透水混凝土的透水性和抗壓強度關系初探

傅帝尹 邱學壽 劉懌 蔣建飛 陳林

云南建投第三建設有限公司 云南 昆明 650032

前言

近年來，隨著國內城市建設越來越快，“城市病”、“道路病”也越來越多。每逢雨季，局部路段經常出現排水不暢的淹積水現象，另外，城市建設中地下建筑的降排水導致地下水降低，地表水補充不足，造成地下水位下降；城市建筑密集，升溫較快，溫度高于周邊地區，形成“熱島效應”等，因此，合理有效地利用地表水補充地下水，迫在眉睫。

透水混凝土由于其出色的透水性，在城市道路施工中逐漸被大眾所認知和利用。它的使用能有效控制城市內澇、地下水位下降、“熱島效應”等的發生。但透水混凝土由于空隙較大，故力學性能比普通混凝土低，因此在實際施工過程中需要對其透水性和力學性能進行研究，找到一個平衡點，滿足工程實際需求。

1 研究現狀

隨著透水混凝土的應用越來越廣泛，關于透水混凝土透水性與力學性能關系的研究也引起眾多學者的研究。

透水混凝土的空隙率、透水系數與抗壓強度等性能的影響因素主要有骨料粒徑與級配、骨灰比、水灰比、水泥強度等級、外加劑及攪拌工藝等[1]。

有學者提出透水系數與有效空隙率的相關公式為：

徐仁崇等人引入體積砂率這一參數，在配合比設計時把砂的體積考慮進去，計算出水泥用量和用水量之后，根據粗集料的級配選擇合適的砂率，砂的體積部分替換掉水泥的體積。

鄭木蓮等人提出透水混凝土彎拉強度與抗壓強度、劈裂強度與抗壓強度之間均存在相關性良好的冪指數關系，其中

式中：—— 透水混凝土28d彎拉強度；

R—— 相關系數，試驗組數：12組。

劉麗慧針對透水混凝土抗壓強度與透水系數的關系進行了綜合評比，得出保證透水系數的最佳配合比方案：水灰比為0.3，集灰比為3.5；骨料粒徑為2.36～4.75mm，所占比例100%。摻加適量礦物摻和料和外加劑，其抗壓強度與透水系數具有較好的相關性，相關關系式為：

——28d抗壓強度MPa；

X—— 透水系數（mm/s）。

本工程采用多項式擬合方法對試驗數據進行分析。

2 試驗分析與工程應用

昆明規劃館項目，位于昆明市環湖東路與云秀路交叉口東南的寶豐濕地內，新館建成后將集規劃展示、學術交流、會議接待、科普教育、旅游休閑為一體的綜合性展示館。本工程總建筑面積36339.9㎡，其中地下建筑面積9412.3㎡，地上建筑面積26927.3㎡。

昆明規劃館室外道路應用了透水混凝土，在室外施工前期，對透水混凝土進行了多項配合比和試驗段施工。

2.1 試驗方法

固定水頭法和變水頭法均可以用來測試透水混凝土的透水系數。其中固定水頭法使用較為普遍。即固定出水水壓，測量一定時間內透過透水混凝土的水的體積，來計算出透水系數。在昆明規劃館的透水混凝土試驗中使用的是固定水頭法。

試驗所使用的水泥采用紅獅水泥廠的P·O52.5水泥，骨料粒徑為5～25mm，表觀密度為2780 kg/m3，含泥量0.65%，在加入合理粉煤灰和外加劑，使用普通自來水進行攪拌。粉煤灰其作為混凝土摻和料，可以改善混凝土后期高堿性環境，增長混凝土后期強度、降低混凝土的水化放熱、改變和易性和耐久性。按照不同配合比進行配置，養護28日后進行透水試驗[2]。

