不同材質集料對透水水泥混凝土的影響分析

劉 中 沛

(蘇州交通工程試驗檢測中心有限公司，江蘇 蘇州 215011)

透水水泥混凝土一般由粗集料及水泥基膠結料經拌合形成的具有連續孔隙結構的混凝土，與普通水泥混凝土不同的是它不含細集料，由裹覆水泥基膠結料的粗集料相互粘結而成，具有密度小、高透水性、高透氣性等特點，是國家倡導海綿城市的重要組成部分。

1 原材料

考慮到透水水泥混凝土各材料的成本，所選材料均為本地區常見材料，避免出現特意采購導致成本增加。拌制透水水泥混凝土的水泥、外加劑、增強劑的規格型號一致，集料為粒徑范圍基本一致，材質不同的花崗巖和玄武巖。

水泥：采用42.5級普通硅酸鹽水泥，3 d強度、28 d強度等各項指標均滿足GB 175—2007通用硅酸鹽水泥的要求。

外加劑：采用高性能減水劑，主要起到減水和緩凝作用，便于運輸和施工。

增強劑：采用蘇博特生產的SBT-PRC(Ⅱ)型透水混凝土增強劑，增加粗集料間的粘結效果。

集料1：5 mm～10 mm的花崗巖碎石，產地為浙江湖州。

集料2：5 mm～10 mm的玄武巖碎石，產地為江蘇溧陽。

從兩種不同材質集料的各項檢測指標來看，兩種集料均滿足GB/T 14685—2011建筑用卵石、碎石中的二級要求和CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技術規程中的技術要求。從級配范圍來看，兩種不同材質的集料粒徑均主要分布在4.75 mm及2.36 mm兩檔上，而玄武巖集料4.75 mm的粒徑占到了98.1%，相比較花崗巖集料，玄武巖集料的粒徑分布更集中；從針片狀含量方面看，花崗巖集料略高于玄武巖集料；從含泥量和泥塊含量檢測指標來看，兩種不同材質的集料均比較干凈，潔凈程度一致；從壓碎值指標來看，玄武巖集料抵抗破壞的能力優于花崗巖集料，見表1。

表1 兩種集料的實測指標情況

2 混凝土配合比

依據JGJ 55—2011普通混凝土配合比設計規程和CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技術規范計算及試拌，分別確定了兩種集料的粗集料用量、膠結料漿體體積、水膠比、單位體積用水量、外加劑用量、增強劑摻量。

兩種不同材質集料的水膠比均為0.26，外加劑摻量花崗巖集料的為1.08%，玄武巖集料的為1.05%，摻量基本一致，用量相同；增強劑摻量花崗巖集料的為1.89%，玄武巖集料的為1.84%，摻量基本一致，用量相同，見表2。

表2 兩種集料配合比中各材料的用量

3 混凝土拌合物

外觀方面：根據確定的配合比分別拌制兩種不同材質集料的拌合物，兩種不同材質集料拌合物的漿體均能夠較好的裹覆在集料表面且漿體在振動狀態下無過多墜落現象。相比較而言玄武巖拌合物較花崗巖拌合物的包裹效果更好，顆粒與顆粒之間無明顯過多漿體但又形成了較好的“拉絲”效果，見圖1。

工作性方面：分別對兩種不同材質集料拌合物的出機狀態、出機2 h狀態、出機3 h狀態的工作性進行試驗，見表3。

表3 不同狀態下兩種集料的工作性情況 mm

兩種不同材質集料拌制的拌合物在外加劑的作用下，坍落度在出機2 h時均能夠保持基本不損失的狀態，但在出機3 h時坍落度均損失非常明顯，失去了流動性。經分析拌合物工作性經時損失的影響主要來源于外加劑，集料材質的種類對拌合物的影響較小。

