界面厚度受到影響。

表2 骨灰比對(duì)透水性混凝土性能的影響

水泥漿體抗壓強(qiáng)度由水灰比決定，若水灰比數(shù)值確定，隨著水泥量的增加，會(huì)增加骨料的包裹強(qiáng)度、水泥漿液的厚度，使得粘結(jié)數(shù)量增加，進(jìn)而導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度提升。另外，隨著水泥用量的增加，會(huì)減小水泥孔隙率，進(jìn)而導(dǎo)致透水性混凝土的透水系數(shù)降低。

3.3 骨料級(jí)配對(duì)透水性混凝土性能的影響

下表3為0.34水灰比獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，若水灰比與骨灰比保持不變，透水性混凝土抗壓強(qiáng)度與骨料粒徑成反比。若骨料粒徑為混合粒徑，透水性混凝土抗壓強(qiáng)度高于單一和料粒徑透水性混凝土抗壓強(qiáng)度。透水系數(shù)與骨料粒徑成正比，混合粒徑透水系數(shù)低于單一骨料粒徑透水系數(shù)。

表3 料級(jí)配對(duì)透水性混凝土性能的影響

基于上表數(shù)據(jù)得知，骨料粒徑越小，單位體積內(nèi)骨料顆粒接觸點(diǎn)越多，形成的骨架余越密，膠結(jié)面積越大，可實(shí)現(xiàn)透水性混凝土整體強(qiáng)度的提升，此階段透水系數(shù)與骨料密集度成反比。筆者認(rèn)為，混合骨料粒徑混凝土形成的節(jié)點(diǎn)比小粒徑骨料節(jié)點(diǎn)更密集，可實(shí)現(xiàn)透水性混凝土抗壓強(qiáng)度的提升，減少透水性混凝土透水系數(shù)。

4 試驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)深入研究水灰比、骨料配比、骨灰比等配備的抗壓強(qiáng)度與透水性，開(kāi)展正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，獲得下表4數(shù)據(jù)。

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

通過(guò)整合表1、表4數(shù)據(jù)，開(kāi)展深入分析得到以下結(jié)論。

第一單位體積水泥用量會(huì)影響透水性混凝土性能，降低其透水系數(shù)、抗壓強(qiáng)度，對(duì)水灰比、骨料顆粒影響次之。

第二，透水性混凝土與單位體積水泥用量成反比，隨著水泥用量的增加，會(huì)導(dǎo)致透水性混凝土性能降低。力學(xué)性能與單位體積水泥用量或水灰比成反比。

第三，最佳透水系數(shù)為4A，最佳抗壓強(qiáng)度為7C。通過(guò)對(duì)比兩個(gè)最佳配合比，可保障透水性混凝土的力學(xué)性能與透水性能。筆者建議，透水性混凝土設(shè)計(jì)配合比分別為：水灰比0.32，粒徑9.5-16，骨灰比為3.60。