2.2 試驗結果

經過28天的養護之后，對各種配合比的試塊進行固定水頭法試驗，試驗結果如下：

表1 配合比試驗結果

根據以上試驗數據，繪圖如下：

圖1 粒徑5～15mm的透水系數和抗壓強度關系曲線

圖2 粒徑15～25mm的透水系數和抗壓強度關系曲線

從以上兩圖中都可以看出，隨著透水系數的增大，透水混凝土的抗壓強度均減小，根據CJJ／T135-2009《透水水泥混凝土路面技術規程》，要求抗壓強度不小于C20，即不小于20MPa，在試驗各種配合比中，符合要求的為粒徑5～15mm時，1:0.33:5.6和1:0.25:6兩種配合比。

在5～15mm粒徑試驗中，當透水系數在0.77～2.3區間時，抗壓強度下降的較快，在2.3～3.3區間時，抗壓強度下降的較緩慢。15～25mm粒徑試驗中，當透水系數在2.2～2.5區間時，抗壓強度下降的較快，在2.5～3.3區間時，抗壓強度下降的較緩慢。

在保證配合比不變時，5～15mm粒徑試驗組的28日養護抗壓強度均大于15～25mm粒徑試驗組，5～15mm粒徑試驗組的28日養護透水系數均小于15-25mm粒徑試驗組。配合比中，在保證水泥和骨料比值不變，增大水比例，抗壓強度有所增大，透水系數有所減小[3]。

在保證抗壓強度的同時，還要最大限度地提高透水性，因此，選擇的配合比為1:0.25:6，此時，養護28天抗壓強度為21.5MPa，透水系數為1.45。

2.3 工程應用

昆明規劃館的透水混凝土厚度為220mm的基準厚度，為降低成本，在此基礎上按不同的功能，采用分層設計，設計不同的厚度，下面層140mm，上面層80mm。施工前，進行組織、物質、技術等三大準備。準備完畢后，進行立模、攪拌，采用分塊隔倉方式進行攤鋪物料，其松鋪系數為1.1。將混合物均勻攤鋪在工作面上，用括尺找準平整度和控制一定的泛水度，然而平板振動器（厚度厚的用平板振動器）或人工搗實，最后用抹合拍平（抹合不能有明水）。完畢后，進行取樣送檢，并灑水養護。待表面混凝土成型干燥后在3天左右，涂刷透明封閉劑。28天養護后，取樣進行抗壓強度試驗，達到預期強度目標。

3 影響公式擬合

現根據上述試驗數據，采用多項式擬合，盡可能的符合數據曲線的變化趨勢。擬合結果如下（圖中紅色虛線為擬合曲線）：

圖3 5～15mm粒徑多項式擬合曲線

在粒徑為5～15mm試驗組中，擬合后的曲線和原曲線覆蓋率達到80%左右，證明擬合結果是可靠的[4]。擬合后的公式為：

圖4 15～25mm粒徑多項式擬合曲線

在粒徑為15～25mm試驗組中，擬合后的曲線和原曲線覆蓋率達到90%左右，證明擬合結果是可靠的。擬合后的公式為：

其中，在5～15mm試驗組中，擬合曲線在（2.3～3.2）區間中，和原曲線重合度不高，偏移量稍大，說明3階多項式擬合不是最完美的擬合曲線。更高匹配度的擬合曲線還有待研究[5]。

4 結束語

通過試驗分析，數據整理，工程實際應用，擬合出透水混凝土強度和透水系數的多項式關系曲線，并經驗證后顯示擬合的匹配度較高；在水灰比不變的情況下，增加水泥用量，會減小孔隙率，阻礙透水性，但是可以增大抗壓強度；在進行不同配合比試驗之后，找到最佳配合比，在透水混凝土的抗壓強度和透水性之間找到了一個平衡點，并成功應用于昆明規劃館室外工程；保持水灰比不變，小粒徑的骨料強度大于大粒徑骨料的強度；透水混凝土在昆明規劃館得到成功應用，經過檢測，強度達到CJJ／T135-2009《透水水泥混凝土路面技術規程》的要求。