4 混凝土硬化后性能

CJJ/T 135—2009透水水泥混凝土路面技術規程中建議透水水泥混凝土現場施工宜采用平整壓實機或采用低頻平板振動器振動和專用滾壓工具滾壓壓實，本次施工現場采用低頻平板振動器進行壓實，為了讓成型的強度及透水試件更大程度的反映現場情況，強度及透水試件采用低頻平板振動器成型，見圖2,圖3及表4，表5。

表4 透水水泥混凝土試件外觀情況

試件類型集料類型花崗巖玄武巖強度試件側面頂面底面透水試件側面底面

表5 透水水泥混凝土硬化后性能指標情況

采用低頻平板振動器成型的試件，脫模后可以看出花崗巖集料拌制的試件上部出現了漿體下沉現象，玄武巖集料拌制的試件未出現明顯漿體下沉現象。

在水灰比、外加劑、增強劑、成型狀態相同的情況下，花崗巖集料拌制的混凝土與玄武巖集料拌制的混凝土抗壓強度基本一致，但花崗巖集料拌制的混凝土透水系數明顯低于玄武巖集料拌制的混凝土。從不同時間成型試件的抗壓強度看，兩種不同材質集料在可塑狀態下成型試件的抗壓強度變化不大，但在拌合物流動性明顯下降后，成型試件的抗壓強度出現較為明顯的降低。

從出機2 h澆筑的混凝土取芯情況看，花崗巖芯樣的側面及端面開孔孔隙較少，大部分孔隙已被水泥漿體填充；玄武巖芯樣的側面及端面也存在部分孔隙被水泥漿體填充的現象，但玄武巖芯樣的開孔孔隙明顯多于花崗巖芯樣，且玄武巖芯樣的透水系數也明顯高于花崗巖芯樣；從出機3 h澆筑的混凝土取芯情況看，花崗巖芯樣和玄武巖芯樣的側面及端面均呈現出較多的開孔孔隙，且兩種混凝土都具有較高的透水系數。另外從玄武巖集料芯樣看出，兩個時間段澆筑的混凝土均存在泥漿堵塞開孔孔隙的現象，見表6，表7。

表6 透水水泥混凝土芯樣外觀情況

表7 透水水泥混凝土現場芯樣透水系數 mm/s

5 結語

1)從配制的混凝土效果來看，在采用相同水泥、外加劑、增強劑，保持水灰比、外加劑用量、增強劑用量相同的情況下，由于玄武巖集料具有良好粒形、均勻的級配、堅硬的質地等特點，拌制的透水水泥混凝土從拌合效果到硬化后效果再到現場取芯效果均優于花崗巖集料拌制的透水水泥混凝土，是配制透水水泥混凝土的較好材料。

2)從原材料目前的價格來看，玄武巖集料每噸價格約為花崗巖集料的1倍多，這無形中提高了混凝土的成本，花崗巖集料在價格方面具有一定的優勢。

3)從花崗巖透水水泥混凝土和玄武巖透水水泥混凝土的抗壓強度、透水系數的數據來看，這兩個指標之間成反比關系，即抗壓強度越高，透水系數越小。因此在透水水泥混凝土設計時應綜合考慮各指標要求，通過試驗確定各材料的最佳比例，避免出現麻木追求個別指標要求，忽視了其他指標，使得透水水泥混凝土整體效果不佳。

4)花崗巖透水水泥混凝土和玄武巖透水水泥混凝土施工時均應把握從出機到澆筑完畢的時間，雖然出機時間長的混凝土形成的開孔孔隙較多，但混凝土的粘結力也隨時間的延長出現明顯下降的現象。因此透水水泥混凝土的最佳施工時間應在充分考慮運輸距離、氣溫、施工工藝等因素的前提下進行確定，必要時應通過選擇不同類型的外加劑進行調整，不得采用直接加水的方式進行施工。

5)透水水泥混凝土施工結束后應注意成品的保護，從后期取芯的芯樣可以看出，如不及時進行保護，容易導致泥土等進入孔隙，堵塞孔隙，降低了混凝土的透水效果。因此施工結束后的透水水泥混凝土應及時覆蓋養護，避免出現污染現象。